要旨海洋に存在する海水の循環は主に海上を吹く風に起因する風成循環と海水中の水温塩分の空間的な相異によって起こる熱塩循環に大別される北太平洋中緯度の亜熱帯海域表層 (-m 以浅 ) に存在する時計回りの循環に相当する北太平洋亜熱帯循環系は風成海洋循環の代表例でありこの循環のメカニズムを明

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ちかこままだ
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1 東海大学 2012 年度海洋科学研究 I II 北太平洋亜熱帯循環系における表層海洋構造および南北輸送量に関する研究指導轡田邦夫教授東海大学海洋学部海洋科学科 9AOG2207 田嶋莉奈

2 要旨海洋に存在する海水の循環は主に海上を吹く風に起因する風成循環と海水中の水温塩分の空間的な相異によって起こる熱塩循環に大別される北太平洋中緯度の亜熱帯海域表層 (-m 以浅 ) に存在する時計回りの循環に相当する北太平洋亜熱帯循環系は風成海洋循環の代表例でありこの循環のメカニズムを明らかにするため Sverdrup (1947) は海面風応力場の回転と地衡流量の南北成分とが関係づけられるスベルドラップ平衡式を導いた同平衡式によって海上風データから算出されたスベルドラップ流量と海洋観測データを用いて求められた地衡流量とを比較することで同平衡式が成立するかの検証研究が過去にも多く成されているが海上風による効果の浸透する深度が不確定であるため同平衡の検証が未だ問題となっている本研究では北太平洋亜熱帯循環系を対象として最新の観測資料を用いて同様な検証を試みたその第一段階として過去の海洋データに注目して北太平洋亜熱帯循環系内の海洋構造を明らかにすると共に地衡流の鉛直積算流量を求め循環系内における流量収支の検証を行うことを目的とした用いたデータは平均場として歴史的海洋観測データセットである WOA09 の水温塩分データ最新データとして 2011 年 8 月 12 日 ~10 月 4 日に行われた白鳳丸航海 KH-11-8 での北太平洋横断航路における CTD 観測による水温塩分データを用いたその結果北太平洋で代表される水系に相当する北太平洋回帰線水や東部に顕著な塩分極小層および 30 N 付近に北太平洋亜熱帯モード水と目される特徴が確認された地衡流量に基づく流量収支では無流面を m に設定した場合 30 N における内部領域の南向き総量として 47.8 Sv が得られるなど従来の結果にほぼ対応する循環系内での各緯度線における南北輸送量が確認された

3 目次 1. はじめに 1 2. 使用データ 3 3. 解析方法密度比容 3-2. 海面力学高度偏差 3-3. 地衡流速流量 4. 北太平洋における海洋構造の特徴北太平洋亜熱帯モード水 4-2. 北太平洋回帰線水 4-3. 北太平洋中層水 4-4. Shallow Salinity Minimum 5. 結果水温塩分密度断面図から見た海洋構造 (1) WOA09_annual (2) 白鳳丸観測 (a) 36 N 線 (b) 43 N 線 (3) WOA09 annual と seasonal ( 秋 :7~9 月 ) (a) 36 N 線 (b) 43 N 線 5-2. 流量収支 10 (1) WOA09_annual (2) 過去のデータとの比較 6. まとめ考察水温塩分密度断面図から見た海洋構造 (1) 海洋構造の特徴 (2) 白鳳丸観測と WOA09 の比較 6-2. 流量収支今後の課題と方針 13 参考文献 14 謝辞 15 付図 16

