長風丸観測時間表

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「日本沿海予測実験」

平成

14 年度第 3 次（KOP02-03）航海

（長風丸

00-06 次航海）

観測報告

地球観測フロンティア研究システム

気候変動観測研究領域

日本沿海予測実験グループ

2003 年 4 月 21 日

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目次 1．報告者氏名・所属・連絡先住所等 2．目的 3．観測 3.1 使用船舶、観測日程と海域 3.2 参加者 3.3 CTD/LADCP 観測 3.4 XBT/XCTD 観測 3.5 船底 ADCP 観測 4．結果 4.1 CTD、XBT/XCTD 断面 4.2 LADCP 流速分布 4.3 船底 ADCP 流速分布 4.4 地衡流流速分布添付CD-ROM に以下の資料およびその説明ファイルを格納する：・本報告書（図、表を含む）・データフォッマットファイル(H14CHOFU _readme.doc) ・測点情報ファイル(H14CHOFU.SUM) ・ CTD 観測データ・ LADCP 観測データ・船底ADCP データ・ XBT データ・ XCTD データ

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１．報告者氏名・所属・連絡先住所等報告者氏名：朱小華日本沿海予測実験グループ研究員連絡先住所：日本沿海予測実験グループ、気候変動観測研究領域地球観測フロンティア研究システム(FORSGC) 海洋科学技術センター(JAMSTEC) 〒237-0061 横須賀市夏島町２−１５電話：0468-673780 Fax ：0468-679835 e-mail：xhzhu＠jamstec.go.jp 協力者：三浦貴博日本沿海予測実験グループ研究員（一部船底 ADCP データ解析担当）協力者：小浜和公日本沿海予測実験グループ研究推進スタッフ（一部データ整理担当）監修：市川洋日本沿海予測実験グループグループリーダー 2．目的本州南方を流れる黒潮は、その流量・熱流量の大きさのため日本の気候に大きな影響をあたえるだけでなく、黒潮続流域の熱環境を支配することにより、地球の数年∼数十年スケールの気候変動に大きく影響している。本州南方の黒潮とその下流の黒潮続流の変動を予測するためには、それらの上流域にあたる南西諸島西側の黒潮と東側の琉球海流系の変動特性を長期間のモニタリングによって把握し、変動メカニズムを解明する必要がある。南西諸島西側の東シナ海陸棚斜面を北東に流れる黒潮については、これまで多くの観測研究が行われ、その変動特性は概ね理解されている。しかし、南西諸島東側を北東に向かって流れていると推測されている琉球海流系の全体像については未解明の部分が多い。奄美大島南東海域での強い北東向流の存在が確認されているが、沖縄南東海域では、黒潮続流域から伊豆・小笠原海嶺を越えて頻繁に伝播してくる中規模渦／ロスビー波に伴う流速変動が顕著であるために、定常的な北東向流の存在は確認されていない。このため、台湾東方で北に向かって東シナ海に流入する黒潮本流から東に分岐して、石垣島、宮古島の東側の陸棚斜面に沿って北東へ向かう黒潮分岐流が、沖縄南東を経て奄美大島南東沖の北東向流とつながっていることは確認されてはいない。そこで、日本沿海予測実験では、沖縄南東海域と奄美大島南東海域を集中観測海域に設定し、多数の PIES（圧力計付音響潮位計）と流速計を係留して、当海域における海水流動構造とその変動を長期間連続モニタリングすることとしている。 PIES 測定値の検定および資料解析のためには、それらの直上での水温・塩分・流速の鉛直分布を係留観測期間中に測定する必要がある。このため、本航海では、長崎海洋気象台との共同研究の一環として、奄美大島南東海域に設置された 6 点の PIES 係留点と沖縄南東海域に設置された 6 点の PIES 観測点付近で CTD/LADCP 観測を行った。また、海面高度計搭載人工衛星の軌道直下、沖縄南東海域の 6 点と奄美大島南東海域の 8 点で CTD/LADCP 及び XBT/XCTD を用いて、往復断面観測を行った。なお、沖縄南東沖側と奄美大島南東沖側を結ぶ 7 点で CTD/LADCP または XCTD 観測を行った(図 1)。 3．観測 3.1 使用船舶、観測日程および海域図１に長崎海洋気象台観測船「長風丸」によって行われた本観測航海の測点位置と航跡図を示す。 2002 年 10 月 17 日 14:00 に那覇港から出港した。10 月 17 日から 19 日まで沖縄南東海域の PIES 係留点及び OS ラインの CTD/LADCP 及び XCTD 観測を行った。10 月 19 日から E ラインの CTD/LADCP 観測を行った。10 月 20 日 20:00 から E04、E05 及び E06 での XCTD 観測をしながら、アメリカの演習場ホテル・ホテル訓練海域を速やかに通過し、その後AE ラインで CTD/LADCP とXBT 観測を行った。10 月 24 日にすべての観測が終了した。各測点の観測開始時刻・位置などの詳細を表１に示す。

