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さなえいりぐら
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1 東海大学 2017 年度海洋地球科学研究日本海沿岸水位の経年変動特性指導轡田邦夫教授東海大学海洋学部海洋地球科学科 4BKJ1130 兼上海 1

2 要旨論文題目日本海沿岸水位の経年変動特性兼上海 (4BKJ1130) 全世界の平均海面水位は年で 2.0mm/ 年 (ICPP 第 5 次評価報告書 ), 日本沿岸水位は同 1.1mm/ 年と同様な傾向にある. この上昇傾向が地球温暖化の影響かは明らかでなく, それらの解明には日本沿岸の海面水位変動特性の理解が必要である. 先行研究では, 太平洋沿岸水位の長期変動が, 北太平洋中央部の海面水温で特徴づけられる太平洋 10 年規模振動 (PDO) に関係することが明らかになった. 本研究では日本海沿岸の水位に注目し, 太平洋沿岸の水位および PDO との関係性を明らかにすることを目的とする. 使用データは JODC 提供の日本沿岸の 14 測点であり, 潮汐変動の除去および気圧補正を行った時系列に対する解析を行った. その結果, 日本海沿岸では 1995 年以降上昇傾向がみられ,1985 年以降に上昇傾向がある太平洋沿岸との間で開始時期に顕著な相違がみられた. また, 最西端測点 ( 福江 ) を基準とする1 年移動平均時系列へのラグ相関解析から, 東方伝播傾向がみられた. さらに, 5 年移動平均時系列と PDO との相関は, 西郷以外で 0.75 以上の高相関を示し, 日本海沿岸の水位変動が PDO に関係づけられることを示したが, 西郷, 稚内以外の測点では 2000 年以降に相関が低下する傾向がみられた. 以上より, 日本海沿岸における水位変動は 5 年以上の時間スケールでは PDO に関係づけられるが,2000 年以降の上昇傾向は他の要因が支配することが示唆された. 0

3 目次 1. 序論 2 2. 方法 2-1 使用データ解析方法 5 3. 結果および考察年移動平均の時系列年移動平均における相関ラグ相関年移動平均の時系列年移動平均における相関ラグ相関 PDO と日本海沿岸太平洋沿岸の関係性 9 4. 結論および課題謝辞参考文献 12 付図 13 付録 35 1

4 1. 序論気象庁による IPCC 第 5 次評価報告書 (IPCC2013) では世界平均海面水位の平均上昇率は 1901~2010 年の期間で 1 年あたり 1.7mm 1971~2010 年の期間で 1 年あたり 2.0mm であった可能性が非常に高く日本沿岸の海面水位の上昇は 1971~2010 年の期間で 1 年あたり 1.1mm 1993~2010 年の期間で 1 年あたり 2.8mmと上昇傾向にある気候変動監視レポート 2016( 気象庁 2017) によればこの日本沿岸の海面水位の上昇が地球温暖化の影響をどの程度受けているかは定かではないなぜなら日本沿岸の海面水位は 1906~ 2010 年の期間において 10 年から 20 年の周期変動があり偏西風などの影響も考えられるからである ( 図 1) それらの解明のためには日本沿岸観測点での海面水位変動特性を理解することが必要である先行研究 ( 黒木 2013) では JODC(Japan Oceanographic Data Center) の 85 地点の毎時潮位データの中から欠測の少ない日本沿岸の 17 地点 ( 稚内網走釧路苫小牧西港宮古銚子漁港御前崎串本室戸岬土佐清水油津枕崎那覇境舞浜栗島 ) を選択して解析が行われた太平洋では大気と海洋が結びつき太平洋での数十年程度の規模の変動を引き起こしている PDO の気候変動指数は PDO 指数と呼ばれているこの PDO( 太平洋十年規模変動 ) と日本沿岸観測点の 5 年 10 年移動平均の時系列が高相関になり 5 年以上の時間スケールで PDO の変化と各観測点の関係性があることが示唆された本研究では日本海沿岸の海面水位変動に注目し太平洋沿岸の海面水位変動および PDO との関係性を明らかにすることを目的とする今回使用したデータは JODC( 日本海洋データセンター ) 提供の毎時潮位データの 14 地点 ( 稚内三国田後西郷境博多仮屋厳原福江枕崎油津土佐清水串本御前崎 ) である ( 図 2) プログラムも用いて 48 時間タイドキラーフィルター気圧補正日別平均値それを基に月別平均値を求め 1 年 5 年移動平均の時系列を求めた 2

