北海道地質研究報告書第86号

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フェリーを用いて観測した道南沖太平洋の海況

Hydrographic Conditions in the Pacific Ocean off the Southern Hokkaido

observed by a ferryboat

木戸和男・大澤賢人・檜垣直幸

Kazuo Kido, Masato Osawa and Naoyuki Higaki

Abstract

For the better understanding about the oceanographic condition around Hokkaido and contribution to “Maritime” weather forecasting in the future which means numerical prediction of the oceanographic condition, we developed a monitoring system of temperature, salinity and fluorescence intensity attached to the cooling pipe system of the ferryboat SUISEN of Shin Nihonkai Ferry Corporation. Using this system, we conducted, from 2003 through 2012, a continual and daily observation on temperature, salinity and fluorescence intensity of the surface layer along the course of the ferryboat from Tomakomai on the Pacific coast of Hokkaido to Tsuruga on the Japan Sea coast of Honshu.

In this report, we described year−to−year changes of the oceanographic conditions along a part of the course off the southern Hokkaido, accompaniedwiththeseasonalalternationofthreewatermasseswitheachother.Afterthepaststudiesontheoceanographic conditions in Funka Bay and its adjacent waters including our study area, the three water masses concerned are ; Coastal Oyashio Water which is Oyashio Water transformed by ice−melted water in Okhotsk Sea, and Oyashio Upper Water, from late winter through summer ; Tsugaru Warm Water originated from Kuroshio, from mid−summer through winter.

Furthermore we showed some newly−observed phenomena as follows.

1）Although these waters appear in the waters in turns basically, Tsugaru Warm Water appears unexpectedly in a season of the other water mass in some years.

2）From the late in spring through summer, these water masses and those diluted by riverine water appear simultaneously in confused patchy shape, especially in salinity distribution. We call this term of confusion state as “confusion term”. 3）In the summers of 2009 and 2010, waters of salinity lower than 32 expanded long and widely. These waters were Coastal

Oyashio Water diluted in the waters off the eastern Hokkaido, the upper stream of Coastal Oyashio. 4）Tsugaru Warm Water did not appear in the winter of 2009−2010, different from the other winters.

5）Fluorescence intensity as an index of chlorophyll concentration increases in March and/or April for the phytoplankton bloom. The bloom happens sharp and clearly in years when Coastal Oyashio Water is predominant, and gently and unclearly when Oyashio Upper Water is predominant and Tsugaru Warm Water intrudes unexpectedly in the season of cold water masses.

The results stated above are based on the data of the surface layer observed with our monitoring system, and so, verifications by the data of vertical sections obtained by research vessels should be carried out.

キーワード：フェリー海の気象台，モニタリング観測，水温，塩分，蛍光強度，北海道南部沖太平洋の海況，津軽暖流，親潮

Key words : “Maritime” meteorological observatory, ferryboat, monitoring, hydrography of the Pacific Ocean off the southern Hokkaido, temperature, salinity, fluorescence intensity, Tsugaru Warm Water, Oyashio

Ⅰ

はじめに−この研究の目的と背景―

Ⅰ．1 目的当所では，北海道周辺海域に関する研究の推進と，将来的には海の数値予測の発展に寄与するための海洋の定期的・高頻度の観測を目指して，平成 13・14 年度の北海道重点領域特別研究課題として定期フェリーを利用した観測システムを開発し，平成 15 年度から経常研究「海洋のモニタリング観測―「海の気象台」計画―」として，苫小牧∼敦賀航路において継続的な海洋観測を実施してきた．本稿では，その観測システムの概要と，観測結果のなかから道南沖太平洋における海況の年々変動，この北海道地質研究所報告，第８６号，９‐２４，２０１４９

