瀬戸 内海 における通過流の経年変動
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(2) 瀬 戸 内海 にお ける通過 流 の経年 変動. 図‑1. 407. 瀬 戸 内海 にお け る一級 河 川 と観 測地 点 の位置. (a)Bungo Channeloffshore. (b)KiiChannel offshore. (c)Velocity difference (BungooffShore‑Kii offshore). 図‑2. 豊後 水道 南方(a)と紀 伊水 道南 方(b)での黒潮 流軸 緯度 と黒 潮流 軸上 の表面 流速,お よび表面 流速 差(c)の経年 変化. (b)).外 洋 か ら瀬 戸 内 海 開 口部 に向 か う(北 向 き)の 黒. が接 岸す る(流 軸 緯度差が大 きくな る)と 底層 密度差 が. 潮 の 表 面 流 速 は流 軸 緯 度 変 動 に良 く一致 し,豊 後 水 道 と 紀 伊 水 道 で の 流 速 差 も経 年 的 に 変 化 して い る(図‑2(c)). 大 きくな る.同 様 に,北 向 き流速 差 と底層密度 差の相関 も良 く,紀 伊水道 側で の黒潮 の流入が強 まる(流 速差 が. こ とか ら,両 水 道 南 方 沖 で の 流 軸 緯 度 は 瀬 戸 内 海 へ の 黒. 大 きくな る)と 密 度差 は小 さ くな る.以 上 の ことか ら,. 潮 系 水 塊 の 流 入 圧 と通 過 流 に 関 連 す る こ とが 推 測 さ れ る.. 開口部密度場 は開口部南方 の黒 潮流軸緯度 と北 向 き流速. (3) 黒 潮 流 軸 位 置 と開 口部 へ の 流 入 水 塊 密 度. に強 く影響 を受 けてお り,黒 潮 系水塊 の流入 の強 さが開. 図‑3は 豊 後 水 道 と紀 伊 水 道 の 南 方 沖 に お け る黒 潮 流 軸. 口部 の密度場 の年 変動 の支配要 因 とな って い ることが考. の 緯 度 差(a)と 黒 潮 流 軸 上 の 北 向 き流 速 差(b)に 対 す る豊 後 水 道 と紀 伊 水 道 に お け る底 層 密 度 差 の 応 答(1982〜 1999年 の各 年 平 均 値)を. 示 して い る.こ. こ に,図 中 の 直. 線 は最 小 二 乗 法 で 求 め た 近 似 直 線 を示 して い る(以 後 の 図 中 に示 す 直 線 も同 様).各 紀 伊 水 道(南. 軸 の 値 は豊 後 水 道(南 方)‑. 方)の 値 を 示 して い る.豊 後 水 道 と紀 伊 水. 道 の底 層 密 度 差 は流 軸 緯 度 差 に良 く対 応 して お り,黒 潮. え られ る. 3. 瀬戸 内海 に お け る流 れ場 の数 値 解 析 法 (1) 数値 モデルの概要 瀬戸内海 スケール の流 れ場 を平面二次元数 値解析 モデ ルで 再現計 算 す る.水 位境 界条 件 と して紀伊 水道 南 端 (白浜,小 松 島)と 豊 後水道 南端(土 佐清水,油 津)の.