4 1. はじめに地球環境システムは大気と海洋が互いに作用し合うことで成り立っておりそのなかで海洋の循環は大きな役割を担っている海洋循環は主に海上を吹く風に起因する風成循環と海水中の水温塩分の空間的な相異によって起こる熱塩循環に大別され前者の風成循環は表層循環において支配的であることが Stommel (1948), Munk (1950) によって理論的に示された風成循環の例として北太平洋中緯度の亜熱帯域に存在する北太平洋亜熱帯循環系があげられる黒潮黒潮続流北太平洋海流カリフォルニア海流北赤道海流から成る時計回りの循環である ( 図 1-1.) 同循環域では北半分で偏西風南半分で偏東貿易風が卓越していることから負の回転をもつ風応力によりエクマン輸送が中央部で収束しエクマン層は深くなる傾向となるこの時エクマン層の下に存在する内部領域では水柱が縮む傾向となり絶対渦位が保存する内部領域では与えられた渦度を解消しようとして惑星渦度 f が小さくなる南へ動こうとするその結果循環系内部領域では南向きの流れが生じることになるここで南へ運ばれた流量を補うために循環系西岸には北上する強い流れが形成されるこれが Stommel(1948) によって提唱された西岸境界流形成理論である以上のことから海上を吹く風によって海洋内部に南北流が生じることがわかるそしてこのような北太平洋表層における海洋構造の理解には風成海流に基づく表層循環の力学機構を知ることが重要であると言えるそこで Sverdrup (1947) は風成循環のメカニズムを明らかにしようと考察し風応力の回転と地衡流南北輸送量の関係すなわちスベルドラップバランスの関係式であるスベルドラップ平衡式を導いたこれは線形渦度方程式に端を発し定常状態での海上風による海面応力の回転によって海洋表層における南北方向の鉛直積分量が決定されるというものであり現在の海洋大循環理論の基礎を成しているそして同平衡式を用いて風のデータから計算されたスベルドラップ流量と海洋データを用いて求めた地衡流量とを比較することで同平衡式が成り立つかの検証が過去に多く成されているなおスベルドラップ平衡の厳密な検証は困難とされているがその理由として同平衡の検証を行うために海上風による風成海洋循環が浸透する深度の確定に少なからず依存することや風成流量の評価に使用される風応力データセットの信頼性の問題があげられる本研究では北太平洋亜熱帯循環系を対象として同様な検証を試みたその第一段階として海洋データに注目して北太平洋亜熱帯循環系内の海洋構造を明らかにすると共に地衡流の鉛直積算流量を求め循環系内における流量収支の検証を行うことを目的とした使用データは歴史的海洋観測データセットである WOA09(World Ocean Atlas09) の水温塩分データおよび 2011 年 8 月 12 日 ~10 月 4 日に行われた白鳳丸航海 KH-11-8 での北太平洋縦断及び横断航路における CTD 観測による水温塩分データである WOA09 は平均場として用いた流量収支の検証に関しては最新のデータを用いて求めた北太平洋亜熱帯循環系全体における内部領域の南向き流量を従来の結果と比較したまた南北輸送量とその補償流について議論する際に亜熱帯海洋循環系のほぼ中央部に相当する 30 N 線に注目し南向き流量と西岸境界流の流量とを比較す 1

5 ることで西岸境界流形成理論に関しての考察を行った 2

6 2. 使用データ (1) 海洋観測データ KH-11-8 CTD 観測データ海洋観測データには 2011 年 8 月 12 日 ~10 月 4 日に行われた白鳳丸航海 KH-11-8 での北太平洋縦断及び横断航路に即した CTD 観測による水温塩分データを使用した CTD 観測点は 70 点ありそのうち北太平洋横断の測点は 42 点に及ぶ大変貴重なデータである北太平洋を対象とする本研究では北緯 43 N 線の 132 W から 152 E にかけての 16 点 36 N 線の 155 W から 170 E にかけての 24 点をそれぞれ 36 N 線, 43 N 線とし解析を行った ( 図 2-1, 表 2-1-1, 表 2-1-2) 用いた測点は 36 N, 43 N に沿った点でありかつ深度 m 以上を条件とした水温塩分共に 10m 以深のデータを使用した (2) 気候学的観測データ WOA09 (World Ocean Atlas09) 年平均 (annual), 季節平均 (seasonal) の秋 (7-9 月の平均 ) 平均場として WOA09 の水温塩分データを用いた WOA09 は長期平均された気候値データセットであり 2009 年以前に行われた海洋観測データから km 以下の波長を持つ規模の現象をフィルターによって除去し 1 1 度 ( 緯度経度 ) 内の平均値として格子化されている鉛直方向には表面から 300m までは 10~50m 間隔, 300~1500m までは 100m 間隔, 1500m 以深は 250, 500m 間隔で 5500m までの計 33 層あり ( 表 ) データは各層の近傍における観測値を内挿して得られたものである本研究で使用したデータの範囲は先ほど述べた白鳳丸の CTD 観測データに沿った 36 N 線, 43 N 線であるまた北太平洋亜熱帯循環系を主とした北太平洋のほぼ全域における海洋構造を明らかにするために 10 N ~45 N を緯度 5 間隔で使用した経度は E~121.5 W を 1 間隔で設定した詳細は図に記載したなおこれらには年平均された annual データを用いたが白鳳丸の観測データに沿って設定した 35 N 線, 43 N 線に関しては年平均に加えて季節平均された seasonal データ (7-9 月の平均 ) も使用し解析を行ったまた深度は 0~m の範囲を使用し秋間法を用いた補間処理を行い 1m 間隔のデータセットを作成した 3

