東アジア大気海洋環境大型プロジェクトの実施状況 研究組織

東アジア海洋大気環境研究センター 海洋モデリング分野　　：広瀬直毅 海洋生態系分野　　　　：柳　哲雄

海洋力学分野　　　　　：増田　章，吉川　裕，上原克人 　地球環境力学部門

大気環境モデリング分野：鵜野伊津志，竹村俊彦，原 由香里 海洋動態解析分野　　　：（代表）松野　健，千手智晴，遠藤貴洋 海洋環境物理分野　　　：和方吉信，市川　香

大気物理分野　　　　　：岡本　創，山本　勝，江口菜穂，佐藤可織 海洋工学分野　　　　　：中村昌彦

非線形力学分野　　　　：岡村　誠，辻　英一

2010 年度より，附置研究所経費（正式名：共同利用・共同研究拠点等運営経費）による予算措置により，

「地球温暖化と急激な経済発展が東アジア域の海洋・大気環境に及ぼす影響の解明」という課題の元に，主 として東アジア域の大気海洋環境に関わる現象の解明を目指したプロジェクトが開始された．

このプロジェクトでは，地球規模の気候変動及び中国大陸における人為的環境変化など外的要因の変化 によって，東シナ海・日本海とその周辺地域の大気・海洋システムがどのように変化しうるのか，物理過 程から生物過程まで様々な素過程の解明を目指した観測的研究と，個々の物理過程や全体の循環システム を再現する数値モデル研究を通して，外

的要因のインパクトを定量的に明らかに することを目的としている．研究の一環 として，国内の研究機関はもとより，東 アジア諸国の研究機関との共同研究も多 く含まれており，これらの研究を通じて，

東アジアの海洋・大気研究の拠点として の位置づけをより明確にしていくことを 目指している．

本研究では，上述の目的と，大気海洋研究における最近の課題を考慮し，東アジア域の海洋・大気環境 を対象として，そこで起こりつつある環境変化を理解し，将来を予測するため，以下の３つの課題を設け ている．

課題１では，海洋・大気中の様々な物質の輸送・混合過程を解明するため，また，地域の生態系など海 洋環境特性の理解を目標として，①東アジア縁辺海域での水と物質の輸送・混合に関わる，特に表層・亜 表層の比較的短時間スケールの物理過程を対象とした研究，②日本海深層をはじめ，より長期的な時間ス

各課題の構成を示す模式図

ケールを持った物質循環とその変化過程に関する研究，③大気を通じて大陸から日本列島を含む縁辺海域 に運ばれる物質が地域の海洋・大気環境に及ぼす影響に関する研究を行う．

課題２では，海洋・大気環境が激変している東アジア縁辺海域の海洋構造とその変化が，局所的な気象 現象や大陸 - 海洋スケールの大規模な気象・気候システムに与えるインパクトに焦点を当てた研究として，

①東アジア域に特化した大気海洋結合モデルを開発し，局所的異常気象の再現，②縁辺海のメゾスケール 海洋現象がローカルな気象現象に与える影響，③縁辺海のメゾスケール海洋現象がグローバルな気象・気 候システムに与える影響，の研究を行う．

課題３では，観測・実験・数値モデルの手法を通して，海洋の鉛直混合過程の定量的な理解を進めると 共に，その研究成果を少しでも精度よく現実の現象を再現できる計算手法の確立に結びつけることを目標 として，①海洋表層混合層付近の乱流混合過程に関する実験的研究，②海洋の中深層における鉛直混合と 成層構造の維持過程に関わる研究，③ LES による鉛直混合過程の計算手法に関する研究，を行う．

これらの研究課題に基づいて，様々な視点から研究を進めており，2012 年，2013 年度の成果は，以下 のようにまとめられる．

課題１に対応して多くの研究が行われている．まず①については，１）対馬海峡を横断するフェリー

（ニューかめりあ）による流速モニタリングデータを用いた解析を行って，同海峡通過流と総観規模の気象 変化との関係を明らかにした．２）台湾海峡を横断するフェリーによる同海峡通過流量のモニタリングを 継続し，風によって直接駆動される流量変動を明らかにした．また，対馬海峡通過流量との比較により黒 潮から陸棚域への正味の流量の季節変動も解析している．３）東シナ海陸棚上にて行われた，乱流微細構 造プロファイラー，衛星追跡型漂流ブイ，音響ドップラー流速プロファイラーを併用した乱流微細構造の 時系列観測で得られたデータを詳細に解析し，対流による海面混合層の発達時における混合層下部の乱流 運動エネルギーが，浮力フラックスではなく混合層上部からのエネルギー輸送によって供給されているこ と，海底混合層内に非常に弱いながらも存在する成層が，潮汐流による水平移流で周期的に強化され，混 合層内の鉛直乱流混合を抑制していることを明らかにした．また，乱流計測に基づいた栄養塩の鉛直輸送 の定量的評価を行い，栄養塩躍層における窒素とリンの比（N/P）が小さいところでは，下層からの栄養 塩の供給が亜表層クロロフィル極大の形成に大きな役割を果たしていることを明らかにした．４）衛星海 面高度計が利用できない沿岸域において海面力学高度を求めるために，対馬海峡横断フェリーに GPS を搭 載して計測しており，時空間スケールの大きな変動