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3.2 参加者朱小華（地球観測フロンティア研究システム、気候変動観測研究領域研究員）三浦貴博（地球観測フロンティア研究システム、気候変動観測研究領域研究員）小浜和公（地球観測フロンティア研究システム、気候変動観測研究領域研究推進スタッフ）小林不二夫（マリン・ワーク・ジャパン海洋科学部）富樫尚孝（マリン・ワーク・ジャパン海洋科学部）小島信夫（マリン・ワーク・ジャパン海洋科学部臨時雇員） 3.3 CTD/LADCP 観測 CTD/LADCP 観測は、ウインチによって CTD/LADCP/Pinger 一体化フレームを 0.75ｍ/ｓの速度で降下させることにより海面から海底近くまでの流速・水温・塩分分布を計測する方法で行った。降下開始後、海面下５ｍでフレームを一度止め、船とフレームを同じ速度で２分間漂流させ、この間の船の漂流速度をDGPS で精密計測した。その後、長風丸に装備された PDR（Precision Depth Recorder）で Pinger から 1 秒間隔で発射される音波パルスを受信してフレームの海底からの距離（高度）を計測しながら、LADCP/CTD を連続的に降下させた。海底上 50ｍでフレームを再び止め、Bottom Tracking Mode で１分間のデータを取り込んだ後に計測を終了した。計測終了後、速やかに計測器を海面まで上昇させ回収した。上昇時のウインチの速度は最速とした。 10 月 19 日、測点 E01（水深 5041m）で CTD/LADCP 海底付近に到着した後、ウインチ巻上げ時に CTD/LADCP システムの水中重量が過大であったため、ウインチへ大きな負荷がかかり、非常に微速（0.1m/s）で CTD/LADCP を回収した。また、その際にワイヤケーブルの損傷が発生した。直ちに損傷があったワイヤの先端をカットした。これ以降の観測は、安全のため、最大深度を 4000m とした。 CTD の水温・電気伝度度及び圧力センサーの検定は、観測直前にメーカによって行われた。今回 CTD の水温・電池伝度度の測定精度はそれぞれ±0.004℃、±0.003 mmho/cm である。今回の観測では採水を行わなかったため通常の塩検による CTD 塩分値の補正はできなかった。デジタルフィルターによって鉛直波長が10ｍ以下の変動成分を除去した。 LADCP 観測の主なパラメータを、サンプリング層数 20、サンプリング時間間隔 1.1 秒、データ鉛直間隔8 m とした。この設定により得られた生の ADCP 流速の精度は 1 cm/s 以上である。 LADCPデータの解析には、コロンビア大学のVisbeck博士の開発した方法を改良して使用した。まず流向を磁気補正し、その後ADCP の反射強度を CTD 圧力データと比較することにより LADCP の各データの深度を決定した。流速とBin Length の音速補正を施した後、エラー流速＞0.1 m/s と傾斜角＞20 度などの条件で不良データを削除した。それから、各流速プロファイルに対する各層別に、上層と下層の水平流速差から、深度１dbar ごとに流速シアーを内挿して求めた。降下中の全資料から深度1 dbar 毎に平均シアーを求め、それらを鉛直積分することにより、相対流速プロファイルを求め、最後に船底ADCP の海面の流速データを基準流速として絶対流速を求めた。図2 に LADCP データ解析の途中結果を示す。1 dbar 毎の平均シアーを求める時に使用した有効シアーデータ数は50∼2000 dbar では 50∼400 個である（左上図）。有効シアーデータ数は、各測点での水中音響散乱体の数によって異なる。多くの測点では、約2000 dbar 以深で有効シアーデータ数が著しく少なくなった。今回のデータ解析には、シアー数は著しく減少した層より上層のデータのみを使用した。 3.4 XBT/XCTD 観測使用した XCTD/XBT データ集録装置は鶴見精機社製 XCTD/XBT Digital Converter (TS-MK 130)、TOSHIBA 社製 TECRA 8100、鶴見精機社製データ集録プログラム(MK-130.exe)で構成されている。使用したXBT プローブは鶴見精機社製の T-5 型（1830m/6kt）であり、 XCTD プローブはXCTD-1（1000m/12kt）である。