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システムによって初めて明らかになった特徴的な現象について記載し，この海域における海洋物理や水産資源の変動，海洋生物と環境の関係など，今後のより広範な研究に必要な基礎的知見とすることを目的とする．なお，上記の経常研究課題名にある「海の気象台」は，海洋変動の数値予報を目指して山形（2001，2004）が提唱した「海の「天気予報」」に因んでいる．天気予報には，当然のことながら，その作業の基礎となる観測データを得る気象台が必要不可欠ではないか，との考えである． Ⅰ．2 背景天気予報は，外出時の服装や洗濯など家事の予定といった極めて身近なことから，自然を相手とする農林水産業，物流，電力をはじめとするエネルギーの需給や食料生産量の予測など国家の安全保障に関わることまで，社会のさまざまな分野で必要とされており，社会と極めて密着した応用分野であるといえる．天気予報は言うまでもなく気象学という基礎科学に支えられているが，それらの基礎を成すのは世界中に配置された気象観測施設で行われている定時観測，すなわち大気のモニタリング観測である．海洋も大気と同じ地球の表面を覆う流体であるが，対象の現況把握であり研究の出発点でもあるモニタリング観測という点では，気象と海洋の現状は著しく異なっている．少々長くなるが，以下しばらくの間，大気と海洋に関するモニタリングの歴史の概略を振り返って，その意義と問題点を再確認しておきたい．なお年代については，それがどのような時代であったかを思い起こせるように元号を付してある． 110年ほど前の日露戦争（1904（明治 37）∼1905（明治 38）年）における山場のひとつ，日本海海戦については，その直前に連合艦隊から大本営に向けて発せられた電文の末尾「本日天気晴朗ナレドモ浪高シ」という一節が有名であるが，その元となったのは当時の中央気象台予報課長だった岡田武松の予報「天気晴朗ナルモ浪高カルベシ」である（須田，1968；司馬，1996）．予報に用いられた 1905 年 5 月 26 日の天気図（須田，1968）を見ると，この当時の日本本土にはほぼ現在の地方気象台に相当する 50 余地点，朝鮮半島に 5 ヵ所，台湾に 4 ヵ所，そして大陸に 7∼8 ヵ所の観測点が配置されている．予報の基礎理論や観測に用いる気温・気圧などの基本的要素の測定技術の確立は無論のこと，1872 （明治 5）年函館にわが国初の気象測量所が設けられて以降の観測網の整備のほか，1894（明治 27）年のマルコーニによる無線通信実験の成功に続く 1900（明治 33）年の船舶無線通信の実用化などの基盤技術がなければ，この予報は不可能であった．すなわち，明治維新から僅か 30 年余りしか経っていない当時，既に天気予報の基礎理論，観測の技術と運用体制，観測データや予報の速やかな伝達を可能にする通信技術が全て存在していたのである．特筆すべきは，この時期の観測体制が，東京の中央気象台（現在の気象庁）を除くと 1939 （昭和 14）年に国営化されるまで，いずれも府県営であったことであろう．即ち，天気予報というひとつの目的を達成するためには，必ずしも単一の機関である必要ではない，ということである．現在の気象観測網は，特別地域気象観測所（以前の測候所を無人化・自動化した施設）を含めた気象官署 150ヵ所，17 km 四方に 1 ヵ所の地域気象観測システム（アメダス）1300 ヵ所が設置されて，10 分間隔の観測を実施している．そのほかにも，全国 20 ヵ所の気象ドップラー・レーダーと，気象衛星が運用されている．これらの観測データは，直ちに防災のために重要な降水・雷・竜巻の現況把握や降水短時間予報に利用され，さらに，テレビ等で日常生活に馴染み深い府県天気予報から長期予報や気候変動予測まで，さまざまなレベルでの予報や基礎的な学術研究のための基本的データとなっている．一方，海洋の観測は，幕末の 1860 年頃の水路測量と海図作製に始まり，海軍水路部（1871（明治 4）年設立：現海上保安庁海洋情報部）や農商務省水産講習所（1897（明治 30）年設立：現東京海洋大学および水産総合研究センター），海洋気象台（1920（大正 9）年設立：現神戸地方気象台）が水路測量，漁業振興や海洋気象観測など，それぞれの目的をもって観測を始めた．海洋観測は船を用いなければならず，各機関 1 隻程度の現在から見れば小型の船で時間のかかる観測作業を実施するので，観測できる海域や頻度は限定され，現在からみれば散発的探検的で，まだモニタリングの範疇に入るものではなかった．現在は都道府県の水産試験場，（独法）水産総合研究センター各水産研究所，気象庁，海上保安庁海洋情報部，（独法）海洋開発研究機構がそれぞれ独自の目的，項目と手段，海域・頻度でモニタリング観測を行っている．とりわけ都道府県水産試験場が各県沖合の海域に配置した定点で行っている定期的な観測は，船舶を用い，観測機器を降下させて海洋を立体的に測定する全国規模の一斉観測として，その重要性は極めて高い．海上保安庁海洋情報部や気象庁，水産総合研究センターでは，それぞれ船舶と衛星などの観測データを元にして，天気図に相当する水温分布や海流の現況図を定期的に公表し，海洋開発研究機構は前述の「海の「天気予

報」」の考えに基づいた JCOPE（ Japan Coastal Ocean Prediction Experiment）／JCOPE 2（http : //www.jamstec.go. jp/frcgc/jcope），また水産総合研究センターは新海況予測システム FRA−ROMS（http : //fm.dc.affrc.go.jp/fra−roms /index.html）と呼ばれる，いずれもデータ同化手法と数値モデルを利用した予測システムを試験的に運用している．１０北海道地質研究所報告，第８６号，９‐２４，２０１４

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これらの現況図や予測あるいは予報も，その作業の基本あるいは初期値となるデータとして，また結果を評価するための実測値として，観測データが不可欠であるが，海洋観測には広大な海面に観測点を設けなければならないという，極めて困難な問題がつきまとう．現在用いられている観測船，人工衛星，定点観測ブイや漂流ブイのどの方法も一長一短で，どれかひとつの方法で十分ということはない．すなわち，・観測船は海中深くまでの正確な測定や分析用試水の採取が可能であるが，作業に時間がかかるため，広範囲の観測を短時間で行うことは事実上不可能で，しかも船の建造や運航・維持管理に多額の経費がかかる．・人工衛星は短時間に広範囲の観測が可能であるが観測の対象は海面付近に限られ，また，雲や霧が障害になることが多く天候の影響を受けやすい．また，高い空間分解能を持つ極軌道衛星は同一地点上空を長い周期で通過するため，常時あるいは高頻度の観測には不向きである．打ち上げや運用に掛かる高額の費用も考慮しなければならない．・定点観測型のトライトン・ブイや漂流観測型アルゴ・ブイなど，現在では多種多様なブイが開発されているが，広範囲の観測を行なおうとすれば，いずれも多数のブイを製作しなければならず，やはり船と同様に，高額の費用を必要とする．したがって，広範囲にわたる，対象の時間的スケールに適した頻度で同時性の高い観測値を得るためには，さまざまな方法をその特長を生かして併用し，最終的にそれらの観測結果を合成して海域の全体像を描く方法を模索するしかない．視点を北海道に移す．北海道沿岸海域は，言うまでもなく広大な太平洋やその縁辺海である日本海・オホーツク海の一部であり，北海道近海といえども，その理解のためにはより広い海域の理解を必要とする．したがって北海道近海の理解のためには，道内の関係機関がその前浜である部分的海域を分担して観測するとともに，データを他機関が行った観測データと共に使えるよう，共有することが理想的で最も効率的な方法であろう．当所では，山形（2001，2004）の「海の天気予報」という考え方を理解し，また気象観測所が当初は府県営であったことも考慮して，その予報の進歩の受益者でもある地方として何ができるかを検討した．その結果，定期フェリーを観測プラットフォームとして利用する計画を立案し，観測システムの開発を手始めとして計画を実現した．観測の対象となった北海道近海の道南沖太平洋海域では，暖流と寒流が周期的に交代して（大谷，1971），沿岸地域の天候や気候に影響を与えている（大川，1992）．また，マグロ・イワシ等の暖海性魚種からスケソウダラ等の寒海性魚種まで多種多様な水産資源に恵まれ（箕田・富士，1985），渡島半島沿岸ではコンブ，西端の噴火湾ではホタテ貝の養殖が地域経済を支えている．この海域の環境の現況を知り，さらには将来的にその変動を予測／予報できるようになれば環境変動の原因究明やそれが原因の被害の軽減に貢献できるものと考えられる．

