土木学会論文集B2（海岸工学），Vol. 73, No. 2, I_457─I_462, 2017.

黒潮周辺海域における海洋変動に対する一次生産応答の季節変動特性について
鈴江 洋太1・内山 雄介2・山崎 秀勝3
1正会員（株）建設技術研究所 中部支社 河川部水工室（〒460-0003愛知県名古屋市中区錦1-5-13）
E-mail: yta-suzue@ctie.co.jp
2正会員 神戸大学教授 大学院工学研究科市民工学専攻（〒657-8501兵庫県神戸市灘区六甲台町1-1 ）3 非会員 東京海洋大学教授 大学院海洋科学技術研究科（〒108-8477 東京都港区港南 4-5-7）

領域海洋循環モデルROMSとNPZD型生態系低次生産モデルをカップリングしたROMS-NPZDモデルを用いた中規模渦解像・サブメソスケール渦許容気候値解析を行い，黒潮周辺海域における一次生産の季節変動特性とそのメカニズムを評価した．海洋渦による栄養塩の鉛直輸送とそれに伴う一次生産には明確な季節変動が見られ，冬季には他の季節と比べて渦輸送成分が顕在していた．渦運動エネルギー収支解析等から，冬季の海面冷却によって黒潮流路に沿って傾圧不安定が強化され，中規模・サブメソスケール渦が発達し，栄養塩鉛直渦輸送が増大することを明らかにした．この強い栄養塩輸送と日射量の季節的な増加によって冬季から春季にかけて海洋表層の一次生産が増大し，春季ブルームへと発展することが示唆された．

Key Words : Kuroshio, eddy-induced nitrate flux, submesoscale eddies, baroclinic instability

1. はじめにされた．またGruberら6)は，米国西海岸沖を対象とした数値モデルから，渦によって栄養塩の下方輸送が生じる

海洋生態系は大気中の二酸化炭素の吸収・固定に寄与ことがあり，表層一次生産はむしろ抑制されると報告しするため，気候変動の進行・緩和に対して多大な影響をた．したがって，渦やフロントに伴う栄養塩の鉛直輸送与えている．沿岸域は，河川等からの栄養塩供給や沿岸には，輸送方向に応じて一次生産を助長する場合と抑制

湧昇などによって外洋の約2倍の一次生産能力を有するする場合とがあると考えられるが，その詳細についてはと推定されており1)，沿岸生態系の維持管理は重要な工学的課題である．一方で，外洋は海洋全体の面積の約これまでほとんど理解が進んでいなかった．
これに対して内山ら7)（以下前報と呼称）は，東シナ90 %を占めることから，総量としての一次生産は実際

海から黒潮続流域の東側の約152oNまでの黒潮流路を包には主として外洋で生じる．したがって，外洋域におけ含する本州太平洋沿岸を対象とした高解像度・広領域のる一次生産維持機構の解明は，地球環境問題を考える上数値モデルによって，渦運動に伴う鉛直栄養塩輸送の空でも極めて重要な課題の一つである．

間構造に関する解析を行った．遠州灘沖と黒潮続流域を一般に外洋表層では栄養塩が枯渇しているため，一次取り上げて比較し，前者では黒潮流軸近傍で強い下方へ生産の増大は黒潮などの海流による水平栄養塩輸送や，の渦輸送が卓越し，沿岸域に形成される低気圧性定在渦外洋に遍在する渦やフロントに伴う局所的な湧昇，鉛直による局所湧昇（上方への渦輸送）を強く抑制している

混合による亜表層栄養塩の表層有光層への上方輸送に強こと，反対に続流域の海洋表層での下方渦輸送は極めてく依存すると考えられている．例えば，Nakataら2) は，弱く，低気圧性渦による局所湧昇によって一次生産が維

遠州灘沖での観測結果から，黒潮流路北側の沿岸域に形持されていることなどを示した．しかしながら，渦輸送成される低気圧性渦による局所湧昇によって栄養塩が表効果の空間変化に関するメカニズム，一次生産応答の季層へ供給され，それが海域の一次生産を維持しているこ