5 2. 方法 2-1 使用データ潮位データ JODC( 日本海洋データセンター ) が提供している毎時潮位データを使用した使用した観測地点は気象庁管轄の稚内 (1967~2012) 福江(1965~2016) 境 (1967~2016) 西郷(1966 ~2016) 御前崎 (1966~2016) 串本 (1966~2016) 土佐清水(1966~2016) 油津 (1966 ~2016) 枕崎 (1966~2016) の 9 地点と国土地理院管轄の田後 (1967~2016) 三国 (1966 ~2016) 仮屋 (1972~2016) の 3 地点と海上保安庁管轄の博多 (1965~2016) 厳原 (1966 ~2016) の 2 地点で計 14 地点を日本沿岸の代表観測点とした ( 図 2) またどの観測地点においても単位は cm である気圧データ気象庁の HP より平均海面気圧データをダウンロード ( して使用したただし気圧データの観測点中には潮位データの観測点と同一ではないものがありその場合はもっとも近い観測点のデータを代替使用した単位は 0.1hPa である海面高度データ AVISO(Archiving Validation and Interpretation of Satellite Oceanographic) が提供した絶対力学的海面高度 (Absolute dynamic sea level) のデータをダウンロードして使用した ( 空間解像度は 0.25 度 0.25 度格子で時間解像度は週平均である使用した期間は 1993 年 1 月 1 日 ~2015 年 12 月 31 日であるまた単位は cm である 3

6 PDO( 太平洋十年規模振動 ) 指数 PDO 指数とは北太平洋中央部での海面水温偏差の指標である北太平洋東部赤道で海面水温が高くなるとき北太平洋中央部で平年より低くなっておりそのような変動を 20 年周期でおこっておりそれを PDO( 太平洋十年規模振動 ) という ( 参考 )( 図 3) JISAO(Joint Institute for the Study of the Atmosphere and Ocean) が提供している月平均 PDO( 太平洋十年規模振動 ) 指数のデータをダウンロードして使用した使用した期間は 1966 年 ~2016 年である 4

7 2-2 解析方法 JODC が提供しているデータは毎時潮位データであり長期変動を見るには短周期の変動を取り除く必要があるため先行研究で用いられたプログラムを使ったデータの処理を行ったその手順を以下に示す 1 一年毎のフォルダに入っていたデータを各観測点につき 1 つずつのファイルにし 1 日分のデータが横 1 列に並んでいた潮位データを縦一列に並び替えた 2 生の毎時潮位データから月と太陽の引力によって生じる潮汐変動と慣性周期 ( コリオリ力と遠心力がつりあっているときの周期 ) を除去するために花輪三寺 (1985) による 48 時間タイドキラーフィルターを使用したこのフィルターはデータの存在する全期間の前後 120 時間を使用して計算するためデータの期間が前後 5 日分削られた状態で算出されるまたフィルターをかけたデータから日別平均値を算出した ( 図 4) 3 気象業務支援センター提供の気象データベースから観測点毎の日別平均海面気圧データを抽出し静水圧近似 ( 下向きの重力と上向きの気圧傾度力が釣り合いの取れた状態で存在すること ) に基づく補正 ( 気圧補正 ) を行った ( 図 5) 気圧補正を行う理由としては気圧の低下により海水が吸いあげられる現象があり 1hPa 低くなると海面がおよそ1cm 高くなる関係があるからであるその後全期間の平均値から偏差を求めた 4 3で算出されたデータの欠損部分へデータの内挿を行い右上がりに転ずるトレンドを除去するため最小二乗法によって回帰直線を求めそれを内挿したデータから引くことで処理 ( トレンド除去 ) を行った ( 図 6) その後に日別平均値を基に月別平均値の算出も行った ( 図 7) 5 月別平均値を基に 1 年移動平均 5 年移動平均の算出し各観測点のグラフを作成した ( 図 8) 6 最西端である観測点の福江との相関とラグ相関をそれぞれ見るために観測点ごとで解析を行った 5