Ⅱ

モニタリング・システムの概要と観測方法

Ⅱ．1 システムの概要 新日本海フェリー株式会社では本道と東北，関西を結ぶ航路でフェリーを運航している．そこで，「（旧）すいせん」（約 17,000 トン）への計測機器設置に対する協力を同社に依頼して承諾を得，ドックでの定期点検期間を利用して観測機器を設置した．「（旧）すいせん」は 2012 年に同名の新船就航に伴って廃船となったが，以下では（旧）を省略して単に「すいせん」と表記する．第 1 図に「すいせん」の機関室に設置したモニタリング・システムの概要を示す．計測は船の主機・発電機の冷却や空調などに用いるために船底の取水口から取水した海水を，配管路から分岐して設置した専用管（右図）に取り付けた計測器で行う．海水は 2 m s−1_で流れ，取水後 10∼20 秒ほどで専用管に達すると推定している．計測中はバルブ d と e を開き，バルブ f を閉じて海水を専用管に通し，計測器の交換や管の保守管理などの作業を行う時は d と e を閉じ，f を開いて通常の配水経路に戻し，専用管を空にしてから作業を行う．計測器は植物プランクトンの色素であるクロロフィルを対象とする蛍光光度計（左図 a）と水温・塩分計（b）から成り，フランジ（c）によって専用管に固定する．蛍光光度計はアレック電子（現 JFE アドバンテック社）製メモリー・クロロテック ACL シリーズのセンサーを利用して製作し，蛍光強度は等量の蛍光を発するフルオレッセン・ナトリウムの濃度（μg / L）に換算して表示した．また，水温・塩分計は同社製小型メモリー水温塩分計 Compact−CT をそのまま利用した． Ⅱ．2 観測方法と資料 「すいせん」は苫小牧港・敦賀港間 512 マイル（約 950 km）を南下時で約 20 時間，北上時で約 19 時間かけて航行し，苫小牧港には約 3 時間，敦賀港には約 4 時間停泊する．したがって，航路のうち，停泊地に近い海域では往復の時間差は 3∼4 時間で，航路両端に近い海域の観測は実質的には 2 日に 1 回の頻度となる．第 2図に 2003 年から 2012 年にかけて観測を継続した航路を本邦周辺の代表的な海流系の模式図とともに示す．システムの測定時間間隔は 10 分で，平均船速を26ノットとすると距離間隔は約 8 km である．位置データはフェリーを用いて観測した道南沖太平洋の海況（木戸和男・大澤賢人・檜垣直幸）１１

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「すいせん」の GPS 受信データをブリッジ裏の小室においたコンピュータに取り込む方式で始めたが，後に Wintec社の小型 GPS ロガー WBT−201 および 202 による直接測定に改めた．原則的に月 1 回，苫小牧港停泊中に測定器と GPS ロガーを交換してデータ回収を行い，後刻，測定時刻を基準に 10 分毎の位置と測定値のデータ・ファイルを作成した．本稿では，フェリーによる観測データのほか，以下の機関が公開しているデジタルデータまたは画像データを適宜引用した．・第一管区海上保安本部海洋情報部発行「海洋速報」：海面水温分布． http : //kaiho.mlit.go.jp/KAN 1/kaisyou/sokuho.htm ・（独法）水産総合研究センター厚岸沖観測定線 A 第１図フェリーに設置したモニタリング・システム．（左図）a：蛍光光度計，b：水温・塩分計，c：測定専用管取り付け用フランジ，（右図）「すいせん」の海水パイプに接続した専用管．

Fig. 1 The monitoring system attached to a pipe of cooling system of the ferryboat SUISEN of the Shin Nihonkai Ferry Company.（Left）a : fluorometer, b : conductivity and temperature sensors, c : connecting flange, those are operated at every ten minutes.（Right）Arrangement of the system, d, e and f : the valves controlling the sea−water flow. The positions of observation are recorded by a GPS settled in the bridge of the ferryboat.

第２図 A：日本を取り巻く海流系とフェリー「すいせん」の航路，B：北海道近海における「すいせん」の航

路と水産総合研究センターの観測定線（A ライン）．双方とも太線部が本稿で言及した観測線．

Fig. 2 A : The current system around Japan, and the cruising course of the ferryboat SUISEN. B : The observation lines referred to in this report（bold lines）and the main rivers flowing into the Pacific Ocean off Hokkaido. A−line is that operated by the Fisheries Research Agency.