7 解析方法密度比容 (EOS80) は水温 T (,但し IPTS-68), 塩分 S (PSS-78)および圧力 kg m 海水の密度 bar = 10 Pa の関数として次式によって表される 1 bar = 10 Pa = 10 N m,,, =,, (3-1-1),, ここで圧力 P は 1 気圧のときを 0 とし ITS-90( いて IPTS-68( )で観測した現場水温は次式を用 )に変換する = (3-1-2) また K(S,T,P) は体積弾性率である密度の逆数として比容れる単位は,, =,,0 1,, は次式で与えら (3-1-3),, 3-2. 海面力学高度偏差無流面を仮定した力学高度偏差を用いて地衡流計算を行った地衡流平衡式は流速の x 成分, y 成分をそれぞれ u, v とすると =, = (3-2-1) と表すことができるここで f はコリオリパラメータは均質な海水を海面から p なる等圧面まで積分したものに等しいすなわち =, = (3-2-2) このについて実際の海洋データからは圧力に相当する量として海面と深度 z dyn. m = 10m s との間の重力ポテンシャルの差として D= (3-2-4) と表すが現実の計算では数値の煩雑さを避けるために基準値 (S=35, T=0) からの差として次式の海面力学高度偏差(アノマリー) D が用いられる P (dbar) のとき海面力学高度偏差 D は D. = 10,, 35,0, (3-2-5) 4

8 また十分に深い深度において流れは無いと仮定されこれを無流面という本研究では無流面を dbar, dbar, dbar の 3 つのケースに設定する従って無流面に対する任意の等圧面 P における海面力学高度偏差は次式で与えられる = = = 3-3. 地衡流速流量 2 つの観測点 A,B に対してこの測点間における地衡流速を求めるここでコリオリパラメータ f は地球の自転角速度を Ω 2 測点間の平均緯度をとすると = 2 で与えられる 2 測点間距離を L (km)としたとき地衡流速 V (cm/s)は (3-2-1)式より次式によって求められる = (3-3-1) さらに海面(白鳳丸観測:10m, WOA09:1m)から無流面まで鉛直積分した値を地衡流量とするよって単位幅当たりの地衡流量は = (3-3-2) となる 5

9 4. 北太平洋における海洋構造の特徴 4-1. 北太平洋亜熱帯モード水北太平洋亜熱帯循環域北西部の水深 100m 400m に存在する水温の季節躍層と主水温躍層の間のほぼ等温等密度の層をいう密度線付近に水温 16.5 塩分 34.75psu の海水が広がる特性を有する(海洋物理Ⅱ P.186) 形成される過程は冬季黒潮続流のすぐ南側の海域では寒冷な北西の強い季節風によって大気よりも温度の高い海面が冷却され海面から大気へ大量の熱が放出される海面付近の海水は冷却されて重くなり鉛直混合によって表層混合層が厚くなる春季以降に海面付近の水温が上昇することによってこの熱い混合層が蓋をされ亜熱帯モード水が形成される形成された亜熱帯モード水は黒潮再循環によって南西方向に輸送され亜熱帯循環北西部に広がっていく 4-2. 北太平洋回帰線水北太平洋の亜熱帯循環域南西部を中心とした海域の海面から水深 300m の間に存在する塩分極大によって特徴づけられる高塩分の水塊蒸発が盛んで降水が少ない北太平洋中央部の北回帰線付近の海面で形成される塩分が高く密度が大きい海面付近の海水は風が時計回りに分布しているために生ずる沈降流によって海洋内部に押しこまれ北赤道海流によって西へ輸送されて亜熱帯循環域南西部に塩分の極大層として分布する(Suga et al.,) 4-3. 北太平洋中層水北太平洋亜熱帯循環域の水深 m 付近に広がる塩分極小層でほぼポテンシャル密度( ) 26.8 面に沿って分布しているこの北太平洋中層水は北太平洋西部亜寒帯循環に分布する北太平洋部亜寒帯水が千島列島沿いを南西に流れる際にオホーツク海から流出したオホーツク海水と混合して形成された親潮系水と黒潮によって運ばれてきた黒潮系水が黒潮と親潮が接する本州東方において等密度面に沿って混合して形成されその後中層の循環によって広く亜熱帯域に広がると考えられている 4-4. Shallow Salinity Minimum 北太平洋東部の浅い海域でみられる塩分極小層でポテンシャル密度( )約の範囲で存在する水塊西側から東側へ行くほど塩分極小値が浅く低くなる(Talley,1985) 冬季に発生発達するが一年を通して存在する水塊である 6