8 7 PDO との関係をみるために 6 と同様に解析を行った 6

9 3. 結果および考察年移動平均の時系列季節変動を除去して経年変動に注目するために各観測点の潮位変動の時系列に 1 年の移動平均をかけた九州地方にある日本海側の観測点 ( 福江厳原仮屋博多 ) では 1982~1984 年 1987~1990 年の期間は厳原が福江仮屋博多と異なった水位変動があったことが分かる ( 図 9) 隠岐諸島での観測点( 西郷 ) ではこのような推移変動は見られなかった ( 図 10) この原因として考えられるのは( 厳原 ) が島であり対馬海流が通っていることが考えられる日本海沿岸の観測点では上昇下降を繰り返し 1995 年以降上昇傾向にある ( 図 11) 太平洋沿岸観測点 ( 枕崎油津土佐清水串本 ) では上昇下降を繰り返し 1975~1985 年は下降の傾向にあり 1985 年以降は上昇傾向にある ( 図 12) 1 年移動平均で日本海沿岸観測点では 1995 年以降上昇傾向太平洋沿岸観測点では 1985 年以降上昇の傾向にあり開始時期に顕著な相違が見られた 1990 年ごろの上昇の理由としては潮位の周期が上昇の時期にあったのではないかと考える年移動平均における相関ラグ相関日本海沿岸太平洋沿岸の観測点の相関ラグ相関にどのような特徴がみられるのかに注目し日本海沿岸観測点の最西端 ( 福江 ) と相関ラグ相関の解析を行った日本海沿岸観測点との相関では 0.8 以上の値が示され高相関であることがわかったしかし厳原では福江との相関が日本海沿岸観測点と比べ値が低くとなっていた ( 図 13) 太平洋沿岸観測点と ( 福江 ) との相関では 0.7 以上の値を示し油津ではと高相関であった御前崎ではとほかの観測点に比べ低い値を示した ( 図 14) 日本海沿岸観測点でのラグ相関では ( 厳原 ) では-1 ヶ月 ( 仮屋博多境 ) では 0 ヶ月 ( 西郷田後 ) では 1 ヶ月 ( 三国稚内 ) では 3 ヶ月のところで値が最大になっており東 7

10 方に伝播する傾向がみられたしかし北海道では稚内は 3 ヶ月奥尻では 7 ヶ月となっており奥尻までは西に伝播傾向がみられたこの結果リマン海流の影響も示唆された太平洋沿岸観測点でのラグ相関では ( 油津 ) が-1 ヶ月 ( 枕崎土佐清水串本 ) では 0 ヶ月 ( 御前崎 ) では 4 ヶ月のところで最大となり日本海沿岸と同様に東方に伝播する傾向がみられ日本沿岸で起こっている特性であることが示唆された ( 図 15) 年移動平均の時系列季節変動を除去した 1 年移動平均時系列に加えてより長い時間スケールの潮位変動に注目するため 5 年移動平均の時系列で解析をした日本海沿岸 ( 厳原 ) では 1970~1979 年間では上昇下降の潮位変化が大きく日本海沿岸のほかの観測点では見られない変化であった ( 図 16) 厳原と同じ時期に同様の潮位変動をしていたのは太平洋沿岸の枕崎土佐清水串本であった ( 図 17) 原因は日本の東方から流れ込んでいる海流が原因ではないかと考えられる 5 年の時間スケールで潮位変化の解析を行ったところ厳原を除く日本沿岸のすべての観測点で 1985 年頃付近まで下降それ以降は上昇の傾向にあり日本海沿岸と太平洋沿岸での違いは見られなかった年移動平均における相関ラグ相関 1 年移動平均よりも長い時間スケールで日本海沿岸太平洋沿岸の観測点の相関ラグ相関はどのような特徴があるのかに注目し日本海沿岸観測点の最西端である福江と相関ラグ相関の解析を行ったその結果日本海沿岸との相関では 0.9 以上を示し 5 年以上のスケールでは 1 年の時間スケールより高相関であった ( 図 18) 太平洋沿岸では御前崎は 0.66 とほかに比べて低い値を示されたが ( 枕崎油津土佐清水串本 ) では 0.85 以上と高相関を示した ( 図 19) ラグ相関の日本海沿岸では厳原が-1 ヶ月博多が-4 ヶ月ほかの観測点はすべて 0 ヶ月のところで値が最大になっていた太平洋沿岸では ( 枕崎 ) は-17 ヶ月 ( 油津 ) は-15 ヶ月 ( 土佐清水 ) は 2 ヶ月 ( 串本 ) は-7 ヶ月 ( 枕崎 ) は-31 ヶ月と東方への伝播の傾向がみ 8