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ラインのデータ：水温・塩分の鉛直断面分布． http : //tnfri.fra.affrc.go.jp/seika/a−line/a−line_index.html ・北海道大学水産学部練習船うしお丸の公開データ：航路上の表層塩分分布． http : //rose.hucc.hokudai.ac.jp/~a20011/salino_top.html ・北海道大学大学院水産科学研究院の公開 NOAA 衛星画像データ：海面水温． http : //odyssey.fish.hokudai.ac.jp/AVHRR/ ・国土交通省河川水質データベース：河川流量． http : //www.river.go.jp Ⅱ．3 フェリーによる測定値の評価 日夏ら（2000）は定期航路を運航する商船を篤志観測船（Voluntary Observation Ship : VOS）として利用する際，取水口から採取した海水が船体外のどの位置（深さ）のものかを明らかにするために模型実験と数値実験を行い，海面付近の観測のためには船底からの取水が望ましい，という結論を得た．著者らは，専用管で測定した値が実際の海面の状態をどの程度正しく反映しているか確認するために，2002 年 6 月，9 月と 2003 年 1 月，3 月に「すいせん」に乗船し，航海中に投棄式水温計（Expendable Bathythermograph : XBT）で水温測定を行い，専用管の水温・塩分計で測定した水温と比較した．第 3 図（A）に XBT で測定した水温の鉛直分布の例を示す．どの時期もうねりの影響からか深度 20 ないし 30 mまでこの図のようにほぼ等温の混合層となっていたため，海面 0 m（B）と 1 m（C）の水温と，専用管の水温塩分計による水温の相関を示す．投下した温度センサーがまだ海水温に馴染んでいない 0 m で両者の相関がやや悪く，また 2002 年 6 月の観測である 15∼20℃ の領域で XBT 投下のタイミングがずれたためにばらつきがやや大きくなっていることを除くと，XBT の測定値と専用管での測定値の相関は非常によい．このことにより，本報告の専用管を用いた方法はほぼ海面付近の値を測定していることを確認した．

Ⅲ

観測結果

Ⅲ．1 フェリーを用いて観測した海況変動と水塊交替 第 2 図に示した航路を含む北海道道南沖の太平洋は，黒潮を起源とする暖流である津軽暖流と，北部北太平洋の西部に起源を持つ「親潮上層水」あるいはオホーツク海の流氷の影響を受けた「沿岸親潮水」が季節的に交代する海域である（大谷，1985：大谷，1991）．親潮上層水と沿岸親潮は，区分する必要がない場合には合わせて親潮系水と総称する．これらの知見によれば，親潮系水は晩冬ないし初春にこの海域に出現し，夏から冬にかけては津軽暖流水がこれらに取って代わる．これらの水塊の水温・塩分特性を第 4 図の T−S ダイアグラムに示し，フェリーによる観測結果の記載は以後この水塊区分に倣って行うことにする．ただし，水塊特性は気象条件などに影響されて季節や年によって違うので，厳密なものではない．第 5 図∼第 8 図に 2003∼2012 年の観測結果のうち水温（各年上段：単位℃）と塩分（下段：無単位）を，縦軸に十進緯度，横軸に月単位の時間軸をとった時間断面図で示す．表示範囲は第2図に示した新日本海フェリー苫小牧・敦賀航路のうち，恵山岬の南方沖，北緯 41 度 42 分から苫小牧沖の北緯 42 度 30 分までの区間である．図中の空白期間はフェリー「すいせん」の定期点検第３図モニタリング・システムと XBT で測定した水温の相関関係．A : XBT による水温鉛直分布，B・C：モニタリング・システムと XBT で測定した 0 m，1 m の水温との相関図．

Fig. 3 （A）Vertical temperature profile measured by a XBT,（B）and（C）Relationships between the temperature measured by the monitoring system and those by XBT at 0 m, and at 1 m respectively. Although the relationship at 0 m is not so good relative to that at 1 m because of time shortage for equilibrating with water temperature, we conclude that the monitoring system measures well the temperature in surface layer.

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のためのドック入り，測定専用管の移設や計測器の故障・修理などによって測定ができなかった期間である． 2003年（第 5 図）1 月中旬には既に，水温が第 4 図の定義域よりやや高めの 4℃ 以下，塩分 33.0 以下の沿岸親潮水がこの海域に広がっており，3 月には水温は 2 ℃以下，一部 0℃ 以下の年間の最低値となる．沿岸親潮の源流部に相当するオホーツク海における流氷の融解や，河川からの融雪水の流入のため，塩分はさらに低下して 3 月下旬には 32.5 以下にまでなるが，5 月以降には再び 32.5 以上，時には 33.0 以上の領域が斑状に出現し始める．航路上のこのような塩分分布の変動に対して，水温は比較的単調に増加し，塩分のような斑状の分布は見られない．東北から北海道にかけての太平洋は，相対的に高温・高塩分の黒潮と低温・低塩分の親潮の流域が接し，それらから切離した暖水塊や冷水塊が入り乱れて極めて複雑な海洋構造を成す「混乱水域」と呼ばれる海域（川合，1972）である．本稿の対象である道南沖太平洋は，この混乱水域の西部に位置し，さらに津軽海峡から津軽暖流が，また各海流の流路沿岸の河川からは淡水が流入する．上記の斑状分布はこれらの水塊が混在して混乱水域と同様の複雑な状況となっているためと考えられる． 8月になると観測線全域で水温がこの年最高の 18℃ 以上となり，また塩分も北部の陸近くを除く広範囲で 33.0前後に増加し，比較的高温・高塩分の津軽暖流水が接近し始めたことを示している．10月には観測線全体でほぼ均一な 33.0∼33.5 に増加，さらに 11 月下旬には全領域で 33.5 以上になり，この海域が津軽暖流水によって占められたことが分かる．このように，噴火湾沖の海況変動の研究（大谷，1971）からも類推されることであるが，この海域では沿岸親潮が優勢な冬から春，津軽暖流が優勢な秋から冬にかけての期間は比較的単純な水温・塩分分布となる．両期間の中間の 5 月から 8 月は，親潮系水・津軽暖流水あるいは黒潮起源の暖水塊・河川水が入り交じって特に塩分が非常に複雑な分布となり，衛星画像による水温分布や，船舶による離散的で時間間隔の長い観測だけでは，海況変動の実態を把握することは難しいことを示唆している．本稿では，このような複雑な海況となる時期を仮に「混乱期」と呼ぶことにする．以上がこの海域における 1 年間の水塊交替を中心に記載した海況変動である．年による違いはあるにせよ， 2004年以降も基本的には上述したパターンを繰り返すものと考えられる．そこで，これ以降は水塊の交替時期や特異的な事象を主に記載することにしたい． 2004年（第 5 図）1 月中旬には北部の沿岸部で水温 4 ℃，塩分 33.0 の以下の沿岸親潮水が僅かに見られるものの，まだ多くは塩分 33.5 以上の津軽暖流水が占めているが，2 月下旬には南部の津軽海峡付近を残して，全域が塩分 33.0 以下の沿岸親潮水で占められる．この年は船内の配水経路変更に伴う専用管移設のため，5 月で観測を中断した．観測を再開した翌 2005 年（第 5 図）3 月中旬，水温は 4℃ 以下であるが塩分はまだ 33.0 以上で，この海域を占めているのは沿岸親潮水ではなく親潮上層水で，塩分 33.0 以下の沿岸親潮水が広く出現するのは 4 月中旬になってからである．その後，混乱期を経て 8 月には広い範囲で塩分が 33.0 以上に増加して津軽暖流水の接近を示唆し，10 月には全域で 33.5 以上になって津軽暖流水との交代が終わったことを示している．津軽暖流水は 2006 年（第 6 図）1 月上旬までこの海域に留まり，その後，急速に塩分 33.5 以下の親潮上層水と交替する．津軽暖流水との交替は 8 月下旬に始まり， 10月には全域にわたって塩分が 33.5 以上となって交替は完了する． 2007年（第 6 図）1月にはすでに塩分は 33 台に低下しており，2 月末から 3 月にかけてはさらに水温 2℃ 以下，塩分 33.0 以下の沿岸親潮水が北側半分に，やや遅れて南側に水温 6℃ 以上，塩分 33.5 以上の津軽暖流水が短期間現れる．これら北側の沿岸親潮水と南側の津軽暖流水を除くと，1 月から 4 月まで長期間にわたって全域が水温 4∼6℃，塩分 33.0 以上 33.5 以下の，水塊の区分（第 4 図）から判断すれば親潮上層水がこの海域を占めているように思われる．しかし，以下に示すように，広域的な水温分布を見ると，実際には 2 月までは塩分がやや低くなった津軽暖流水が拡がり，3 月になってから沿岸親潮水，続い第４図 T−Sダイアグラム上での水塊区分．