10 5. 結果 5-1. 水温塩分密度断面図から見た海洋構造 (1) WOA09_annual (10 N 35 N) 図は WOA09(annual)の 10 N 35 N における塩分の鉛直断面図(0-m) を示しているここでまず表層での高塩分に注目する特に 15 N 30 N にかけて 35.2 以上の値を含む塩分極大層が海面水深 200m に存在していることがわかる 25 Nの中部から東部にかけて広く分布している高塩分の中心部分は 20 N,15 N と南へ向かうにつれて値が低下している加えてこの中心部を含む層全体は表層から海洋内部へ沈み込みながら輸送されていることがわかる東西断面図のみでは西への輸送は確定できないが鉛直方向への移動は確認できる以上のことからこの塩分極大によって特徴づけられる高塩分の水塊は 25 N付近で形成され海面水深 300m の間に存在する北太平洋回帰線水であると考えられる次に水温に注目する 10 N 45 N 範囲において特に特徴的であった 30 Nの水温鉛直断面図を図に示す図図は同じ 30 Nでの塩分ポテンシャル密度の鉛直断面図であるまず図の水温断面図において 135 N 165 N 水深 m の範囲での等温層が存在し西部から東部に向かうと共に水温の値が下がっている特性がみられる同様の範囲で塩分密度の断面図を見ると塩分は前後密度は約 25.5 の値で分布しているこれより下層の水深 m の範囲には等温線がほぼ等間隔に存在し西部から東部にかけてゆるやかに浅くなっていることから主水温躍層の存在が示唆される用いたデータが気候値的データの年平均であるため季節躍層が明確には現れず亜熱帯モード水の定義である両躍層の間に存在している特性は確認できないがその他のことから水深 m の範囲に存在するこの等温の水塊は北太平洋亜熱帯モード水である可能性が高いと考えられるまた同図の水温断面図 130 E 140 E において勾配が急になっていることがわかるさらに細かく見ると 130 E 135 E で特に等温線が密になっている北半球では水温の高い方を右側とし流れが存在し等温線の密集する付近には強い流れがあるとされているためこの範囲にて北向きの強い流れがあると考えられる図の流速断面図と比較すると 130 E 135 E にて周囲よりも強い北向きの流れが存在していることがわかる断面図から見られる海洋構造の特徴には塩分極小層の存在もあげられる図は 10 N 45 N における塩分の鉛直断面図(0-m)である図より 40 N, 45 N の東部表層において塩分の極小が見られさらに水深 m に広がっていることがわかるこの北太平洋東部高緯度にみられる塩分極小層は高緯度の低塩分水が冷や 7

11 されて重くなり東岸付近の表層から海洋内部へもぐり込んだサブダクションまたは北太平洋東部の浅い海域でみられる塩分極小層 Shallow Salinity Minimum であると考えられる (2) 白鳳丸観測 (a) 36 N 線図は白鳳丸での CTD 観測による 36 N 線の水温断面図(0 m )を示している経度範囲は 170 E 155 W で 170 E 175 E にかけて水温勾配が特に目立って見える勾配は東に向かうにつれて小さくなっており 175 W 以東では大きく目立った勾配は顕著に認められない特に 175 W 以東の水深 m ではほぼ等間隔に等温線が存在しているさらに値が 10 前後を示していることから主水温躍層である可能性が考えられる海面付近の水温分布に注目すると観測域西部で特に高い値を示しているまた図は 36 N 線における地衡流速の断面図である 170 E 175 E において最大 22cm/s を示す北向きの流れが確認できる図の水温断面図と比較すると水温の鉛直方向への張り出しがみられる点を境に各点の西側では北向きの流れ東側では南向きの流れが存在しており地衡流が水温分布と対応していることがわかる次に図は 36 N 線にける塩分断面図でポテンシャル密度( ) 26.8 に沿った密度線を加筆した図である図より水深 m の範囲において塩分極小層の存在が確認できるさらにポテンシャル密度( ) 26.8 面を中心として観測範囲の西から東にかけて広く分布している WOA09 のデータでみられた特徴と異なって存在する深度が m の範囲内にありポテンシャル密度( ) 26.8 面に沿って分布していることからこの塩分極小層は北太平洋中層水である可能性が考えられるまた観測範囲西部(170 E 180 )の海面付近において塩分の値が高いことがわかるこれは先の水温断面図(図 5-1-7)の同範囲で水温が高い値を示していたことから周囲の海域よりも海面水温が高いため蒸発が盛んになり高塩分となったと考えられる (b) 43 N 線図は白鳳丸での CTD 観測による 43 N 線の水温の鉛直断面図図は地衡流速図は塩分の鉛直断面図である経度範囲は W W まず水温断面図に注目すると海面水温はいずれも 20 以下で主に付近を示している海面から水深 m にかけて水温勾配などの特徴は見られず層状に分布していることがわかるつまり流速が小さいことが考えられ地衡流速の図では実際に流速が微小であることが示されている以上のことから水温分布と地衡流速の対応が確認できこの海域では水温勾配は見られず流速が小さいということがわかる図

