大 阪 湾 ・紀 伊 水道 に お いて観 られ る も う一 つ の密度 流 系
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(2) 392. 海. 岸. 工. 学. 論. 文. 集. 第55巻(2008). 境 界 条 件 は以 下 の よ うに与 え た. ・潮 位(沖 合 境 界);沖. 合 境 界 の 両 端I・IIで. 得 られ る変. 動 の6分 潮 の線 形 和 で 与 え,海 上 で の値 は計 算 ス テ ッ プ毎 に線 形 補 間 す る. ・水 温 ・塩 分 ・密度(沖 合 境 界);沖. 合 境 界I ,II上. にあ. る定 線 調 査 測 点 で の 観 測 値 を 内 挿 す る. ・河 川 流 量(河 口);一. 級 河 川 か ら流 入 す る河 川 流 量. ,水. 温 と塩 分 を与 え る. ・日射 量 ,気 温(海 面);8月. の典 型 的 な 日変 化 とす る.. (4) 黒 潮 の動 態 の 取 り扱 い 黒 潮 が 潮 岬 に接 近 す るか,あ. る い は遠 ざか る か に よ っ. (a). て,紀 伊 水 道 の縦 断 面 の 水 温 や塩 分 分 布 が 大 き く変 化 す. 黒潮接岸期. (b). (1999年8月10日). (2000年8月8日). る こ と,紀 伊 水 道 お よ び 紀 淡 海 峡 の成 層 化 と黒 潮 の 経 路 図‑1. に相 関 性 が あ る こと が最 近 に な って分 か って き た.し か. 黒潮離岸 期. 紀 伊水道 沖合 の水 温 ・塩分 ・密 度差 の鉛 直分布. しなが ら,数 値 シ ミュ レ ー シ ョ ンの精 度 に相 応 す る 黒 潮. 岸 傾 向 に な る と,表 層 か ら流 出 し た海 水 を 補 う よ うに,. の 力 学 的条 件 の 設 定 は難 し い.. 外 海 の 中 層 水 が上 昇 しな が ら紀 伊 水 道 内 の底 層 に進 入 し. 竹 内 ら(1997)の 定 義 に した が っ て,黒 潮 の 位 置 に よ っ て 接 岸 時(潮 岬 か らの 離 岸 距 離 が30海 里=56km以 離 岸 時(56km外)に. 内)と. 分 類 した と き の典 型 的 な水 温 ・塩 分 ・. た もの と推 測 さ れ る.沖 合 境 界Iお. た水 温 と塩 分 の観 測 値 を与 え る こ と に した.沖 合 境 界II. 密 度 の鉛 直分 布 を 図‑1に 示 す.旧 徳 島県 水 産 試 験 場 が 実. に 関 して も同 様 に,旧. 施 し た浅 海 定 線 調 査 の観 測 値 を 用 い て作 図 した.観 測 位. 水 産 試 験 場 の観 測 値 を 与 え た.. 置 は,紀 淡 海 峡 か ら南 へ 約68kmの 1999年8月10日. 調 査 地 点(E16)で. の黒 潮 は,潮 岬 か ら37kmの 位 置 に あ り,. 一 様 に混 合 し た水 塊(水 温28℃. ,塩 分34.0〜34.3psu)が 紀. 伊 水 道 の 陸 棚 部 を 占 め て い る.一 方,2000年8月8日 潮 離 岸 時 で は,黒. の黒. 潮 は 潮 岬 か ら65kmの 位 置 に あ り,表. 層 の 水 塊 は水 温27℃,塩 水 温22.0℃,塩. あ る.. 分31.9psuで あ る.水 深30mで. 分34psuと な る.50m以. は,. 深 は深 層 水 で あ り,. 両 者 の 分 布 は 同 じで あ る.竹 内 ら(1997)か ら,黒 潮 が 離. (a). 水 深1m. (b) 図‑2. け る境 界 条 件 は,旧. 徳 島 県 水 産 試 験 場 お よ び和 歌 山 県 水 産 試 験 場 が 観 測 し. 兵 庫 県 水 産 試 験 場 お よ び徳 島 県. (5) 数 値 実 験 の 内 容 と実 験 結 果 の 検 証 方 法 紀 淡 海 峡 に お け る流 動 構 造 の解 明 の ため に実 施 した現 地 調 査(金 ら,2003)の. う ち,1999年. を黒 潮 接 岸 期,2000年. と2002年 の夏 季 観 測 を 黒 潮 離 岸 期. と2002年 の夏 季 観 測. と して数 値 実 験 結 果 の 検 証 に利 用 した. 数 値 実 験 の 妥 当 性 は 既 往 の公 表 デ ー タ と の比 較 か ら検 証 した.そ. の 内 容 は,(1)8箇 所 の 検 潮 所 に お け る潮 位 変. 化,(2)26箇 所 の潮 流 楕 円,(3)残 差 流 系(沖 ノ瀬 環 流,西. 水 深20m. 夏季 の15日 間積 分 によ り得 られ た残 差流 の計 算結 果. (c). 水 深40m.