(3) 408. 海. 岸. 工. 学. 論. 文. 集. 第55巻(2008) 計 算 格 子(i,j)に. お い て,観 測 値 に あ る程 度 の 誤 差. が 含 ま れ る こ とを 考 慮 して,以 下 の 式(5),(6)に 従 って 直 近 の3点 の 観 測 値 に距 離 の重 み を っ けて デ ー タ を平 均 す る こ とで 空 間 的 な 内 挿 を 行 う.. (5). (6) こ こ に,i,j:東. 西 お よ び南 北 方 向 の 計 算 格子 番号,ρ'. i,j:計 算 格 子(i,j)の の実 測 密 度,Lk:計 図‑3. 黒潮 流軸 の緯 度差(a)およ び北向 きの 流速 差(b)に対 す る. 補 間 後 の密 度,ρk:観. 算 格 子(i,j)か. 測 点 たで. ら観 測 点 ま で の 距. 離 で あ る. ただ し,観 測 点 は概 ね定 め られ て い るが,観 測 月 に よ っ. 底層 密度 差 の応 答. て は欠 測 が 多 い こ と もあ る.し た が って,本 手 法 で は月 日平 均 水 位(気. 象 庁,図‑1)を. 用 い,時 間 的 に は線 形 補. 毎 に異 な る範 囲 の観 測 デ ー タ を用 い る こ と を許 す た め,. 間 して 与 え た.計 算 領 域 は 図‑1に 示 さ れ て い る破 線 よ り. 特 に欠 測 の 多 い月 で 出 水 の 顕 著 な 時 期 に は 内挿 した い点. も北 側 の 瀬 戸 内海 全 域 で あ り,各 計 算 格 子(3.6km四. か ら遠 く離 れ た別 の水 塊 特 性 を もっ デ ー タ を 内挿 の 計 算. /計 算 格 子)で. 方. の 密 度 は瀬 戸 内 海 全 域 の各 県 水 産 試 験 場. で 測 定 され た 水 質 デ ー タ(表 層5mと 底 層 の水 温,塩 デ ー タ,同 時 期 に 最 大338地 点,最 小191地 点)を. 分. 平面 的. デ ー タ と して 用 い る可 能 性 が あ る.ま. た,瀬 戸 内 海 に お. い て は地 形 が 複 雑 に 入 り組 ん で い る た め,遠. く離 れ た2. 点 の デ ー タの 間 に は 島 な ど の 陸地 が あ る こ と が多 い.こ. に補 間(次 節 で 詳 述 す る)し た 後,静 水 圧 近 似 した密 度. の た め,各. デ ー タ と同 化 さ せ て 長 波 方 程 式 を 有 限 差 分 法 で 解 き,日. メ ッ シュ で の デ ー タの ば らつ き の指 標 を 定 め,. 極 力 欠 測 が 少 な くか つ 適 合 性 の高 い 同 化 デ ー タの 作 成 を. 平 均 で の 流 れ場 を 計 算 す る.基 礎 式 は以 下 の 通 りで あ る.. 試 み た.す. な わ ち,各. メ ッ シュ に お け る最 も大 きい 擾 乱. に相 当 す る 流 れ 場 の代 表 長 さ と してM2潮 の 半 周 期(約6 時 間)で. 水 が 移 動 す る 距 離 をR,補. 間 す る際 に 用 い た3. 点 の観 測 値 の うち 最 も遠 い 観 測 地 点 まで の距 離 をL3と し. (1). て 定 め,RのL3に. 対 す る 比R/L3を 各 計 算 格 子 の 観 測 値 へ. の 依 存 度 の指 標 と した.こ. こに,RはM2潮. を紀 伊 水 道 と. 豊 後 水 道 の 水 位 境 界 条 件 と して与 え た 数 値 計 算 結 果 か ら 各 メ ッ シ ュ で 求 め ら れ て お り,こ. の と き のM2潮 の調 和. 定 数 は1982年 か ら1999年 の18年 間 の毎 時 潮 位 か ら定 め て. (2). い る.こ. の と き の 瀬 戸 内 海 全 海 域 のRの 平 均 値 は約1.4. kmで あ る.. (3). (3) 解 析 に用 い た 密 度 デ ー タ の 海 域 特 性 図‑4は 解 析 対 象 全 領 域 で の1982〜1999年. (4). の 頻 度 分 布 を 示 して い る.