研究内容

オホーツク海と海氷と知床

短波海洋レーダによる宗谷暖流の観測

本センター発足前の 2003 年に、宗谷暖流のモニタリ ングを目的として、宗谷海峡域に3局および紋別・雄武 に2局の短波海洋レーダを設置し、表層流速の連続観測 を行ってきました。運用開始以来 18 年間蓄積したデー タから、宗谷暖流の季節変動・経年変動の実態が明ら かになりました。残念ながら老朽化等のため、2022 年 3 月をもって運用を停止しましたが、アーカイブされた データの解析や発信は今後も継続していきます。

短波海洋レーダーシステムのページ

研究砕氷船「そうや」を用いたオホーツク海南部の海洋調査

本センターと海上保安庁の共同研究として、1996 年以来、毎年 2 月にオホーツク海南部で砕氷巡視船「そうや」を用いた海氷観測を実施し、数々の成果が得られています。

オホーツク海や南極海のような季節海氷域では氷盤同士が互いに乗り重なる過程(変形過程)が氷厚の発達や海氷面積の変動に重要な役割を果たしています。そのような海氷の力学的な変形過程を観測するために、「そうや」による現場観測を基に合成開口レーダを用いて変形氷域を抽出するアルゴリズムの開発と検証を行っています。また、季節海氷域の融解過程の理解を目的とするドローンによる海氷観測では(表紙写真)、直径 15m 以下の氷盤の形状や分布特性に自己相似性(フラクタル)の特徴があることを見出しました。さらに、四半世紀にわたる「そうや」観測データ、衛星データ、それに気象客観解析データを併せることで、オホーツク海南部における海氷の年々変動の特性とその要因などが分かってきました。オホーツク海南部(赤色領域) の海氷面積は中部(水色領域)・北部(青色領域)とは有意に異なる変動特性を示すこと、南部の海氷体積の年々変動要因は海氷の生成を促す熱力学的な環境というよりは、氷厚発達を促進する海氷変形過程の力学的作用 の影響が大きいことなどが明らかになっています。

春季オホーツク海の海氷融解と植物プランク トン大増殖の関係

春季の南部オホーツク海では海氷が融解すると植物プ ランクトンの大増殖(ブルーム)が起こります(図 4)。 本センターではそのメカニズムに関する研究を進めています。

まず、酸素センサー付きプロファイリングフロートに よって連続的に観測される海水中の溶存酸素量の変動か ら、オホーツク海の広範囲で正味の生物生産量(純群集 生産量)を見積もることに成功しました。純群集生産量 は春、直前に海氷が存在していた海域で圧倒的に大きく なることが示され、春の植物プランクトンブルームが海 氷融解によってもたらされていることが初めて定量的に明らかになりました(図 5)。見積もられた純群集生産量は、世界で最も顕著な春季ブルームが起こる南大洋氷縁域にも匹敵し、オホーツク海の高い生物生産を生み出すことに海氷がその一翼を担っていることが明らかになりました。

また、本センターで観測航海を主導し、複数の国内研 究機関の研究者と協働で春季ブルームの集中観測を実施しています。これまでに、南部オホーツク海の水塊構造や鉄分を含む栄養物質の循環などを調べるための 3 回 の航海や、季節を通して水塊構造や生物生産量を把握するための定点観測および係留計観測を行っています。

さらに超音波流速計(ADCP)の体積後方散乱強度デー タから、主に動物プランクトン活動、堆積物の巻き上が り、海中内部で生成される海氷(フラジルアイス)、等 の海中浮遊物を検知・識別する手法を開発しました。これにより、冬季海氷期は、海氷のない時期とは逆に、沿岸域より沖合域の方が動物プランクトンの日周の鉛直的 な移動が活発となることが示されました。

知床周辺をはじめとするオホーツク海南部の海氷海洋変動予測の研究

今後の温暖化によっては北海道周辺海域でも海氷域が消失する可能性があり、オホーツク海における海氷変動の機構解明と予測のための研究が急務です。これまで、 オホーツク海数値モデルの開発や紋別沿岸付近における 水温・塩分データの解析を通して、北海道沿岸の海氷変 動には宗谷暖流の勢力が関係していることが見えてきました。これらの知見は、知床地域科学委員会を通して、 知床世界自然遺産管理にも生かされています。

世界自然遺産知床における漂着ゴミの研究

世界自然遺産知床の海岸に漂着する ゴミは、生物多様性の保全にとって支障となるばかりでなく、保全地域の海岸の美観を損ねる要因となっています。 本センターでは、ゴミの堆積・侵食メ カニズムの解明を目指し、測量用ドローン等を用いた漂着ゴミ分布のモニタリン グを行っています。その結果、前浜と後浜の漂着ゴミが、冬季の海氷到来前 に発生する4-5mの波高の高波によって 1-2 年に 1 度程度の頻度で堆積・流出することなどが分かってきました。

オホーツク海と北太平洋のつながり

海の恵みをもたらす親潮中層水の経年変動機構の解明

これまでの本センターの研究によって、オホーツク海の海氷生成が作り出す中層の循環によって栄養物質であ る鉄分が広く親潮域や西部北太平洋に供給され、高い生 物生産を支えていることが明らかになっています。最新のデータ解析では、親潮域の中層水は、その元になる西部亜寒帯水とオホーツク海中層水の混合割合が、温暖化と 18.6 年周期潮汐変動(月と地球の位置関係による) の両方の影響を受けて大きく変動することが明らかになりました。道東の親潮域中層では、低温で栄養豊富なオ ホーツク海中層水の占める割合が 40 年で 30% も減少し、高温化しており、これは温暖化による海氷生成の減 少によりオホーツク海を起点とする中層循環が弱化したことが原因であることが分かってきました。2020 年代 中盤からの 10 年間は潮汐の効果と温暖化の効果が相乗 して、親潮中層水におけるオホーツク海水の割合の減少と昇温が一気に起こりうることが予想されています。

北太平洋高解像度物質循環モデリング

海洋中の中規模渦を分解できる解像度の北太平洋物質 循環モデルを開発しています。このモデルは海洋表層と中層をつなぐ北太平洋子午面循環を再現し、起潮力(海 の潮汐を引き起こす外力)を陽に導入しているという特徴を持つため、北太平洋とオホーツク海の間の海水交換における潮汐の影響や、オホーツク海から北太平洋へ流 出する鉄や栄養塩の評価などを行えます。

北方圏縁辺海と北太平洋をつなぐ熱塩循環・ 物質循環

ロシア極東海洋気象学研究所との共同研究を実施し、 オホーツク海やベーリング海の北方圏縁辺海が海洋循 環・栄養物質の循環を通して、北太平洋とどのようにつ ながっているのかを、ロシア船を用いた現場観測や高解 像度モデルを用いて研究しています。その結果、西部北 太平洋亜寒帯域には、オホーツク海から鉄分が、ベーリ ング海から高濃度の栄養塩がそれぞれ中層水の循環を通 じて供給されることで、高い生物生産や大きな CO2 吸 収量をもたらしていることが明らかになりました。本セ ンターでは、これらの海洋観測データを公表しています。