(3) 大 阪湾 ・紀 伊水 道 にお いて観 られ る も う一つ の密 度流 系 宮 沖 環 流,エ. ス チ ュ ア リー循 環)で あ る.. 393. 東 流 を示 して い る. 和 歌 山 側 の 水 深 の浅 い 海 域 で は,西 向 き の流 れ を 呈 し,. 3. 数 値 実 験 結 果 と そ の 考 察. 表 層 で の 流 速 は速 い が,水 深 と と もに 減 少 す る傾 向 が 見 (1) 黒 潮 離 岸 時 に お け る 残 差 流 系. られ る.水 深 が 大 き く,流 速 の速 い徳 島 側 で は上 層 で 南. 図‑2に15日 間 積 分 で 得 られ た 残 差 流 の水 平 方 向 成 分 を. 向 き,下 層 で 北 向 き の 流 れ を呈 して い る.流 れ の 向 きが. 表 層,中 層,底. 層 別 に ベ ク トル で 示 す.沖 合 境 界 に お け. る潮 位 変 動 を6分 潮 の 線 形 和 と して 与 え た こ と か ら,潮. 逆 転 す るの は水 面 下 約40mで あ る. 一 方 ,密 度 の 断 面 分 布 は観 測 ・数 値 実 験 と もに成 層 状. 汐 残 差 流 は15日 間 の積 分 した値 を 採 用 した.. 態 に あ り,σtの 値 は海 表 面 ・海 底 差 で2.5と な っ て い る.. 表 層 に 関 して は,紀 淡 海 峡 を 通 る流 れ は大 阪 湾 南 部 の. 両 者 に絶 対 値 で 約1,0程 度 の 違 い は あ るが,力. 学的には. 東 岸 恒 流 帯 や沖 ノ瀬 環 流 の影 響 を 受 け て南 下 す るが,北. 鉛 直方 向 勾 配 が 直 接 的 に関 与 す る こ とか ら,今 回 の 数 値. 緯34度 付 近 に存 在 す る時 計 廻 りの 渦 に よ り流 れ は西 に 曲. 計 算 は紀 淡 海 峡 で 得 られ た 観 測 結 果 を 良 好 に再 現 して い. げ られ,徳. る と判 断 で き る.. 島県 の 海 岸 に沿 って 太 平 洋 に 向 か うの が 明 瞭. に わ か る.ま. た,中 層(約20m水. 深)で も表 層 と同 じ傾 向. で あ るが,流 速 は相 対 的 に小 さい.興. 味 を 引 く流 動 は水. 深40mに お い て紀 淡 海 峡 か ら大 阪 湾,さ. らに 明 石 海 峡 に. つ ぎに,紀 伊 水 道 か ら大 阪 湾 湾 奥 に縦 走 す る 断面(図‑ 2(c)に 直 線 で 示 す)に お け る塩 分 と密 度(σt)分 布 を 示 す. 図‑4(a)と(b)は,そ. れ ぞ れ 黒 潮 の 接 岸 期 ・離 岸 期 の計 算. 向 か う流 れ で あ る.紀 淡 海 峡 を 越 え て大 阪 湾 に流 入 す る. 結 果 で あ る.両 分 布 の 空 間 変 化 は沖 合 境 界 条 件 に 依 存 す. 流 動 が 残 差 流 系 に認 め られ た.数 値 実 験 で 得 られ た紀 伊. る.両 者 を 比 較 す る と黒 潮 離 岸 期 で は強 い成 層 状 態 に あ. 水 道 に お け る流 動 お よ び残 差 流 系 特 性 は 藤 原 ら(1997)の. り,湧 昇 し た深 層 水 は紀 伊 水 道,紀. ADCP観. 