Fig. 4 The characteristics of the water masses concerned with our study on the Temperature−Salinity diagram, after Ohtani（1971）in modified form.

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第５図フェリー航路に沿った水温（各年上段）と塩分（下段）の時間断面図：2003 年∼2005 年．

Fig. 5 Time cross sections of temperature（upper）and salinity（lower）for each year along the ferry course for 2003−2005. Notice is taken of the seasonal change of water mass revealed especially in salinity distribution ; Oyashio Upper Water of 33.0−33.5, or Oyashio Coastal Water lower than 33.0 from the late in winter through spring, and Tsugaru Warm Water higher than 33.5 from mid−summer through winter. From the late in spring through summer, these waters and diluted ones exist simultaneously in confused patchy shape, and we call the term of this confused state as “confusion term”.

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第６図フェリー航路に沿った水温と塩分の時間断面図：2006 年∼2008 年．

Fig. 6 Same as Fig. 5 except for 2006 − 2008. The water of salinity 33.0−33.5 in January and February 2007 is considered to be not Oyashio Upper Water, but a little diluted Tsugaru Warm Water differing from the other years, in consequence of referring the temperature distributions shown in Fig. 9.

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第７図フェリー航路に沿った水温と塩分の時間断面図：2009 年∼2011 年．

Fig. 7 Same as Fig. 5 except for 2009−2011. The waters of salinity lower than 32.0, spreading long and widely in the summers of 2009 and 2010, are Coastal Oyashio Water diluted by the riverine water mainly from Tokachigawa as described in Fig. 13. It flows into the waters off the eastern Hokkaido, the upper stream of Coastal Oyashio, and its surface layer shallower than 30 m is stratified strongly as shown in Fig. 14. The diluted water flows along the coast of the eastern Hokkaido and, as shown in Fig. 12, it spread off the coast to the west of Cape Erimo. Tsugaru Warm Water appears merely in a short term from late November to early December 2009, and does not appear regularly in the winter of 2009 − 2010.

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て親潮上層水が分布していることがわかる．第 4 図の水塊区分を参考に，5℃ を津軽暖流水と親潮上層水・沿岸親潮水との便宜的境界とし，この 3 か月の第一管区海上保安本部海洋情報部「海洋速報」の 5 ℃等温線を強調したものが第 9 図である．太平洋ではこの等温線の西側あるいは南側が津軽暖流水あるいは黒潮から切離した暖水塊の領域，日本海では南側が対馬暖流水の領域を示している．また，5℃ 等温線の北側は親潮上層水または沿岸親潮水の領域である．2006 年 12 月後半から 2007 年 1 月前半にかけて，5℃ 等温線は襟裳岬付近にあり，襟裳岬から西側の海域はまだ津軽暖流水の領域となっている．2007 年 2 月後半には等温線は西に移動してその北端が苫小牧沖に接近し，津軽暖流水の後退と沿岸親潮の進出を示す．この時の状態が第 6 図の 2003 年 3 月に見られる水温 2℃ 以下，塩分 33.0 以下の沿岸親潮水出現に対応している．第 9 図では明瞭ではないが，北海道大学大学院水産科学研究院の公開 NOAA 衛星画像データでも，沿岸親潮水と考えられる幅 30 km 程度の北海道太平洋岸に沿った狭い帯状の低温域を確認できる．3月前半になると，5℃ 等温線は津軽海峡東口まで延びて，この海域が親潮上層水に占められたことを示している．津軽暖流水との交替は 8 月末から始まり，10 月には全領域で塩分が 33.5 以上となって，交替が完了している．津軽暖流水は 2008 年（第 6 図）1 月まで留まり，1 月末から水温 4℃ 以下，塩分 33.0 以下の沿岸親潮水が現れる．7 月から 9 月上旬の混乱期を経て 9 月中旬には塩分 33.5 以上の津軽暖流水が拡がり始め，11 月中旬には，34.0 以上というこれまでになく高塩分の津軽暖流第８図フェリー航路に沿った水温と塩分の時間断面図：2012 年．

Fig. 8 Same as Fig.5 except for 2012. Tsugaru Warm Water intrudes into the predominant Coastal Oyashio Water unexpectedly in April, shown by the salinity higher than 33.0.