12 の塩分の鉛直断面図では海面付近で西部と比べて東部で塩分が低い値を示しているまた水深 200~400m の範囲には比較的等塩分の水系の存在が確認できる (3) WOA09 annual と seasonal ( 秋 :7~9 月 ) 白鳳丸観測に沿った経度範囲 (a) 36 N 線 36 N 線における WOA09 annual と seasonal データの水温塩分ポテンシャル密度地衡流速の鉛直断面図を図 ~20 に示す annual データと seasonal データを比較すると各成分において全体的に大きな違いは見られないが水温の鉛直断面図 ( 図 , 図 ) においては海面水温が seasonal データの方が annual データよりも高い値を示しているこれを平均と比較すると海面水温は夏季から秋季にかけて高い値であることを示しているさらにポテンシャル密度の鉛直断面図 ( 図 , 図 ) においても海面付近で違いが見られ seasonal データの方が annual データよりも低い値を示している以上より水温が高いとポテンシャル密度が低い値となる一方塩分には両者の間に顕著な差が見られないことからポテンシャル密度の値には水温の寄与が大きいことが確認できるまた annual データと seasonal データ共に水温断面図において 178 W ~165 W の範囲で西から東に向かって若干勾配が見られるが全体的には特徴的と言える勾配は見られない水深 200~500m ではほぼ等間隔に等温線が存在し値が 10 前後を示していることから主水温躍層に相当すると考えられる一方塩分の鉛直断面図 ( 図 , 図 ) では水深 400~800m において周囲と比較して低塩分を示しているまた海面付近の西部で高塩分域が見られる地衡流速の断面図 ( 図 , 図 ) では流速が微小な値を示しており水温断面図での勾配との関係が確認できる (b) 43 N 線図 ~28 は 43 N 線における WOA09 annual と seasonal データの水温塩分ポテンシャル密度地衡流速の鉛直断面図を示している annual データと seasonal データを比較すると 36 N 線と同様に各成分において全体的に大きな違いは見られないが水温の鉛直断面図 ( 図 , 図 ) ポテンシャル密度の鉛直断面図 ( 図 , 図 ) では海面付近において 36 N 線と同様の違いが見られる annual データと seasonal データに共通して言えることは塩分の鉛直断面図 ( 図 , 図 ) の水深 200~500m にかけて等塩分域が見られることと地衡流速の断面図 ( 図 , 図 ) で流速値が非常に小さいことである 9

13 5-2. 流量収支 (1) WOA09_annual 図は WOA09_annual 10 N ~45 N 線における各測点間の地衡流を鉛直積算した流量を示しているそれぞれ無流面 m( 赤 ), m( 青 ), m に設定した場合の結果を示す 30 N 線以外の緯度線では各測点間での積算流量は 1.0Sv 以下の値が多く顕著な違いは見られないこれに対し 30 N 線では東岸から 143 E までは他の緯度線と同様であるが 143 E 以西は北向きの流量が見られ特に最西端の点では無流面 m に設定時約 10Sv の流量が確認できるさらに各測点間の鉛直積算流量を東岸から西岸に向かって水平方向に積分をし緯度線ごとの積算流量を求めた結果を図に示す 10 N ~35 N において東岸から西岸かけて南向きの流量が確認できる 40 N,45 N においてはそれぞれ 170 E,165 W で北向きの積算流量となっているここで 30 N 線では西岸で北向きの流れが見られたので 30 N 線では変曲点とみられる 135 E を境に西岸境界流の流量と内部領域の流量 ( 南北輸送量 ) にわけて積算し 30 N 線以外の緯度はすべて内部領域の流量として積算した変曲点に関しては 30 N における地衡流速の断面図 ( 図 5-1-5) 海面流速の図( 図 5-2-3) からも 135 E を境に以西で北向きの強い流れが存在していることがわかるので 135 E 付近が南北方向の流向の切り替わる海域に相当することが推察される各測線における東岸からの流量積算の結果を表に示す 40 N, 45 N では北向きの流量を示しており値も小さいことがわかる南北輸送量が最も大きい値を示しているのは 30 N で中でも無流面を m に設定した場合である全体的にみると 25 N, 30 N を中心とし 15 N~30 N の範囲において各測線で 30~50[Sv.] の南向き流量が存在していると言えるここで変曲点を設けて西岸境界流と南北輸送量とを分けた 30 N に注目する両流量を比較すると差は大きくバランスしているとは言えない結果となった流量差は無流面 m のときに一番小さい値となったまた無流面の違いに注目すると 30 N の設定深度が m と m の時では 11.3[Sv.] の差が生じたその他の緯度線での差は 2~ 6.5[Sv.] の範囲内であった (2) 過去のデータと比較本研究での WOA09 を用いて算出した積算流量と WOA05 を用いた結果 (Aoki and Kutsuwada, 2008) を比較した結果を図に示す図は東岸から積算された 30 N における南北輸送量である WOA05 の結果に合わせて無流面を m, m に設定した場合で比較を行った無流面設定 m における流量は 135 E ~140 E において差がみられるがその他ではかなり相関が高いと言える無流面を m とした場合においては全体的に WOA09 の方が約 5[Sv.] 多い流量を示している 10