11 られなかった ( 図 20) 3-5 PDO と日本海沿岸太平洋沿岸の関係性日本沿岸では PDO の影響をどの程度うけて太平洋とどの程度関係性があるのかを見るために PDO 日本海沿岸太平洋沿岸の 5 年移動平均で関係性を調べた PDO の 5 年移動平均と太平洋沿岸の 5 年移動平均の同時相関の解析を行ったところ 0.45 以上と相関は高いとはいいがたい結果となった日本海沿岸の 5 年移動平均では西郷を除く観測点で 0.75 以上の高相関を示したしかし ( 西郷稚内 ) 以外は 2000 年以降に相関が低下している傾向がある ( 図 21.22) 日本沿岸における水位変動は 5 年以上の時間スケールでは PDO に関係づけられるが 2000 年以降の上昇傾向は他の要因が支配することが示唆された 9

12 4. 結論および課題本研究では日本沿岸の日本海沿岸太平洋沿岸のそれぞれの経年変化に注目をしそして太平洋十年規模振動 (PDO) との関係について調べた観測されている毎時潮位データを使用し潮汐の除去気圧補正を行った日別データを基に月別データを算出し 1 年移動平均 5 年移動平均も算出し解析を行ったその結果 1 年移動平均の時系列では上昇下降を繰り返し日本海沿岸では 1985 年以降は上昇の傾向太平洋沿岸では 1995 年以降上昇傾向にあり開始の時期に顕著な相違が見られた厳原では 1982~1984 年 1987~1990 年の間は異なった水位変動があり対馬海流が関係していることが示唆された最西端の ( 福江 ) との 1 年間移動平均における相関では日本海沿岸では 0.8 以上太平洋沿岸では 0.7 以上と高相関を示したラグ相関では東方へ行くにつれ日本海では最大 3 ヶ月で最大になり伝播し太平洋沿岸も最大 4 ヶ月のところで最大となり伝播することが示された 5 年移動平均の時系列では最西端 ( 福江 ) の側転における時系列との相関を解析した結果日本海沿岸では 0.9 以上太平洋沿岸では 0.85 以上を示し互いに高相関であることがわかるラグ相関では 1 年移動平均とは異なり 5 年以上の時間スケールでは東に伝播している傾向がないことが明らかになったまた PDO と観測点 5 年移動平均の相関をみたところ太平洋沿岸では 0.45 以上と相関はあまり高くなく日本海沿岸では 0.75 以上と高相関を示したしかし 2000 年以降の上昇傾向は他の要因が支配することが示唆された今後の課題としては AVISO の絶対力学的海面高度を使用し太平洋のどの海域まで PDO が反映しているかを確かめる必要があるそして日本海沿岸の観測点と日本海を流れている対馬海流の関係性も明らかにする必要がある最後に 1 年お年移動平均の時系列に対する相関ラグ相関解析しか行っていないので 2~3 年および 10 年以上の時間スケールに注目することも今後の課題である 10

13 5. 謝辞本研究を進行していく中で解析の方法など分からなかった私に助言やご指導をしてくださった東海大学海洋学部海洋地球科学科轡田邦夫教授に深く感謝いたしますまた院生の八木さん町田さん高橋さん金杉さんにも深く感謝したします最後に 1 年間楽しく一生懸命に研究に励めたのは轡田研究室のメンバーのお陰ですありがとうございました 11

14 6. 参考文献花輪公雄三寺史夫 (1985): 海洋資料における日平均値作成についてーに日平均潮位を扱い際の留意点, 沿岸海洋研究ノート,79-87 川島卓也 (2014): 日本沿岸における水位の経年変動とその要因, 東海大学海洋学部卒業論文 2014 年度卒業論文,90 ページ気象庁 (2013):ICPP 第 5 次評価報告書気象庁 (2016): 気候変動監視レポート, 第 2 章気候変動 2.8 日本沿岸海面水位の変動, 出版社名, ページ数気象庁 (2016): 太平洋十年規模振動 (PDO) 指数の変動黒木理沙 (2013): 日本沿岸における海面水位の長期変動. 東海大学海洋学部卒業論 2013 年度卒業論文 59 ページ 12

15 付図 13

16 図 1 日本沿岸の代表観測点地図黒枠 : 日本海沿岸観測点 (JODC) 水色枠 : 太平洋沿岸観測点 (JODC) 黄色枠 :AVISO の絶対力学的海面高度 14