沿 って 運 ば れ る と想 像 で き る.紀 伊 水 道 の 海 水 は 紀 淡 海. 測 な らび に診 断 モ デ ル を 用 い た 数 値 実 験 に よ っ. て も確 認 さ れ て い る.. 淡 海 峡 へ と海 底 面 に. 峡 の底 層 部 か ら大 阪 湾 へ 流 入 す る こ とが わ か る.. (2) 紀 淡 海 峡 横 断 面 に お け る 潮 汐 残 差 流 系 と‑潮 汐 間 積 分 した 密 度 分 布. (3) 粒 子 追 跡 に よ る 外 海 起 源 水 塊 の 輸 送 過 程 外 海 起 源 の水 塊 が 太 平 洋 か ら紀 伊 水 道 ・紀 淡 海 峡 を経. 黒 潮 の離 岸 時 に は,紀 淡海 峡 に お い て は上 層 が 南 流,. 由 して 大 阪 湾 に流 入 して くる の か,そ. の可 能 性 を 探 る た. 下 層 付 近 で は北 流 が 卓 越 す る傾 向 を示 し,密 度 成 層 の 影. め に粒 子 追 跡 に よ る数 値 実 験 を行 な っ た.実 験 内 容 は紀. 響 を受 け て上 下 層 で 流 動 が 反 転 す る.し か し,接 岸 時 に. 伊 水 道 沖 合 境 界Iに. は水 深 方 向 に ほぼ 一 様 な 流 動 構 造 を有 して お り,黒 潮 離. 向 に2m間 隔(但 し,水 深80m〜90mの. 接 岸 に よ って 流 動 構 造 が 大 き く異 な る とい う結 果 を得 て. 流 速 に比 例 させ て5分 毎 に放 流 し,そ の 軌 跡 を 追 い か け. い る(中 辻 ら,2002;金. ら,2003).こ. の特徴を確認 す る. る方 法 で あ る.し. お い て 横 断 方 向 に2km間 隔,鉛. た が って,粒. 直方. 間)か ら,粒 子 群 を. 子 群 は3次 元 で 時 間 変 動. た め に,夏 季 の 小 潮 時 に 観 測 した残 差 流 と一 潮 汐 積 分 し. す るが,表 現 は非 常 に難 しい の で,図‑5に. た 密 度 分 布 を 示 す と と もに,観 測 した潮 汐 時 に対 応 す る. 子 群 の 位 置 を海 表 面 と大 阪 湾 ・紀 伊 水 道 の縦 断面 に直 交. 残 差 流 な らび に密 度 の 断 面 内 分 布 の比 較 を 行 っ た.図‑3. 投 影 す る こ と に よ り表 現 す る こ と と した.黒 潮 離 岸 期 と. (a)は観 測 結 果,(b)は 計 算 結 果 で あ る.残 差 流 の ベ ク ト ル 表 示 は,上 下 方 向 は北 流 ・南 流 を,左 右 方 向 は西 流 ・. 接 岸 期 の 流 動 場 と拡 散 場 の計 算 は 予 め実 行 して お き,そ. (a). 観 測 結 果(2005年8月10日). 図‑3. 示 す よ う に粒. れ ぞ れ の 粒 子 位 置 を 割 り出 す こ とに よ り線 形 補 完 で 流 速. (b) 数値 実験結 果. 紀淡 海峡 横断 面 にお ける残差 流 と一潮 汐間 積分 した平 均密 度分 布(黒潮 離岸 期).