に関してはフェリーの測流結果と良く一致すること がわかった．ただし，時刻固定のフェリー観測での エイリアシングによって，非主要な日周期分潮の小 さな誤差が，季節変動スケールの変動として表現さ れてしまうことなどの課題も明らかになってきた．

５）漁業活動が盛んな沿岸域で安全な定点観測装置 として開発中のバーチャルモアリング用自律型水中 ビークル実用機の実海域試験を実施し，試作機から の改良点が計画通りの性能を発揮することを確認し

た．また，浮力調整装置にブラダを取り付けシリン 浮力調整試験中の改良型ブーメラン

ダーを海水から遮断することにより動作の信頼性向上を図った．ビークル開発に関する論文が日本船舶海 洋工学会賞（論文賞）に採択され，日本造船工業会賞を受賞した．②については，深海での係留による流 れの観測データの蓄積と，深層において初めて実施された乱流微細構造の観測などによって，主として日 本海深層における流れの鉛直構造の詳細や，底層混合層の形成維持過程，近年確認されている水温上昇の 解釈に関する研究，また，海洋化学分野の研究者と共同で，放射性炭素（¹⁴C）やフロン（CFCS）等の化 学トレーサーを用いた底層水の起源や循環についての研究が進められている．③については，2013 年 1 月に大きな環境問題となった中国の PM2.5 超高濃度汚染の発現メカニズムと日本域への越境汚染の状況 の化学輸送モデルを用いて子細に解析を行い，同年の気象条件の特異性をその大きな理由として指摘した．

更に，PM2.5 汚染問題をより詳細に解析することを目的として，多波長ライダー装置，偏光光散乱微粒 子計測器，エアロゾル自動分析装置を導入して，1 時間分解のエアロゾル観測を開始しモデルシミュレー ションと合わせた統合解析を進めている．２）衛星に搭載されたアクティブセンサである雲レーダとライ ダーを複合利用して雲とエアロゾル特性を解析する独自のアルゴリズムを開発と，雲レーダのドップラー 機能を利用して雲と降水の微物理特性を解析するアルゴリズムの開発を行っている．これらを利用した雲 とエアロゾルの分布や微物理特性の東アジア域と他の地域との比較，季節変動等の解析を進めている．ま た赤外サウンダーによる水蒸気の鉛直分布解析結果とこれらの雲・エアロゾルプロダクトの複合解析も着 手した．得られた解析プロダクトは，NASA GISS，ニューヨーク州立大学をはじめ，国内外の研究機関 に配布され，多くの研究に利用されている．

課題２では，１）半閉鎖海域の海面温度偏差が温帯低気圧に与える影響を調査し，その力学過程のひと つを解明した．発達初期の低気圧が日本海を通過する際，その温度偏差の影響が上層に伝わり，成熟期では，

500hPa 高度偏差が WP パターンに類似したものとなる．また，「日本海上で変質を受けた低気圧の北西 太平洋への移動」や「日本海上で変質を受けた寒気の吹き出し」が，日本南岸やオホーツク海の海面熱フラッ クスにも大きな影響を与える．このような低気圧の移動と寒気の吹き出しが，日本列島をはさんだ日本海

―太平洋間の atmospheric bridge の役割を果たすことを明らかにした．２）日本海側地方の冬季降水量 の要因として，東北～北海道では日本海の海面水温の影響を受けやすく，山陰～北陸では相対的に北西季 節風の影響が強いことがデータ解析から明らかになった．

課題３では，１）海洋表層乱流境界層における乱流過程に関する定量的評価をめざして，混合層深度の 風応力，浮力加速度フラックス，コリオリ係数に対する依存性を観測データ解析から明らかにし，大気境 界層との類似性やその力学の普遍性を明らかにした．また，この成果をもとに風成乱流と風成流スケーリ ング則を LES で調べ，相似則や吹送流の外部パラメタ―に対する応答特性を明らかにした．２）東シナ 海において，潮流，温度，塩分，乱流エネルギー散逸率等の観測を実施し，海底近傍に発達する乱流特性 について調べた．その結果，流速は主に半日周期成分が卓越しているのに対し，乱流エネルギー散逸率は 日周期成分が卓越するという特徴を示していた．観測データから，初期値や外力を推定し，LES による観 測結果の再現実験を試みた．その結果は，概ね観測結果の特徴を再現できた．そして，流速場と散逸率の 周期の違いは，半日周潮成分と海底混合層が厚い日周潮成分により作られる鉛直シアーによる乱流エネル ギー生成に原因があることを示した．３）海洋中の輸送・混合現象の理解に関連して，アジア域での大振 幅内部波の観測が近年に複数報告されている．それに関連した研究として，造波装置のある実験水槽を用 い，大振幅の孤立波の生成や相互作用について調べ，従来の理論との比較・検証を行った．また，従来の