14 6. まとめ考察 6-1. 水温塩分密度断面図から見た海洋構造 (1) 海洋構造の特徴水温塩分密度鉛直断面図より北太平洋亜熱帯循環系の特徴的な海洋構造を確認することができたまず 15 N 30 N にかけて海面水深 200m に 35.2 以上の値を含む塩分極大層が存在し北太平洋回帰線水であることが示された次に 135 E 165 E 水深 m の範囲にみられたの等温層西部から東部に向かうと共に水温の値が下がっているという特徴は塩分前後密度約 25.5 の値で分布していたことから北太平洋亜熱帯モード水である可能性が高いと考えられたまた北太平洋東部高緯度にみられた塩分極小層は高緯度の低塩分水が冷やされて重くなり東岸付近の表層から海洋内部へもぐり込んだサブダクションまたは北太平洋東部の浅い海域でみられる塩分極小層 Shallow Salinity Minimum であると示唆された以上のことから WOA09 を用いた解析からも従来の結果と同様な特徴を有する水塊が認められた (2) 白鳳丸観測と WOA09 の比較 36 N 線の白鳳丸観測と WOA09 データ両者において確認できた特徴は水深 m での主水温躍層水深 m での塩分極小西部の海面付近における高塩分であり白鳳丸観測でのみ見られた特徴は水温勾配とそれに対応した地衡流速の分布であるまた 43 N 線の白鳳丸観測と WOA09 データ両者にみられた特徴は東部の海面付近での低塩分と水深 m に存在する等塩分域であるまた水温の鉛直断面図からは 36 N 線 43 N 線共に WOA09 データよりも白鳳丸観測データの方が高い値を示していた以上のことから白鳳丸観測で得られたデータは WOA09 が示す海洋構造の平均場と同様な特徴を有していると言えるまた単一の航海観測である白鳳丸観測データからは季節平均や年平均のデータでは平均化の操作によって除去されてしまう特徴が検出されることが示唆された気候学的観測データと単一の航海観測データは様々なスケールを持つ変動現象のどのような特徴を興味の対象とするかによって重要性が異なると考えられ目的に応じた海洋構造を知る上で共に重要な情報を提供すると言える 11

15 6-2. 流量収支次に流量収支に関して南北輸送量が 25 N,30 N を中心とし 15 N~30 N の範囲において各測線で 30~50[Sv.] の南向き流量が存在していたことは北太平洋亜熱帯循環系がこの海域に存在していることを示していると共に西岸境界流理論に基づく海洋構造を反映している 30 N において西岸境界流と内部領域の流量に差が生じた理由については観測時期の違い西岸境界流の位置無流面の設定深度による違い積算時の等密度面の未設定深層循環との関連や内部領域の境界面の考慮があげられる特に今回 30 N で確認された西岸境界流すなわち黒潮は一部分が観測点範囲に含まれていたと考えられるまた観測時期に関しても使用したデータが様々な観測船で異なる時期に得られたデータを長期平均したものであるため流量収支が一致することは困難と言える無流面の設定深度の違いによる結果は積算結果の値が最も大きかった 30 N を除くと大きな差がみられなかったこのことから積算流量に大きく関わる深度は海面 ~m もしくは m であると考えられる過去のデータとの比較では WOA05 と WOA09 は 30 N において相関の高い結果となった無流面 m で両者がほぼ一致していたのに対して m では全体的に誤差が生じていたこれは計算処理の過程で生じた誤差が積算された可能性が考えられる 12

16 7. 今後の課題と方針本研究では北太平洋亜熱帯循環系における平均場を求めることを目的としたため WOA09 のデータを主に解析を行った結果として同循環系において従来言われている特徴を確認することができたが季節的な変化や構造水塊をより明らかにするには気候値的データのみならず単一の観測データも重要である地衡流計算に関しては本研究では無流面を m, m, m と 3 種類のケースを設定し地衡流量を求める際は無流面の設定深度までを積算範囲としたが今後は等密度面も考慮して積算をすることによってより精密な値の算出を追求すると共にそれらの相違についての検討ができると考えられる今後は引き続き地衡流量算出における解析白鳳丸観測データから求めた海面力学高度と AVISO による絶対海面力学高度データの比較そして海洋観測データから地衡流を求める過程が終了した後は海上風のデータを用いてスベルドラップ平衡式により風成駆動流量を求めそれぞれの結果を比較することで同平衡式の検証を行う 13

