国立研究開発法人 土木研究所

寒地土木研究所

Press Release
令和 5 年 2 ⽉ 16 ⽇
寒地⼟⽊研究所企画室

オホーツク海の海氷減少が引き起こす波浪増⼤発表のポイント
・ 過去 40 年間における波浪シミュレーションから、オホーツク海における波浪の⻑期トレンドを解析。
・ その結果、冬季の波パワーが 12〜15%/10 年で増加していることを世界で初めて証明。
・ さらに冬季の波パワー増加の主な原因が、海氷の減少にあることを提⽰。
・ 地球温暖化による海氷減少が懸念される海域において、将来の⻑期的な波浪予測の精度向上につながる⼤きな⼀歩。
【論⽂情報】
タイトル: Increase in the wave power caused by decreasing sea ice over the Sea of Okhotsk
in winter
著者名: Shinsuke Iwasaki
雑誌名: Scientific Reports
DOI: 10.1038/s41598-023-29692-9
URL: https://doi.org/10.1038/s41598-023-29692-9【概要】
北海道北部に隣接するオホーツク海は、地球温暖化による海氷の減少に伴い、波浪増⼤が懸念されています。しかし、この海域の波浪に着⽬した研究は⾮常に少なく、その⻑期的な変化については未解明のままでした。(国研)⼟⽊研究所寒地⼟⽊研究所・寒冷沿岸域チームの岩﨑慎介研究員は、過去 40 年間における波浪シミュレーションから、オホーツク海の波パワーの⻑期トレンドとその要因を調べました。その結果、オホーツク海における冬季の波パワーは 10年あたり約 12〜15%で増加していることがわかりました。また、波パワー増加には、海氷の減少と海上⾵の増加が影響していること、さらに、その海上⾵の増加も、海氷の減少により⽣じていることを解明しました。この結果は、海氷減少が、冬季における波パワー増加トレンドの主な要因であることを提⽰しています。
今後も温暖化に伴う海氷減少が予想される中、気候変動への適応策に貢献するべくオホーツ
ク海における⻑期的な波浪の将来予測は、喫緊の課題です。
この研究成果は、英国のシュプリンガー・ネイチャー社発⾏の国際科学誌『ScientificReports』に 2023 年 2 ⽉ 13 ⽇付で掲載されました。

【発表内容】
⼀般に、海氷は海洋へ輸送される⾵のエネルギーを抑える働きがあるため、波浪を減衰させる効果があります。近年、オホーツク海の海氷減少に伴い、沿岸域に来襲する波浪の増⼤や、それに付随する⾼波被害の増加、沿岸構造物の安定性低下、海岸侵⾷の進⾏などの災害事例の多発が危惧されています。しかしながら、オホーツク海の⻑期的な波浪変化に着⽬した研究例はほとんどなく、同海域の⻑期的な波浪の変化傾向や、その原因については、よくわかっていませんでした。
本研究では、1980 年代から現在までの 40 年間の波浪シミュレーションを⾏い、オホーツク海における波パワーの⻑期トレンドを解析しました。この研究では、3 種類の再解析データ(JRA55、ERA5、MERRA2)＊1 と１種類の衛星データ＊2 を⽤いて、3 ケースの波浪シミュレーシ
ョン(標準実験＊３と呼びます)を実施しました。また、波パワーの⻑期変化に対する海上⾵と海氷の影響を評価するために、海氷の⻑期変動を除去したシミュレーション(海氷気候値実験＊4と呼びます)も 3 ケース⾏いました。
その結果、全てのシミュレーションから、オホーツク海全域で平均した波パワーは、冬季の間(12-2 ⽉)、顕著に増加していることがわかりました(図 1a,b)。また、波パワーのトレンド値は場所によって異なるものの、その傾向はほとんどの領域で正の値を⽰しています(図 1c)。領域全体で平均すると波パワーは 10 年間で約 12〜15%増加していました。なお、冬季における波パワーの増加傾向は、国⼟交通省港湾局提供の北海道沿岸域に位置する波浪観測結果からも確認できました。この波パワーの増加要因として、「海氷減少による波浪減衰効果の低下」だけでなく「海上⾵増加による波浪の発達」の効果が挙げられます。この２つの効果による波パワーの変化を⾒るために、標準実験と海氷気候値実験を解析した結果、海氷減少と海上⾵増加の両⽅ともに波パワーの増加に寄与していることが分かりました（図 2)。また、海氷の減少は、直上の海⾯気圧を低下させ、その周辺における海⾯気圧の空間勾配を強めることで、⾵速も増加させることが明らかになりました(図 3)。この結果から、海氷の減少は、「直接的な波浪減衰効果の低下」に加えて、「海上⾵増加による波浪の発達」にも間接的に寄与することがわかりました。すなわち、海氷減少が、冬季における波パワー増⼤の主な原因であることが⽰されました。ここでは、図 1 a,b を除いて、主に JRA55 によるシミュレーション結果を⽰していますが、他のシミュレーションでも同様の結果が得られています。
本研究のように、海氷域の⻑期的な波浪変化に対する海氷と海上⾵の影響を定量的に⽰したものは、世界的に⾒てもあまり例がありません。この成果は、海氷域での⻑期的な波浪変化メカニズムの更なる理解につながり、同海域における波浪予測の⾼度化に貢献することが期待されます。また、温暖化進⾏によるオホーツク海の海氷減少は、これからも継続することが予想され、沿岸域における被災事例の顕在化が危惧されるでしょう。今後は、北海道をとりまく海域をターゲットに、「地球温暖化対策に資するアンサンブル気候予測データベース（d4PDF）」＊5などを活⽤した波浪の将来予測や、私たちの⽣活圏に近い沿岸域に着⽬した研究に取り組んでいきます。