(4) 394. 海. (a). 工. 学. 論. 文. 集. 第55巻(2008). 黒潮接 岸期. 図‑4. (b) 黒潮 離岸 期 図‑5. (b). 黒潮 離岸 期. 紀 伊水 道縦 断面 にお け る1潮汐積分 塩分 と密度差 分布. (a) 黒 潮離 岸期. と拡 散 係 数 を 与 え て,つ. 岸. (c) 黒 潮離 岸期. (d) 黒 潮接 岸期. 黒 潮離岸 ・接 岸期 に おけ る外 海起 源 の水塊 の輸 送分 布特 性. ぎの 時 間 ス テ ップ の粒 子 位 置 を. 決 定 す る.. お り,粒 子 群 の散 らば り程 度 か ら,水 深10mの 低 温 ・高 塩 分 の 亜 表 層 水 塊 が 紀 伊 水 道 に 進 入 して い る もの と考 え. 黒 潮 離 岸 時 にお け る底 層 水 塊 の挙 動 は,計 算 の 開始 後. られ る.両. 図 と もに 水 塊 の 先 端 はdensity headを 形 成 し. 80時 間 で 浦 生 田 岬 と 日 ノ御 埼 を 東 西 に つ な ぐ紀 伊 水 道 入. て い る.図 中 の破 線 は紀 伊 水 道 な ら び に大 阪 湾 西 部 ・東. り 口 に 至 っ て い る.160時. 部 海 域 の 水 深 の概 観 を 与 え て い る もの で あ り,目 安 程 度. 間 後 に は 海 南 ま で 北 上 し,約. 200時 間 後 に紀 淡 海 峡 ま で 至 る.240時. 間 後 の 分 布 を見 る. に海 底 面 を示 して い る.. と,外 洋 か ら紀 伊 水 道 の 底 層 へ 進入 した 外 洋 起 源(低 温 ・. 図‑5(d)は 黒 潮 接 岸 期 の 計 算 結 果 で あ る.実. 験開始 後. 高 塩)の 水 塊 が 紀 淡 海 峡 を 通 じて大 阪 湾 南 海 部 海 域 へ 流. 240時 間 後 の 粒 子 群 の 分 布 を示 して い るが,黒. 潮離 岸期. 入 す る こ と が 見 て とれ る.紀 伊 水 道 を輸 送 され る粒 子 群. に比 して 進 入 速 度 は小 さ い.. の 形 状 は ま さ に密 度 流(density current)の 様 相 を 呈 して.
(5) 大 阪湾 ・紀 伊水 道 にお いて観 られ る も う一つ の密 度流 系. 395. を 指 摘 す る こ とが で き た.そ. 4. 結 果 と そ の 考 察. れ は3次 元 数 値 実 験 の結 果. を 粒 子 追 跡 とい う視 覚 に訴 え て 初 め て確 信 で き た事 実 で 瀬 戸 内海 の各 灘 や 各 湾 の リ ンや 窒 素 等 の起 源 を 調 べ る. あ る.. とそ の 多 くが 外 洋 起 源 で あ り,陸 域 か らの栄 養 塩 の 汚 濁. 沖 合 境 界 に お いて 黒 潮 の動 態 を 適 正 に表 現 しえ て な い. 負 荷 を 大 き く上 廻 る こ と を示 唆 す る研 究 報 告 が 多 くな っ. 弱 点 も承 知 して い るが,大. て きた.こ. の指 摘 は,現 在 施 行 さ れ て い る総 量 規 制 の理. 議 論 す る上 で,紀 淡 海 峡 で の 海 水 交 換 の可 能 性 は大 い に. 念 を 根 本 的 に否 定 す る もの で あ り,瀬 戸 内 海 研 究 にお い. あ る.表 題 に も う一 つ の密 度 流 と い う言 葉 を 用 い た の は. て早 急 に検 討 し,結 論 が 求 め られ る課 題 で あ る.一 方,. そ の よ うな意 味 を 持 た せ た い か らで あ る.. 阪湾の物質輸送 や水質構造 を. 著 者 ら は1999年 以 来 現 地 観 測 を含 む 研 究 を実 施 し,紀 淡 海 峡 を 通 じた栄 養 塩 フ ラ ック ス に は黒 潮 蛇 行 が影 響 して. 謝 辞:本 研 究 はわ か や ま海 域 環 境 研 究 機構 の 研 究 活 動 で. い る こ とが 判 明 した が,力 学 的 に考 察 され た研 究 は な い.. 実 施 した現 地 観 測 に鼓 舞 さ れ,継 続 して い る研 究 成 果 の 一 部 で あ る.記 して 関 係 者 に謝 意 を 表 す る .. 本 研 究 で は,3次. 元 流 動 ・粒 子 追 跡 モ デ ル を 用 い て,. 