17 参考文献青木邦弘 (2003): 北太平洋亜熱帯循環系における風成海流場に関する研究, 東海大学大学院海洋学研究科海洋科学専攻修士論文,24pp. Aoki, K. and K. Kutsuwada (2008):Vertification of the Wind-Driven Transport in the North Pacific Subtropical Gyre Using Gridded Wind-Stress Products,Journal of Oceanography, Vol.64,49_60 気象庁 (1999): 海洋観測指針 ( 第 1 部 ), 気象庁, 森本糸子 (2007): 東西観測線の断面図からみた北太平洋亜熱帯循環系の描像, 東海大学海洋学部海洋科学科卒業論文,44pp. 望月佳友 (2009): 北太平洋横断観測線における表層海洋構造の研究, 東海大学大学院海洋学研究科海洋科学専攻修士論文,60pp. 外内政行 (1994): 北太平洋亜熱帯循環系の流れの構造とスベルドラップバランス, 東北大学理学部地球物理学科第二卒業論文, 38pp. Stommel. H and K. Yoshida (1972):KUROSHIO ITS PHYSICAL ASPECTS, Chapter4, University of Tokyo Press, 517 pp 高野健二川合英夫著 (1972): 海洋物理 Ⅱ, 東海大学出版会,328 pp. 高野健二川合英夫著 (1997): 海洋物理 Ⅳ, 東海大学出版会,323 pp. Talley, L.D. (1985):Ventilation of Subtropical North Pacific:The Shallow Salinity Minimum, J. Phys. Oceanogr., 15, 宇野木早苗久保田雅久 (1996): 海洋の波と流れの科学, 東海大学出版会,356 pp Yuan, X. and L, D.Talley (1992):Shallow Salinity Minima in the North Pacific, J. Phys. Oceanogr., 22,

18 謝辞本研究を行うにあたりたくさんご指導をいただいた東海大学海洋学部海洋科学科轡田邦夫教授植原量行准教授に深く感謝いたします研究以外の面でも多々ご迷惑をおかけしたにも関わらずいつも優しくご指導くださり本当にありがとうございましたまた公私にわたりお世話になった轡田研究室院生の亀田傑氏植原研究室院生の先輩方に感謝申し上げますそして同期の石井一平君尾崎雄甫君勝田美幸さん亀村光君芳村優貴君植原研究室同期の皆さん 8 号館の守衛さん皆様のおかげで楽しい日々を過ごすことができ大変なことも乗り越えることができました本当にありがとうございましたたくさんの方々に支えられてここまで来られたことこれからも忘れません最後に 4 年間東海大学に通わせてくれた両親に感謝いたします 15

19 付図 16

図 1-1. 海洋表層循環の模式図 ( 北半球冬季における循環を模式化 ) ( 気象庁 http://www.

20 図 1-1. 海洋表層循環の模式図 ( 北半球冬季における循環を模式化 ) ( 気象庁 17

21 43 N 線 36 N 線図 2-1. CTD 観測点図 (KH-11-8_leg2) 表測点(35 N)緯度経度 35 N 線測点番号緯度経度表測点(43 N)緯度経度 43 N 線測点番号緯度経度

22 表基準層 WOA09 基準層 (m) 表 WOA09 使用範囲 annual seasonal (7-9 月 ) 緯度 ( 平均区間 ) 45 N 線 N 線 N 線 N 線 N 線 N 線 N 線 N 線経度 N 線 N 線 N 線 N 線

23 35n 20n 30n 15n 10n 130 E 150 E 170 E 170 W 25n 150 W 130 W 図 WOA09 (annual) 塩分の鉛直断面図 (0-m) 20

16 5 30 図 5-1-2. WOA09 (annual) 30 Nにおける水温の鉛直断面図 (0-m) 35.

24 図 WOA09 (annual) 30 Nにおける水温の鉛直断面図 (0-m) 図 WOA09 (annual) 30 Nにおける塩分の鉛直断面図 (0-m) 21

25 図 WOA09 (annual) 30 Nにおける密度の鉛直断面図 (0-m) (cm/s) 北向き正 30 図 WOA09 (annual) 30 Nにおける地衡流速の鉛直断面図 (0-m) 22

26 E 150 E 170 E 170 W W 130 W 23 図 WOA09 (annual) 塩分の鉛直断面図 (0-m)

27 temp_36 図白鳳丸観測 36 N における水温の鉛直断面図 (0-m) (cm/s) velg_36 北向き : 正図白鳳丸観測 36 N における地衡流速の鉛直断面図 (0-m) 24