XBT 観測では観測と同時に表層水温測定を行い、その水温測定値を用いて XBT 水温値を補正するのが望ましいと言われている。今回の XBT 観測では、表層水温として、長風丸の機関室内に設置されている電気式温度計(型番：RFN1-0、基板：W51289)のデジタル表示値を用いた。また、XCTD

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観測では観測と同時に表層採水を行い、その塩分検定値を用いてXCTD 塩分値を補正するのが望ましいと言われている。今回の観測では、表層採水を行わなかったため、XCTD 塩分値の誤差は評価できない。デジタルフィルターによって鉛直波長が10ｍ以下の変動成分を除去した。

3.5 船底 ADCP 観測

長風丸搭載のFURUNO 製潮流計および FURUNO 製 Data Recorder MT-135 によって第１層、第２層および第３層の流速の瞬間値、船位(GPS)、対水船速・針路、針路（ジャイロコンパス）情報を15 秒毎（一部 5 分毎）に収録した。測定モードは、長風丸の都合で対水モードを設定できなかったため、自動モードを設定した。測定深度を6 m、50 m、100 m に設定した。

安定な船速で航行した時の船底ADCP 流速データを取り出すため、process data から船の速度が 8 ノット以上で、船速の変化率が 2 ノット／5 分間以下のデータだけを使用した。これらの流速データを経度0.001 度間隔(約 100 m)で内挿した後、経度 0.1 度(約 10 km)で移動平均を施した。対地モード測定時、GPS による船位変化量と ADCP 測定対地船速の時間積分量から ADCP トランスデューサーと船首軸との誤差を評価することが可能である。図3 に、長崎港入港前の 2000 年 12 月 12 日に計測された ADCP 対地船速と GPS の各々から求めた船跡を示す。船は北西方向にほとんど直線上を約25 km 走行した。最小二乗法により得られた ADCP 対地船速と GPS で求めた船のHeading はそれぞれ、61.04°と 61.40°であり、両者の差は-0.36°であったことから、ADCP の流速生データを時計周りに0.36°を回転させた。船底ADCP の測定精度は、船速の計測精度に強く依存する。このため、対水モード測定時に対地流速を求める際には、例えば、以下の方法が採用されている。まず GPS 船位データがロックしている部分を検出して内挿した後、20 分間の移動平均をかけて、平均船位を求める。それから前後20 分の 2 つの平均船位差から対地船速を求める。求めた 20 分間平均船速と 20 分間平均対船流速との差から 1 分毎に20 分平均対地流速を求める。しかしながら、今回の観測では、瞬時の GPS 船位データを用いて求めた対地流速の平均値のみを集録し、以上に述べた処理操作に必要な対船流速を記録していなかった。このため、流速を高い精度で求めることはできなかった。 4．結果 4.1 CTD、XBT/XCTD 断面図4∼6 に、CTD 観測で得られた OS、E および AE ラインの水温・塩分の鉛直断面分布を各々示す。図7∼8 に、XBT 観測で得られた OS および AE ラインの水温の鉛直断面分布を各々示す。各断面の水温・塩分の等値線は、ほぼ水平であるが、詳細に見ると、例えばAE 断面の水温断面図では、300db 深度の等温線の深度は東方向に上昇している。これは北向きの流れの存在を示唆している。 4.2 LADCP 流速分布

図9a、9b、9c に、OS、AE、E ラインでの LADCP 観測で得られた各観測線に直交する成分の流速断面分布を各々示す。OS ラインでは、東経 128.1∼128.2 度の間に明瞭な北東流がある。他方、 E ラインでは、E04 より南側と北側はそれぞれ北西流と南東流になっている。北西流の流速は 50 cm/s を超えている。AE ラインの広い域では、北東流が主導で、特に AE02∼ＡＥ04 の中層約 200 ∼500 dbar 深で、北東向きのコアが見られる。

4.3 船底 ADCP 流速分布

図10a、10b、10c に、船底 ADCP で得られた６ｍ、100ｍ、200ｍ層の流速ベクトルを示す。AE ラインでは、3 層でともに明瞭な北向きの流れがあり、OS ラインの西側の流速が小さい。東側は南西向きの流れが明瞭である。E ラインの南側は、北西向きの流れが優勢であり、E ラインの北側では、流れが小さいである。3 本の測線と沖縄・奄美大島に囲まれた閉領域についての収支の観点からは、主にE ラインの南の部分から流入し、AE ラインと OS ライン東の部分から流出しているといえる。