密 度 流 的 ア プ ロ ー チ か ら現 象 の解 明 を 図 っ た.得. られ た. 結 果 は 以 下 の 通 りで あ る.. 参. 1)紀 伊 水 道 の潮 汐 残 差 流 は バ ロ ク リニ ッ ク流 れ で あ り, 水 深40m以 深 で は紀 淡 海 峡 を通 して 大 阪 湾 へ 流 入 す る 流 れ が あ る.そ の 流 れ は黒 潮 経 路 に依 存 して決 ま る. 2)紀 淡 海 峡 で 観 測 さ れ た 成 層 化 な ら び に 底 層 の 北 向 き 流 れ は,瀬 戸 内海 へ の 栄 養 塩 輸 送 を 担 う も の で あ る. 外 海 起 源 の 低 温 ・高 塩 分 の 水 塊 の 大 阪 湾 へ の移 流 を も た らす 力 学 機 構 で あ る. 3)粒 子 追 跡 に よ って 可 視 化 され た 現 象 は 上 述 の 諸 過 程 を 明確 に説 明 した.ま た,紀 伊 水 道 で 見 られ た の は密 度 の高 い 水 塊 が 海 底 面 に 沿 っ て流 動 す る密 度 流 で あ る. 中辻 ・藤 原(1995)は 大 阪 湾 や 東 京 湾,伊. 勢 湾 等,閉. 鎖. 性 の強 い成 層 内 湾 に お い て,地 衡 流 バ ラ ン ス に よ って 生 じる河 川 プ ル ー ム の偏 向 現 象 と,エ ス チ ュ ア リー循 環 に よ る時 計 回 りの 水 平 循 環 流 が 観 られ る こ とを 観 測 と数 値 実 験 に よ って 確 認 した.そ れ は重 力 効 果 に よ っ て表 層 水 塊 が ど の よ う に拡 が る か で あ っ た.本 論 文 で 扱 っ た の は, 太 平 洋 に起 源 を もっ 高 塩 分 ・低 水 温 の水 塊 が 陸 棚 海 底 に 沿 っ て紀 伊 水 道 お よ び大 阪 湾 海 底 に運 ば れ る重 力 密 度 流 で あ る.太 平 洋 か ら約65km隔. てた紀 淡海 峡で の成層構. 造 や 物 質 フ ラ ッ ク ス に黒 潮 の 経 路 の影 響 が 現 れ る可 能 性. 考. 文. 献. 金. 漢九 ・西 田修 三 ・中辻啓 二(2003): 紀 淡海 峡 にお ける流 動 構造 と物 質 輸送 に及 ぼ す黒 潮蛇 行 の影響, 第50回 海 岸 工 学論 文集, pp.926‑930. 高 志 利宣 ・藤 原建 紀 ・住 友寿 明 ・竹 内淳 一(2002): 海 洋 か ら 紀 伊水 道 へ の窒素 ・リンの輸 送, 第49回 海 岸工 学 論文 集, pp.1076‑1080. 竹 内 淳一 ・中地良 樹 ・小 久保 友義(1997): 紀伊 水 道 に進入 す る表層 暖水 と底 層冷 水, 第73巻 海 と空, pp.81‑92. 武 岡 秀隆(2006): 沿岸 域 にお け る外洋 起源 栄養 物 質量 の見 積 もり法 とそ の 問題 点, 沿 岸海 洋 研 究 、 第3巻, 第2号, pp.105‑111 中辻啓 二(1994): 大阪 湾 にお け る残差 流系 と物 質輸 送, 水 工 学 に関 す る夏期 研修会, 94‑A‑9., pp.1‑28 中辻啓 二 ・藤 原建 紀(1995): 大 阪 湾 にお け るエ スチ ュ ア リー 循 環機 構, 第42回 海岸 工学 論文 集, pp.396‑400. 中辻啓 二 ・西 田修 三 ・金 漢 九 ・山 中亮 一(2002): 紀 淡海 峡 にお け る残 差 流 と物質 輸送 の現 地 観測, 第49回 海 岸工 学 論 文集, pp.1071‑1075. 藤 原建 紀 ・宇野 奈 津子 ・多 田光 男 ・中辻啓 二 ・笠井 亮 秀 ・坂 本 亘(1997): 海 洋 か ら瀬戸 内海 に流入 す る窒素 ・リンの 負 荷量, 第44回 海 岸工 学論 文集, pp.1061‑1065. 藤 原建 紀 ・小林 志 保 ・高志 利 宣(2003): 瀬 戸 内海 の窒 素 ・リ ンの輸 送 と起 源 の現 地 観 測, 第50回 海 岸 工 学 論 文集, pp.951‑955. 藤 原正 幸 ・大橋 行 三 ・藤原 建紀(1997): 診 断 モ デル に よ る8 月 の紀 伊水 道 に おけ る残差 流 シ ミュ レー シ ョン, 第44回 海 岸工学 論文 集, pp.411‑415..
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