第９図 2006年 12 月∼2007 年 3 月の海面水温分布図（第一管区海上保安本部海洋情報部海洋速報を改変）．

Fig. 9 Sea surface temperature around Hokkaido from Dec. 2006 through Mar. 2007 modified from the Quick Bulletin of Ocean Conditions of Hydrographic and Oceanographic Department, 1 st Regional Coast Guard Headquarters. The 5 °C isotherms are emphasized for convenience as a border between the cold water masses（Coastal Oyashio Water and Oyashio Upper Water）and the warm water masses（Tsugaru Warm Water and the warm water cut off from Kuroshio）. The warm water along the coasts of the southern Hokkaido and Honshu is Tsugaru Warm Water. From January through February, Tsugaru Warm Water occupies the waters off the southern coast of Hokkaido, and Coastal Oyashio Water reveals in March, 1−2 months later than the other years.

(11)

水が全域を占めるようになる．その後，水温と塩分は低下するが津軽暖流水は 33.5 以上の斑状分布として 2009 年（第 7 図）2 月中旬まで滞留する．この頃水温 4℃ 以下，塩分 33.0 以下の沿岸親潮と混在した親潮上層水が北部から拡がる．4 月には塩分 33.0 以下となる所もあるが，すでに融雪期に入っているため，これが沿岸親潮水かどうかははっきりしない．5 月下旬には混乱期となり，これまで通りならば 8 月ないし 9 月までは混乱期が続くが，2009 年には 7月下旬から 9 月中旬までの約 2 ヵ月間，塩分 32 以下の低塩分水がほぼ全域に拡がり，塩分分布は極めて単純になっていることが特徴である．その原因については，同様の現象が翌 2010 年にも発現するので，後節で合わせて考察することにしたい． 10月になると塩分は 33.0 を超えるが 11 月末から 12 月上旬にかけての短期間に 33.5 を超えるものの，12 月中旬には再び33.0台に戻り，翌2010年になっても33.5 以上にはならない．すなわち，後節で考察するように，津軽暖流水との交替がこれまでのようには行われなかったことを示している． 2010年（第 7 図）1 月には既に沿岸親潮水がこの海域に拡がって 5 月には混乱期となるが，この年も 7 月から 8 月にかけて前年同様に塩分 32 以下の低塩分水が海域全体を広く占めている．その後，9 月には全域で塩分 33.0 以上，10 月には 33.5 以上となって津軽暖流水への交替が完了し，津軽暖流水は翌 2011 年 1 月下旬に沿岸親潮水との交替が始まるまでこの海域を占める． 3月上旬に津軽暖流水の貫入と思われる一時的な塩分増加があり，2011 年の混乱期は 8 月まで続く．9月には塩分が広く 33.0 以上に増加しはじめ，10 月には 33.5 以上の津軽暖流水との交替が完了する．しかし，この年は 12 月に再び全域で塩分が低下し，2012 年（第 8 図） 1月には塩分 33.0 以下の沿岸親潮水が拡がっている． 4月には，塩分が 33.0∼33.5 に低下した津軽暖流水が指状に貫入して（北海道大学水産科学研究院公開 NOAA 衛星画像データ）広がり，その後は混乱期に入る． Ⅲ．2 フェリーによって観測した植物プランクトン量 の変動 フェリー「すいせん」に設置した観測システムには，植物プランクトンの量的指標であるクロロフィル濃度を推定するため，クロロフィルが発する蛍光の強度を測定するセンサーが組み込まれている．第 10 図と第 11 図に前節で述べた水温・塩分と同時に測定した蛍光強度を，等しい強度の蛍光を発するフルオレッセン・ナトリウムの濃度（単位：μg/L）で目盛付した結果を示す．第 5 図∼第 8 図に示した水温・塩分と同様に，横軸が月単位の時間軸，縦軸が第 2 図に示した航路に沿った十進緯度である．各年とも，図の下に前節で述た水塊交替の様子を，優勢な水塊を表す線で示してある．一般的な傾向を見ると，各年とも植物プランクトンの大増殖（ブルーミング）を反映して 3 月ないし 4 月に年間の最大値となる．他の期間ははるかに低い 1 μg/L 以下の濃度で推移することが多いが，例えば 2005 年や 2006 年のように 1 μg/L を僅かに超える濃度が不定期に出現する年もある．ブルーミングの指標である高い濃度の発現状況を水塊交替のパターンと合わせて細かく見ると，発現時に優勢な水塊によって違いがあることが分かる．すなわち，ブルーミングが発現した時に沿岸親潮水が優勢であった 2003 年，2004 年，2008 年，2010 年そして 2012 年にはブルーミングはほぼ全域で一斉に濃度が急増し，また終了も比較的急である．これに対して，親潮上層水が優勢な 2005 年，2006 年，2007 年，2009 年には緩やか且つ不均一に増加して時間断面では斑状の分布を見せ，終了も緩やかである．また，沿岸親潮水と津軽暖流水が交互に優勢となった 2011 年には，親潮上層水が優勢な年と同じく，緩やかで不均一なプルーミングが発現している．以上のような，優勢な水塊と関係したプルーミング発現の状況は，発現の機構，発現時の植物プランクトンの種組成などともに，今後の課題として残る．