全 0.120で あ る.全. こ こ に,x,y:水 軸,u,v:水. 平 方 向 流 速,M,N:線. パ ラ メ ー タ,g:重 H:基. 平 方 向 の 座 標 軸,z:鉛. 力 加 速 度,ρ:密. 準 海 面(z=0)か. 水 位 偏 差,D:全. デ ー タ の お よ そ90%に. を 満 足 して お り,ほ. お い てR/L3>0.110. とん ど の 海 域 に お い てM2潮 で 生 じ. 流 量,f:コ. リオ リ. る流 れ の 約10倍 の範 囲 内 で3つ の観 測 値 が 得 られ て い る.. 度,ρ0:基. 準 密 度,. 図‑5は 瀬 戸 内 海 に お け る海 域 別 平 均 のR/L3を 示 して い る.. ら の 水 深,η:基. 水 深(=H+η),η0:圧. さ れ た海 面 気 圧 変 化,ζ:ダ. 直方 向の座 標. の各 月 のR/L3. 期 間 の 全 海域 平 均 値 は. 準 海 面 か らの. 伊 予 灘 お よ び 備 讃 瀬 戸 で は他 海 域 に比 べ てR/L3が 相 対 的. 力水頭 に換算. に低 い の は,こ れ らの海 域 で は他 の海 域 に比 べ て単 位 海. ミー 変 数,τb:底. 面せん. 断 応 力 で あ る.計 算 で は一 級 河 川 か らの河 川 流 量 お よ び. 域 面 積 当 た りの 観 測 点 数 が 少 な い こ とが 理 由 で あ る(図 ‑1参 照) .た だ し,伊 予 灘 に 関 して は 海 域 に 流 入 す る河. 海 面 気 圧 分 布 に つ い て も考 慮 さ れ て い る.. 川 流 量 が 少 な い(平 均 流 量 が46m3/s)た. (2) 実 測 密 度 デ ー タ の処 理 法. め,R/L3が 小 さ. な 値 で も三 点 の 密 度 デ ー タの ば らつ きが 小 さ け れ ば適 用.
(4) 409. 瀬 戸 内海 にお け る通 過流 の経年 変動. 図‑4. 瀬 戸 内 海 全 域 で 平 均 さ れ たR/L3の 分 布(1982〜1999年 の 各 月 の 合 計 値). 図‑7. ケ ー ス1で の境 界水 位 と計 算 通過 流 量 の関 係(上 図) と開口部 密度勾 配 と計算 通過 流量 の関係(下 図). 図‑5. 海 域 別 のR/L3の 時 系 列. 4.. 通 過 流 の 境 界 水 位 差 と密 度 勾 配 へ の依 存 性. 通 過 流 の支 配 要 因 を考 察 す るた め,実 測 密 度 を考 慮 し た ケ ー ス1と 密 度 を 一 定(=1024kg/m3)と ス2の 解 析 を行 い,開. 仮 定 した ケ ー. 口部 水 位 差 な らび に 開 口 部 密 度 差. が 両 ケ ー ス の 通 過 流 量 差 に 及 ぼ す 影 響 を 考 察 した. 図‑7は 計 算 通 過 流 量 と開 口部 水 位 差 お よ び開 口部 密 度 勾 配 の 関係 を 示 して お り,両 者 と もに 通 過 流 量 と弱 い 相 図‑6. 関 が あ る.決 定 係 数 は そ れ ぞ れ0.15,0.10で. 月平均 通過 流量 と全 海域平 均 のR/L3と総 河川 流量. 流 の支 配 要 因 は第 一 に 開 口部 水 位 差,第 性 が 十 分 な 内 挿 が 行 え た と した.図‑6は. 全 海 域 平 均 のR/. L3と 総 河 川 流 量 お よ び適 用 性 の 低 い デ ー タ を 示 す.三 の 密 度 デ ー タの ば らつ き(標 準 偏 差)が 出 水 の影 響 を 受 け て い るか,ま. 点. 大 き い場 合 に は,. た は異 常 値 が 含 ま れ て い. 勾 配 とな って い る.な お,図‑8は. あ り,通 過. 二 に開 口 部 密 度. 豊 後 水 道 と紀 伊 水 道 で. の水 位 差 と密 度 勾 配 の 関 係(豊 後 水 道‑紀 伊 水 道)を して お り,両 者 に も弱 い相 関(決. 定 係 数 が0.14)が. 