節変動などに関しては十分に解析されていなかった．そとを示した．Sasaiら3)は，黒潮続流域に分布する低気圧

こで本研究では，前報7)で開発したモデルを用いた解析性渦が表層一次生産を促進していることを数値モデルにをさらに進め，遠州灘沖・黒潮続流域を例に窒素収支解よって示した．その一方で，黒潮続流域4)や東シナ海5)析を実施して一次生産構造を明らかにするとともに，渦に形成される黒潮フロント周辺では，栄養塩や低塩分水運動による栄養塩輸送とそれに伴う一次生産の季節変動のsubduction（等密度面に沿った断熱的な沈降）が観測

特性，それらのメカニズムを特定することを目的とする．

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I_461季節変化（図−5）に強く関与していることが分かる．

的に不均一に分布していた．したがって，内湾や沿岸域最後に，遠州灘沖黒潮域KRおよび続流域KE（図−1黒点線枠）における表層運動エネルギーの波数スペクトルを求めた（図−7）．冬季は温暖期（例として夏季を表示）と比べてスペクトル勾配が緩やかで，サブメソスケールを含む高波数帯を中心に全体的にエネルギーレベルが高い．したがって，寒冷期の海面冷却に伴う傾圧不安定の発達によって，特に冬季においてサブメソスケール渦と中規模渦が同時に強化されることが分かる．それにの水質・生態環境を評価するためにも，黒潮周辺の詳細な乱流構造の理解をさらに深化させる必要がある．
謝辞：本研究は，JST-CREST「海洋生物多様性および生態系の保全・再生に資する技術基盤の創出」領域（JPRMJCR12A6，代表者：山崎秀勝），科学研究費（15H00977，15H04049，15KK0207，代表者：内山雄介）の援助を受けた．

伴って一次生産を支えるNO3-鉛直渦輸送が顕著になり，参考文献

渦輸送が正となる海域（例えばKE）では，冬季から春

1)

季に下層からの栄養塩供給が増大し，春季になって日射が増えると植物プランクトン生育に好適な条件が満たされてブルームを生じる（図−2 (b)，図−3B）．一方で，渦輸送が負になる海域（例えばKR）では下向き輸送が助長されることになるため，一次生産は強化されにくい

2)3)状況が維持され，ブルームは抑制されると理解される．

5. おわりに4)

本研究では，我が国太平洋沿岸海域，東京湾や瀬戸内海に代表される内湾域の水質・生態環境を強く支配している黒潮周辺における一次生産の季節・空間変動特性をROMS-NPZDモデルを用いて精緻に評価した．黒潮流路
周辺海域は他海域よりも大幅に一次生産が活発な海域で5)6)あると同時に，顕著な時空間変動を伴っていた．窒素収支から見た表層生態系構造は，亜表層に豊富に賦存する

7)

硝酸塩NO3-の鉛直渦輸送に強く支配されていた．冬季に顕著になる海面冷却などによって引き起こされる傾圧不安定によって中規模渦とサブメソスケール渦が同時に強化され，それに伴って渦輸送が強化されることがブルー

8)

ムの引き金になっていた．また，栄養塩の鉛直渦輸送や，渦エネルギー生成に寄与する傾圧転換率PeKeは，黒潮流路の屈曲，岬・海嶺などの地形の影響を強く受けて空間

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内山雄介，神吉亮佑，高野祥子，山崎秀勝，宮澤泰正：
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(2017. 3. 15 受付)

BIOGEOCHEMICAL RESPONSES TO SEASONAL OCEANIC VARIABILITYAROUND THE KUROSHIO ANALYZED USING A ROMS-NPZD MODEL
Yota SUZUE, Yusuke UCHIYAMA and Hidekatsu YAMAZAKI
The Kuroshio off Japan is accompanied by vigorous eddy and frontal activity both on meso- andsubmesoscales, which significantly affects the biogeochemical productivity in the upper ocean. We
examine the seasonal variability of eddy-induced nitrate transport and resultant biogeochemical
response around the Kuroshio using a climatological ROMS-NPZD model. A nitrogen budget analysis indicates that nitrogen exists mostly in the phyto- and zooplankton compartments in both theKuroshio and Kuroshio Extension regions during the sping bloom. The increased zooplankton further enriches detritus that settles down by about 100 m, leading to an increase of ammonium below
the mixed layer. In winter, eddy-induced nitrate transport is enhanced in the region about 1° awayfrom the Kuroshio axis. The baroclinic instability due to the surface cooling in winter generates meso- and submesoscale eddies and substantially promotes eddy-induced vertical nitrate transport.

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