17 図 1 日本沿岸の海面水位の経年変動 ( 気象庁異常気象レポート 2014) 15

18 図 2 日本沿岸の代表観測点地図黒枠 : 日本海沿岸観測点 (JODC) 水色枠 : 太平洋沿岸観測点 (JODC) 黄色枠 :AVISO の絶対力学的海面高度 16

19 図 3 海面水温海上風と PDO 指数との関係図 4 仮屋における潮位の日別平均値 17

20 図 5 仮屋における潮位の日別平均値 ( 気圧補正後 ) 図 6 仮屋における潮位の日別平均値 ( トレンド除去後 ) 18

21 図 7 仮屋における潮位の月別平均値図 8 仮屋における潮位の 1 年移動平均時系列 19

22 図 9 福江厳原仮屋博多における潮位の 1 年移動平均 20

23 図 10 厳原西郷における潮位の 1 年移動平均図 11 日本海沿岸の潮位の 1 年移動平均 ( ずらして書いたもの ) 21

24 図 12 串本土佐清水油津枕崎における潮位の 1 年移動平均 22

25 図 13 福江と日本海沿岸 1 年移動平均の同時相関 23

26 図 14 福江と太平洋沿岸 1 年移動平均の同時相関 24

27 表 1 福江と日本沿岸 1 年移動平均のラグ相関 25

28 図 15 福江と日本沿岸のラグ相関 26

29 図 16 厳原福江境における潮位の 5 年移動平均 27

30 図 17 厳原枕崎土佐清水串本における潮位の 5 年移動平均 28

31 図 18 福江と日本海沿岸 5 年移動平均の同時相関 29

32 図 19 福江と太平洋沿岸 5 年移動平均の同時相関 30

33 表 2 福江と日本沿岸 5 年移動平均のラグ相関 31

34 図 20 福江と日本沿岸 5 年移動平均のラグ相関 32

35 図 21 PDO5 年移動平均と日本海沿岸の潮位における 5 年移動平均の同時相関 33

36 図 22 PDO5 年移動平均と太平洋沿岸の潮位における 5 年移動平均の同時相関 34

37 付録 35

38 図 A-1 福江と厳原における潮位の 1 年移動平均図 A-2 仮屋と博多における潮位の 1 年移動平均 36

39 図 A-3 西郷と境における潮位の 1 年移動平均図 A-4 田後三国稚内における潮位の 1 年移動平均 37

40 図 A-5 枕崎油津における潮位の 1 年移動平均図 A-6 土佐清水串本における潮位の 1 年移動平均 38

41 図 A-7 福江厳原における潮位の 5 年移動平均図 A-8 仮屋博多における潮位の 5 年移動平均 39

42 図 A-9 西郷境における潮位の 5 年移動平均図 A-10 田後三国稚内における潮位の 5 年移動平均 40

43 図 A-11 枕崎油津における潮位の 5 年移動平均図 A-12 土佐清水串本における潮位の 5 年移動平均 41

44 図 A-13 太平洋十年規模指数 (PDO) の 1 年移動平均図 A-14 太平洋十年規模指数 (PDO) の 5 年移動平均 42

45 図 A-15 福江における潮位の 5 年移動平均と PDO5 年移動平均 43

46 図 A-16 厳原における潮位の 5 年移動平均と PDO5 年移動平均 44

47 図 A-17 仮屋における潮位の 5 年移動平均と PDO5 年移動平均 45

48 図 A-18 博多における潮位の 5 年移動平均と PDO5 年移動平均 46

49 図 A-19 境における潮位の 5 年移動平均と PDO5 年移動平均 47

50 図 A-20 西郷における潮位の 5 年移動平均と PDO5 年移動平均 48

51 図 A-21 田後における潮位の 5 年移動平均と PDO5 年移動平均 49

52 図 A-22 三国における潮位の 5 年移動平均と PDO5 年移動平均 50

53 図 A-23 三国における潮位の 5 年移動平均と PDO5 年移動平均 51

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Microsoft Word - 1.1_kion_4th_newcolor.doc 第 1 章第 1 章北海道の気候 1.1 気温本節では北海道内の地上気象観測所およびアメダスで観測された気温の変化について述べる最初に地上気象観測所で 100 年にわたって観測されてきた年平均気温の長期変化について示し次に冬日真冬日夏日真夏日の日数変化について示す最後にアメダスで観測された 1980 年以降の年平均気温の年代ごとの分布状況や地方別の推移について示す観測データの取り扱いについては付録