Ⅳ

考

察

Ⅳ．1 特異的な低塩分水の拡がり 前章において，この海域が春から夏にかけて親潮上層水・沿岸親潮水と津軽暖流水に加えて，これらが希釈されたものが斑状に入り組んだ混乱した海況となること，2009 年と 2010 年の夏には広域かつ長期間にわたって低塩分水が出現したことを述べた．親潮上層水・沿岸親潮水と津軽暖流水の周期的交替はこれまでの研究（大谷，1971）で明らかにされているが，このような混乱状態となること，とりわけ広域かつ長期間の低塩分水の出現はこれまで報告されていない．そのため，この節では塩分低下の主要因でと考えられる河川水の影響について考察する．第 12 図に北海道大学水産学部練習船うしお丸が 2009 年 6−7 月と 9 月に北海道沿岸海域を航行しながら測定した塩分の分布を示す．6−7 月の全道一周航海では，日本海と津軽海峡の対馬暖流水，オホーツク海の陸岸近くの宗谷暖流水に相当する高塩分域が，また，太平洋では親潮系水に相当する低塩分域が極めて明瞭に示されている．ところが 9 月の航海では，岬より東側では大きな変化は見られないものの，襟岬付近で塩分が 31.0以下と非常に低くなり，襟裳岬から西側の 2 航路のうち，岸寄りの航路で 31.5 以下の低塩分域が広がっている．これらのことから，先に述べた 2009 年と 2010 年夏の広域で長期間にわたる低塩分域の出現は，沿岸フェリーを用いて観測した道南沖太平洋の海況（木戸和男・大澤賢人・檜垣直幸）１９

(12)

第１０図フェリー航路に沿った蛍光強度の時間断面図：2003 年∼2007 年．

Fig. 10 Time cross sections of fluorescence intensity calibrated with sodium fluorescein concentration in the unit of μg/L, along the ferry course for 2003−2007. The lines at the bottom of figure for each year indicate the predominant water mass and the confusion term. The spring phytoplankton bloom happens sharp and clearly in years when Coastal Oyashio Water is predominant, and gently and unclearly when Oyashio Upper Water is predominant and Tsugaru Warm Water intrudes unexpectedly in the season of cold water masses.

(13)

親潮水あるいは親潮上層水の塩分が低かったのではなく，親潮を流れに例えるならば，観測海域の上流に位置する襟裳岬以東の河川から流入した淡水が岸沿いに西に流れ，襟裳岬以西で沖に拡がったのではないかと推測される．そこで，太平洋に注ぐ主要 4 河川（新釧路川・十勝川・沙流川・鵡川）の 2003 年から 2010 年における 6∼ 8月の月間流量を計算した結果を第 13 図に示す．他の 3河川と比較して十勝川の流量が常に多いが，特に2009 年と 2010 年は 3 か月とも圧倒的に多く，上述した低塩分水の出現には十勝川からの河川水流入の寄与が大きかったものと考えられる．第１１図フェリー航路に沿った蛍光強度の時間断面図：2008 年∼2012 年．

Fig. 11 Same as Fig.10, except for 2008−2012.

(14)

第 14 図に（独法）水産総合研究センターが，第 2 図に示した厚岸沖の観測定線（A ライン）で観測した 2009 年および 2010 年の 7 月における水温・塩分の鉛直断面図を示す．各年とも 7 月には 50 m 以浅に水温・塩分の躍層が形成されており，2009 年には沖合に周辺の同深度と比較すると高温・高塩分で，黒潮から切離したものと思われる暖水塊が存在する複雑な構造になっている．沿岸の河川から流入した河川水は，この躍層の上部に乗って拡がったものと考えられる．ただし，同程度の河川流量であった 2003 年 8 月にはこのような低塩分域は出現していない．このことから，流入した河川水が何故混合拡散して薄まらなかったか，その機構が今後検討すべき課題として残る． Ⅳ．2 津軽暖流水の異変 第 7 図において述べたように，2009 年から 2010 年にかけて津軽暖流水は例年通りにはこの海域に出現しなかった．このことに対する傍証として，第 15 図に第一管区海上保安本部海洋情報部の海洋速報から，2009 年 7 月から 12 月までの毎月前半の海面水温分図を示す．等温線のうち，各月の全体的な分布状態から沿岸親潮第１３図北海道沖太平洋に注ぐ主要河川の 2003−2010 年の 6−7 月における月間流量（国土交通省河川水質データベース）．

Fig. 13 Monthly discharges of the main rivers shown in Figure 2 from June through August in 2003−2010 （Water Information System, Ministry of Land, Infrastructure and Transport, Japan）. Large dis-charges of Tokachigawa in 2009 and 2010 are thought to contribute to the formation of the salinity lower than 32.0 revealed in Fig. 7.

第１２図北海道大学水産学部練習船うしお丸の航路に

沿った塩分分布（北海道大学水産学部）．

Fig. 12 Salinity profiles around Hokkaido in June−July and September 2009, observed by T/S Ushio−maru, Hokkaido University. The profile in September shows that the waters of low salinity spreads off the coast to the west of Cape Erimo.

第１４図水産総合研究センター観測定線 A ラインの

水温・塩分鉛直断面（水産総合研究センター）．

Fig. 14 Vertical sections of temperature and salinity in July

of 2009 and 2010, along the A−line（observed by Fisheries Research Agency）. In both years, waters shallower than 50 m are strongly stratified at this section, the upper stream of Coastal Oyashio. The low−salinity waters shown in Fig. 7 are thought to have spread in these surface waters.