28 ( )26.8 sal_36 図白鳳丸観測 36 N における塩分の鉛直断面図 (0-m) 25

29 temp_43 図白鳳丸観測 43 N における水温の鉛直断面図 (0-m) (cm/s) velg_43 図白鳳丸観測 43 N における地衡流速の鉛直断面図 (0-m) 北向き : 正 26

30 sal_43 図白鳳丸観測 43 N における塩分の鉛直断面図 (0-m) 27

31 temp_36 図 WOA09_annual 36 N における水温の鉛直断面図 (0-m) ( 経度 : 白鳳丸観測と同範囲 ) velg_36 図 WOA09_seasonal 36 N における水温の鉛直断面図 (0-m) ( 経度 : 白鳳丸観測と同範囲 ) 28

32 0-m 0-m 図 WOA09_annual 36 N における塩分の鉛直断面図 (経度白鳳丸観測と同範囲) 0-m 0-m 図 WOA09_seasonal 36 N における塩分の鉛直断面図 (経度白鳳丸観測と同範囲) 29

33 sigma_36 図 WOA09_annual 36 N におけるポテンシャル密度の鉛直断面図 (0-m) ( 経度 : 白鳳丸観測と同範囲 ) sigma_36 図 WOA09_seasonal 36 N におけるポテンシャル密度の鉛直断面図 (0-m) ( 経度 : 白鳳丸観測と同範囲 ) 30

34 北向き : 正 (cm/s) velg_36 図 WOA09_annual 36 N における地衡流速の鉛直断面図 (0-m) ( 経度 : 白鳳丸観測と同範囲 ) 北向き : 正 (cm/s) velg_36 図 WOA09_seasonal 36 N における地衡流速の鉛直断面図 (0-m) 31

35 temp_43 図 WOA09_annual 43 N における水温の鉛直断面図 (0-m) ( 経度 : 白鳳丸観測と同範囲 ) temp_43 図 WOA09_seasonal 43 N における水温の鉛直断面図 (0-m) ( 経度 : 白鳳丸観測と同範囲 ) 32

36 0-m 0-m 図 WOA09_annual 43 N における塩分の鉛直断面図 (経度白鳳丸観測と同範囲) 0-m 0-m 図 WOA09_seasonal 43 N における塩分の鉛直断面図 (経度白鳳丸観測と同範囲) 33

37 sigma_43 図 WOA09_annual 43 N におけるポテンシャル密度の鉛直断面図 (0-m) ( 経度 : 白鳳丸観測と同範囲 ) sigma_43 図 WOA09_seasonal 43 N におけるポテンシャル密度の鉛直断面図 (0-m) ( 経度 : 白鳳丸観測と同範囲 ) 34

白鳳丸観測と同範囲 ) 北向き : 正 (cm/s) velg_43 図 5-1-28.

38 北向き : 正 (cm/s) velg_43 図 WOA09_annual 43 N における地衡流速の鉛直断面図 (0-m) ( 経度 : 白鳳丸観測と同範囲 ) 北向き : 正 (cm/s) velg_43 図 WOA09_seasonal 43 N における地衡流速の鉛直断面図 (0-m) ( 経度 : 白鳳丸観測と同範囲 ) 35

39 [Sv.] [Sv.] 25N [Sv.] 180 longitude longitude N [Sv.] 180 longitude longitude N [Sv.] 180 longitude longitude [Sv.] 10N N [Sv.] 15N [Sv.] N N longitude longitude 図 WOA09(annual) 10 N 45 N 線における各測点間の流量

40 [Sv.] 60 30N [Sv.] 60 45N longitude longitude [Sv.] 60 25N [Sv.] 60 40N longitude longitude [Sv.] 60 20N [Sv.] 60 35N longitude longitude

41 15N [Sv.] longitude 10N [Sv.] longitude 図 WOA09(annual) 10 N 45 N 線における東岸からの積算流量 38

42 [cm/s] 20 surface_velg_30n longitude 図 WOA09(annual) 30 N 線における海面流速 39

43 表 WOA09(annual) 10 N 45 N 線 45n 40n 35n 30n 25n 20n 15n 10n 無流面西岸境界流(Sv) 東岸からの積分による総流量南北輸送量(Sv)

44 (Sv.) 0 (woa05) (woa05) (woa09) (woa09) Longitude (E) 図積算流量の比較 WOA05 vs. WOA09 41

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Microsoft PowerPoint - hama.ppt 日本南方海域における亜熱帯モード水の年々変動 2007 年 2 月 2 日 ( 金 ) 3aog1207 濱本拓真気象庁 HP よりはじめに亜熱帯モード水とは? (Subtropical Mode Water, 以降 STMW) 亜熱帯循環西部 ( 黒潮続流域 ) において冬季の季節風が生み出す強い鉛直混合によって形成される水系 (water type) で北太平洋の西部亜熱帯域に広く分布している