示 あ る.. これ は図‑3で 示 した こ と に も関連 して お り,外 洋 か らの. る と判 断 し,そ の上 で,(1)観 測 点 ま で の 距 離 が 遠 い 場 合,. 黒 潮 系 水 塊 の流 入 が 水 位 差 や密 度 勾 配 等 の一 連 の 流 れ場. あ る い は(2)観測 点 ま で の 距 離 は近 くて 出 水 の影 響 の 可 能. を 形 成 す る要 因 とな っ て い る こ とが 示 唆 さ れ る.図‑9は. 性 が な い 場 合 に適 合 性 が 低 い デ ー タで あ る と決 定 す る.. ケ ー ス2の 計 算 通 過 流 量 と 開 口部 水 位 差 の 関 係 を 示 して. 条 件(1)は以 下 に示 す 式(7)と(8),条. お り,相. 件(2)は式(9)の よ う に. 関 が 強 く(決 定 係 数 が0.88),水. 位 差 に対す る. 流 量 変 化 率 が3,315m3/s/cmに 達 して い る.(1)ケ ー ス2の 近. 定 式 化 した.. 似 直 線 は原 点 の 近 くを 通 る の に対 して ケ ー ス1で は そ う. (7). で な い こ と,(2)ケ ー ス2で の 水 位 差 に対 す る流 量 変 化 率 (図‑7上 図 の 直 線 の傾 き)が ケ ー ス1(図‑9)よ. (8). (ケ ー ス1と2の 標 準 偏 差 は6,784m3/s,3,294m3/s)こ. (9) こ こ に,σ 量(m3/s),バ. ρ:密 度 の 標 準 偏 差(kg/m3),QR:総 ー は18年 平 均 値 を 示 して い る.条. り小 さ い. こ と,(3)ケ ー ス1で は近 似 直 線 か らの ば らつ きが 大 き い とか. ら,実 現 象 で は 開 口 部 水 位 差 が主 な 通 過 流 の駆 動 力 と な. 河川 流. り,密 度 勾 配 に よ って 通 過 流 量 に 偏 差 が 生 じる と考 え ら. 件(1)は. れ る.. 図‑6中 の定 義 軸 上 に示 した ■,条 件(2)は図‑6中 の▲ に あ. 図‑10は2通. りの 方 法 で 算 出 さ れ た 密 度 勾 配 と備 讃 瀬 戸. た る.こ の 結 果 よ り,適 用 性 の低 い 密 度 分 布 デ ー タ は11. に お け る ケ ー ス1と2の 通 過 流 量 差(豊 後 水 道 か ら紀 伊 水. 箇 月 分 とな り,こ れ らを 除 い て考 察 を 行 う.. 道 へ の 流 れ が正)の. 関 係 を示 して い る.こ. 配 の 算 出方 法 は以 下 の通 りで あ る.. こ に,密 度 勾.
(5) 410. 図‑8. 海. 岸. 工. 学. 論. 豊 後水 道‑紀 伊水 道 間で の密度 勾 配 と豊後 水道 と紀 伊. 文. 集. 第55巻(2008). 図‑10. 2通 りの方 法で算 出され た密 度勾 配 と備讃瀬 戸 にお け るケ ース1と2の通 過 流量差 の関 係. 水道 の水 位差(豊 後水 道‑紀 伊水 道)の 関係. 黒 潮 系 水 塊 の流 入 圧 差 は開 口部 密 度 場 の年 変 動 の 支 配 要 因 の 一 つ と な って い る こ とが 考 え られ る. 2)瀬. 戸 内 海 全 域 の広 い 範 囲 に わ た って 流 れ 場 の経 年 変 動 を考 察 す る た め,水 質 デ ー タ の 観 測 点 の違 い や 出 水 に よ るば らっ き を考 慮 した数 値 計 算 の た め の デ ー タ処 理 法 を 提 案 した.. 図‑9. 3)瀬. ケ ース2での境 界水 位 と計算 通過 流量 の関係. 戸 内海 の 通 過 流 は平 均 的 に は豊 後 水 道 か らの流 入 が 強 く,こ の 通 過 流 の 支 配 的 な駆 動 力 は開 口部 で の 水 位 差 で あ る.ま た,開. (1)豊後 水 道 と紀 伊 水 道 の 海 域 別 平 均 密 度 差(豊 後 水 道‑ 紀 伊 水 道)を. 口部 の 密 度 差 は瀬 戸 内 海 内. 部 の 密 度 勾 配 よ り も通 過 流 に 及 ぼす 影 響 は大 き く,. 