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4.4 地衡流流速分布

図11ａ、11ｂ、11ｃの各々に、OS、E、AE ラインの船底式 ADCP の 100m 層における２測点間の平均流速を基準流速とした地衡流速の鉛直断面分布を各々示す。Ｅラインでは、E02 付近に強い北西流があり、E05 以北では南東向きに流れている。AE ラインでは、AE03∼AE04 の間に明瞭な北東流の中層200dbar のコアがある。このコアの最大流速は 50 cm/s に達している。

OS ラインと AE ラインの断面分布を H13 年長風丸の観測結果と比べると、OS ラインは、H13 には OS02∼OS03 の 200 dbar 以深では北東向きの流れ、その他の範囲では南西向きの流れがであったが、 H14 では OS02∼OS05 の 200 dbar 付近及び OS05 200∼2000 dbar の深度に北東向きの流れが存在していた。AE ラインについては、AE03∼AE05 間の深度 100∼500 dbar に H13 年と同様に北東流のコア（最大流速約 60cm/s）が存在した。 OS、E 及び AE ラインの 2000 dbar 断面通過流量はそれぞれ、-6.8 Sv、 +97.9 Sv、 -32.9 Sv である（３測線と沖縄・奄美大島で囲まれたボックスへの流入流量を正、ボックスからの流出流量を負とする）。流量のアンバランスは、+58 Sv である。これは全断面平均流速に換算すると 5.3 cm/s の大きさに相当する。これは船底 ADCP の誤差によるものと考えられる。謝辞：今回の観測は多大のご協力を頂いた「長風丸」の江口船長、伊東一等航海士をはじめ、乗組員の皆様に感謝の意を表します。特に、長崎海洋気象台の岡田観測長と他の 5 名の観測員：白石観測員、小西観測員、児玉観測員、荒武観測員、五藤観測員には、LADCP/CTD の投入揚収作業、ウィンチ操作、PDR の監視など、ご支援とご協力を頂き、心から感謝します。観測事前準備から最後までご支援下さった MWJ の小林技術員・富樫技術員・小島技術員に謝意を表します。また、本観測計画中、長崎海洋気象台海洋課金子課長・若木主任技術専門官に、いろいろご調整を頂き、本観測が円滑に実施さました。ここに記して謝意を表します。最後に、本観測の実施までご調整を頂いたフロンティア研究推進室横川部員にも感謝します。

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表１・測点詳細表測点名日/月 UTC 緯度（度−分）経度（度−分）水深(m) 観測項目最大深度 P012 17/10 08:30 26−07.642 128−00.766 459 CTD/LADCP 434 P062 17/10 11:10 26−26.290 128−14.369 630 CTD/LADCP 610 P072 17/10 13:28 26−18.012 128−21.482 1440 CTD/LADCP 1407 P082 17/10 16:27 26−13.022 128−34.165 2613 CTD/LADCP 2641 P022 17/10 21:55 26−02.314 128−08.001 1373 CTD/LADCP 1351 P032 18/10 00:50 25−53.153 128−16.250 2325 CTD/LADCP 2333 OS06 18/10 05:50 25−22.282 128−16.999 4995 XBT 1830 OS05 18/10 06:58 25−32.605 128−12.479 4202 XBT 1830 OS04 18/10 07:56 25−42.289 128−08.218 2458 XBT 1830 OS03 18/10 08:55 25−52.260 128−03.748 2008 XBT 1830 OS02 18/10 09:45 25−59.938 127−59.733 1190 XBT 1291 OS01 18/10 10:16 26−04.313 127−57.682 573 XBT 674 OS01 18/10 10:30 26−04.766 127−57.472 526 CTD/LADCP 513 OS02 18/10 11:45 26−00.812 127−59.954 1055 CTD/LADCP 1000 OS03 18/10 14:15 25−52.968 128−05.307 2044 CTD/LADCP 1998 OS04 18/10 17:39 25−42.782 128−08.124 2425 CTD/LADCP 2367 OS05 18/10 23:00 25−33.004 128−12.609 4188 CTD/LADCP 4419 OS06 19/10 04:33 25−22.306 128−17.297 4946 CTD/LADCP 3945 E001 19/10 11:50 25−35.623 128−33.116 5041 CTD/LADCP 5290 E002 19/10 18:53 25−48.884 128−49.324 5351 CTD/LADCP 3930 E003 20/10 00:30 26−02.264 128−05.377 6034 CTD/LADCP 3889 E004 20/10 05:14 26−15.382 129−21.878 5185 CTD/LADCP 3810 E004 20/10 10:45 26−17.882 129−26.813 5553 XCTD 1000 E005 20/10 12:05 26−28.261 129−37.701 5913 XCTD 1000 E006 20/10 13:40 26−41.360 129−53.817 5591 CTD/LADCP 2985 E006 20/10 13:54 26−41.309 129−53.923 5591 XCTD 1000 E007 20/10 18:18 26−55.142 130−09.870 5499 XCTD 1000 AE08 20/10 19:56 27−07.748 130−25.525 5411 XCTD 1000 AE08 20/10 21:55 27−07.465 130−28.097 5069 CTD/LADCP 3716 AE07 21/10 03:10 27−16.300 130−21.234 5780 CTD/LADCP 3648 AE06 21/10 07:28 27−24.191 130−15.808 4415 CTD/LADCP 3104 AE08 21/10 23:03 27−07.002 130−25.858 5100 XBT 1830 AE07 22/10 00:13 27−16.221 130−20.719 5818 XBT 1552 AE06 22/10 01:20 27−24.839 130−15.429 4415 XBT 1830 AE05 22/10 02:25 27−33.267 130−10.508 3215 XBT 1830 AE04 22/10 03:38 27−41.765 130−05.425 2263 XBT 1830 AE03 22/10 04:50 27−50.114 130−00.138 2098 XBT 1690 AE02 22/10 06:15 28−00.573 129−54.409 900 XBT 946 AE01 22/10 07:23 28−07.719 129−48.947 686 XBT 729 P111 22/10 22:45 27−58.313 129−52.375 1325 CTD/LADCP 1435 P121 23/10 00:50 27−53.030 129−46.665 1504 CTD/LADCP 1518 P131 23/10 12:52 27−40.134 129−43.418 1743 CTD/LADCP 1741 P141 23/10 03:04 27−35.587 130−03.664 2567 CTD/LADCP 2565 P151 23/10 10:20 27−40.002 130−08.089 2357 CTD/LADCP 2377 P161 23/10 12:50 27−47.208 130−10.173 2100 CTD/LADCP 2166 AE05 23/10 16:00 27−32.905 130−10.397 3335 CTD/LADCP 3390