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水または親潮上層水と，津軽暖流水あるいは黒潮から切離した暖水塊との便宜的境界と考える等温線を強調してある．太平洋ではこの等温線の西側と南側が津軽暖流水，あるいは黒潮から切離した暖水塊の領域にあたる． 6月には苫小牧沖に境界の等温線があって，第 7 図では混乱期の状態となっている．7 月以降は，8 月に襟裳岬南方にまで拡がっている（渦モード：Conlon, 1982）が，そのほかの月は津軽海峡東口から発した等温線は本州沿岸を南に延びて（沿岸モード：Conlon, 1982）北海道沿岸には達していない．すなわち，2009年から2010 年にかけての冬には津軽暖流水がこの海域に拡がっていなかったことを示しており，第 7 図の結果とも符号する．

Ⅴ

まとめ

北海道周辺海域の海況をよりよく理解し，将来的には海の「天気予報」に地方機関として貢献することを目的として開発したフェリーに搭載するモニタリング・第１５図 2009年 6 月∼12 月の海面水温分布図（第一管区海上保安本部海洋情報部海洋速報を改変）．

Fig. 15 Sea surface temperature around Hokkaido from June through December 2009 modified from the Quick Bulletin of Ocean Conditions, Hydrographic and Oceanographic Department, 1st Regional Coast Guard Headquarters. As same as in Fig. 9, some isotherms are emphasized for convenience as the border between Coastal Oyashio Water and the warm water masses, Tsugaru Warm Water and warm water mass cut off from Kuroshio. In all months, Tsugaru Warm Water flows along Honshu and does not enter the waters off the southern Hokkaido.

(16)

システムを利用して，北海道南部沖の太平洋の海況変動を 2003 年から 2012 年にかけて観測した．その成果は以下のようにまとめることができる． 1）当該の海域の海況変動に関わる水塊は，隣接する噴火湾の研究でも明らかにされている沿岸親水，親潮上層水と津軽暖流水で，基本的には沿岸親潮水と親潮上層水は晩冬から夏にかけて，また，津軽暖流水は夏から冬にかけて出現する． 2）春から夏にかけては河川水が加わり，これらの水塊が斑状に混在するため，この海域の海況とりわけ塩分分布は極めて複雑なパターンを示す． 3）対象海域の東端，襟裳岬東方の沿岸海域に注ぐ河川，特に十勝川からの河川水がこの海域全体の塩分低下に大きく影響することもある． 4）2009年から 2010 年にかけての冬期には，例年出現する津軽暖流水が出現しなかった． 5）クロロフィル濃度の指標である蛍光強度は，植物プランクトンの春季大増殖のため 3 月ないし 4 月に増加するが，沿岸親潮水が優勢な年は急激，明瞭に変化するが，親潮上層水が優勢な年は，緩やかで比較的不明瞭に変化する．以上の結果は主としてフェリーを利用した表層の観測データに基づいたものであり，より深い層の情報はほとんど参照されていない．今後，観測船による鉛直断面データによる検証が必要である．

謝

辞

この研究を立案・実行するに際しては多くの方々の協力をいただきました．新日本海フェリー株式会社の本社および小樽本店・苫小牧支店の皆様，そしてフェリー「すいせん」の数多くの乗組員の皆様から，モニタリング・システムの開発計画の段階から観測終了に至る長い期間にわたって貴重なご助言とご協力を賜りました．また，第一管区海上保安本部水路部水路課（現海洋情報部海洋調査課）からは，モニタリング・システムの測定値の評価に際し，XBT の運用に多大なご援助を賜りました。北海道大学大学院水産科学研究院の磯田豊准教授，地方独立行政法人北海道立総合研究機構中央水産試験場の田中伊織研究参事，また，当所環境地質部沿岸地質グループの仁科健二主査には，共同研究によるモニタリング・システムの開発に際してご協力いただきました．皆様に心からお礼申し上げます．

文

献

Conlon, D. M.（1982）: On the Outflow Modes of the Tsugaru Warm Current. La mer, 20, 60−64. 川合英夫（1972）：黒潮と親潮の海況学．海洋物理Ⅱ，海洋科学基礎講座 2，東海大学出版会，東京，323 p. 日夏宗彦・塚田吉昭・南佳成・原島省（2000）：フェリーによる海水モニタリング用連続取水の深度代表性に関する船体模型実験，原島省・功刀正行（編）フェリー利用による海洋環境モニタリングおよび関連研究に関する総合報告書． 38−45，国立環境研究所，つくば，181 p. 箕田嵩・富士昭（1985）：Ⅳ生物，第 3 章噴火湾．日本海洋学会沿岸海洋研究部会（編）日本全国沿岸海洋誌，東海大学出版会，東京，1106 p. 西浜雄二（1982）：噴火湾口鹿部沖におけるクロロフィル量の季 節変化に関する 10 年間の観測．水産海洋研究会報，41，62− 64. 大谷清隆（1971）：噴火湾の海況変動の研究：Ⅱ．噴火湾に流入・ 滞留する水の特性，北海道大学水産学部研究彙，22，55−66. 大谷清隆（1985）：Ⅱ物理，第 3 章噴火湾．日本海洋学会沿岸海洋研究部会（編）日本全国沿岸海洋誌，東海大学出版会，東京，1106 p. 大谷清隆（1991）：“親潮”の再確認．北海道区水産研究所研究報 告，55，1−24. 大川隆（1992）：北海道の動気候．北海道大学図書出版会，札幌，246 p. 司馬遼太郎（1996）：坂の上の雲 6．文藝春秋社，東京，471 p 須田瀧雄（1968）：岡田武松伝．岩波書店，東京，612 p. 山形俊男（2001）：予測する海洋学の時代へ．海洋開発ニュース， 29，2−3. 山形俊男（2004）：海の「天気予報」の実用化に向けて．海洋政策 研究財団ニューズレター，93. ２４北海道地質研究所報告，第８６号，９‐２４，２０１４