瀬 戸 内海 を 縦 断 す る距 離 で 除 した値(記. 黒 潮 の流 路 変 化 に起 因 した外 洋 水 の流 入 現 象 が 通 過. 号 □). 流 を 加 速 さ せ て い る と考 え られ る.. (2)開口部 を 除 く伊 予 灘 か ら備 讃 瀬 戸 ま で の 海 域 別 平 均 密 度 と伊予 灘 か らの水平 距 離 で求 めた近 似 直線 の傾 き (記 号 △) (1)の決 定 係 数 は0.41で あ り,(2)の 決 定 係 数(0.17)よ. 謝辞 本 研 究 の 一 部 は科 学 研 究 費 補 助 金(若. り. 題 番 号18760376)の. 手 研 究(B),課. 助 成 を 受 け て実 施 され て い る.黒 潮. も大 き く,密 度 勾 配 に対 す る通 過 流 量 差 の変 化 率 も大 き. 流 軸 位 置 は海 上 保 安 庁,沿. い.(1)の プ ロ ッ トの ほ とん ど が 第1象 限 に あ る こ と は開. デ ー タ は 日本 海 洋 デ ー タセ ンタ ー で ま とめ られ て い る観. 口部 密 度 勾 配 が 豊 後 水 道 か ら紀 伊 水 道 向 き の通 過 流 を加. 測 デ ー タで あ る.水 温 ・塩 分 デ ー タ は 各 県 所 管 の水 産 試. 速 さ せ て い る こ と を示 唆 して い る.こ の こ とは 図‑7に お. 験 場 等 で取 得 され て い る.こ. 岸 の検 潮 所 の 水 位 お よ び 海 流. こ に記 して 謝 意 を表 す る.. いて 近 似 曲 線 の切 片 が プ ラ ス で あ る こ と に対 応 す る.一 方,(2)は 相 関 が 弱 く,近 似 直 線 の傾 き も小 さ い こ とか ら, 通 過 流 量 差 に与 え る影 響 は相 対 的 に小 さ い と考 え られ る. 以 上 よ り,通 過 流 の支 配 的 な 駆 動 力 は 開 口部 で の水 位 差 で あ り,各 湾 ・灘 で 生 じた ロ ー カ ル な 密 度 勾 配 よ りむ し ろ黒 潮 の流 路 変 化 に伴 った 開 口部 で の水 塊 密 度 の変 化 が 開 口 部 水 位 差 で 生 じた通 過 流 を 加 速 さ せ て い る こ と が考 え られ る. 5.. お わ りに. 本 論 文 で 得 られ た 主 要 な結 論 を 以 下 に示 す. 1)両. 水 道 南 方 沖 で の 流 軸 緯 度 は瀬 戸 内 海 へ の 黒 潮 系 水 塊 の 流 入 圧 と通 過 流 に関 連 す る こ とが 推 測 され た.. 参. 考. 文. 献. 秋 山 秀樹, 柳 哲雄(1984): 宿 毛湾 にお け る水 温急 変現 象 の機 構, 沿 岸海 洋研 究 ノー ト, 22, pp.61‑66. 関根 義 彦(1985): 黒 潮 大 蛇 行 の 形成 過 程, 月刊 海 洋, Vol. 17, No.5, pp.274‑282. 武 岡英 隆, 永 田豊(1988): シ ンポ ジウ ム 「急 潮‑沿 岸 と外 洋 の相互 作用‑」 の ま とめ, 沿岸 海洋 研究 ノー ト, 30, pp. 1‑3. Komai, K., Hibino, T., and Matsunaga, Y.(2007): Influence of the Kuroshio stream path variation on current fields in the Seto Inland Sea, Proceedings of the 14th PAMS/JECSS Workshop , pp.244-247. Takeuchi, J., Honda, N., Morikawa, Y., Koike, T., and Nagata, Y . (1998): Bifurcation current along the southwest coast of the Kii Peninsula, Journal of Oceanography, Vol. 54, pp.45-52 ..
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