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AE04 23/10 19:58 27−41.500 130−05.185 2172 CTD/LADCP 2177 AE03 23/10 22:55 27−49.957 130−00.181 2144 CTD/LADCP 2138 AE02 24/10 01:55 28−00.854 129−54.348 800 CTD/LADCP 802 AE01 24/10 03:50 28−08.224 129−49.221 633 CTD/LADCP 603 AN01 24/10 05:33 28−16.573 129−43.542 201 XBT 216 AN02 24/10 06:35 28−24.669 129−49.735 173 XBT 185 AN03 24/10 07:38 28−33.109 129−55.444 368 XBT 347 AN04 24/10 08:58 28−39.632 129−41.569 312 XBT 335 AN05 24/10 10:29 28−46.477 129−27.946 802 XBT 827 AN06 24/10 12:00 28−53.243 129−14.340 743 XBT 788 注：最大深度の単位、CTD/LADCP は dbar、XBT/XCTD は m である。

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図１観測海域と測点の位置図。マークは測点位置、赤い細線は船跡を示す。太線で囲まれた領域はアメリカ軍の訓練区域を示す。

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図2 測点 AE04 における LADCP データ解析の途中結果（測点は）。左上： 1dbar 毎の平均シアー求める時使用したデータ数、左下：シアープロファイル、右上：海面流速を 0 とした時の相対流速プロファイル、右下：1dbar 毎のシアーの標準偏差。赤線と青線はそれぞれ、東西と南北の流速を示す。右上の図では、200−400 dbar の相対流速のピークは、AE 断面中層の北東向きの流速コアが存在することを示唆している。図3 ADCP 対地船速と GPS の各々より求めた船の航跡。赤：ADCP、青：GPS。ADCP と GPS で求めた船の Heading はそれぞれ、61.04°と 61.40°である。両者の差は 0.36°である。

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図4ａ OS ラインの水温断面図。

図4ｂ OS ラインの水温、塩分断面図。三角形は測点位置を示す。塩分データには、鉛直30ｍの移動平均を施した。

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図5ｂ E ラインの塩分断面図。三角形は測点位置を示す。

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図6ａ AE ラインの水温断面図。三角形は測点位置を示す。

図6ｂ AE ラインの塩分断面図。三角形は測点位置を示す。塩分データには、鉛直30ｍの移動平均を施した。

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図7 XBT 観測で得られた OS ラインの水温断面図。三角形は測点位置を示す。

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