【問い合わせ先】(国研)⼟⽊研究所 寒地⼟⽊研究所 寒地⽔圏研究グループ 寒冷沿岸域チーム
上席研究員 平野 誠治（ひらの せいじ）
TEL: 011-841-1684 FAX: 011-842-9169 Mail: hirano-s82ab@ceri.go.jp(国研)⼟⽊研究所 寒地⼟⽊研究所 寒地⽔圏研究グループ 寒冷沿岸域チーム
研究員 岩﨑 慎介（いわさき しんすけ）
TEL: 011-841-1684 FAX: 011-842-9169 Mail: iwasaki-s@ceri.go.jp【謝辞】
本研究は、⽂部科学省気候変動予測先端研究プログラム領域課題 4 (JPMXD0722678534)に参画し、⾏なったものです。

【参考図】

図１: (a)オホーツク海における⽉毎の波パワーの⻑期トレンド。⼤きい円は統計的に有意(90%)
なトレンドを意味します。(b)冬季(12-2 ⽉)・オホーツク海における波パワー偏差(冬季平均値―気候値）の時間変化とその回帰直線。JRA55 と ERA5 の回帰直線が重なり合っていることに注意してください。(a,b)凡例の JRA55、ERA5、MERRA2 はそれぞれ JRA55、ERA5、MERRA2 による標準実験から得られた結果を意味しています。(c)JRA55 の標準実験から得られた冬季における波パワーの⻑期トレンドの空間分布。等値線はトレンドの割合(%/10 年)を⽰します。点描は統計的に有意（95%）な領域を意味します。

図２: 冬季における(a)海氷と(b)⾵速の変化による波パワーの⻑期トレンド(カラー)。等値線は(a)海氷密接度(%/10 年)と(b)⾵速(ms-1/10 年)の⻑期トレンド。JRA55 による標準実験と海氷気候値実験から得られた結果。海氷と⾵速のトレンド値は、それぞれ NOAA による衛星データと JRA55 による再解析データから計算しました。波パワー増加の領域は(a)海氷減少と(b)⾵速増加の領域とそれぞれ⼀致していることがわかります（特に海氷減少の領域）。

図３: 冬季における(a)海⾯気圧と(b)その空間勾配(⽔平⽅向)の⻑期トレンド(カラー)。(a)等値線は海氷密接度の⻑期トレンド(図 2a の等値線と同様)。(b)ベクトルと等値線は⾵速の⻑期トレンド(等値線は図 2b のそれと同様)。海⾯気圧には JRA55 の再解析値を使⽤しています。海氷の減少領域で海⾯気圧が低下し(a)、その周辺領域(特に北部)の海⾯気圧の空間勾配が強化している場所で⾵速が増加していることがわかります(b)。

【語句説明】＊1：3 種類の再解析データ（JRA55、ERA5、MERRA2）
観測データを数値モデルに取り込む客観解析を⾏なって得られた⽋損値のない均質なデータセットを再解析データと呼びます。本研究では、⽇本の気象庁（JMA）による JRA55、ヨーロッパ中期予報センター（ECMWF）による ERA5、アメリカ航空宇宙局(NASA)の全球モデルデータ同化局(GMAO)による MERRA2 の３種類の再解析データセットを使⽤しました。
＊2：衛星データ
本研究では、アメリカ海洋⼤気庁（NOAA）で作成されている衛星データに基づいた全球海⾯⽔温データセットに含まれる海氷データを⽤いました。
＊3：標準実験
現実の波浪を再現するために、３種類の再解析データ（JRA55、ERA5、MERRA2）から提供されている海上⾵と海氷を⽤いて、3 ケースの波浪シミュレーションを過去４０年間（1981 年 9 ⽉初めから 2021 年 8 ⽉末まで）で実施しました。ただ、JRA55 では海氷が提供されていないため、代わりに NOAA の海氷を使⽤しました。この実験ではオリジナルの時間解像度の海上⾵と海氷を⽤いてシミュレーションを⾏なっています。
＊4：海氷気候値実験
この実験では、海上⾵は標準実験と同じデータですが、海氷はオリジナルの時間解像度ではなく、気候学的にのみ変化する海氷を⽤いています。この⽅法によって海氷の⻑期的な変化が除去されるため、海上⾵の効果による⻑期的な波浪変化だけを⾒ることができます。また、海氷の効果による波浪変化は標準実験と海氷気候値実験の差 (標準実験−海氷気候値実験)と考えました。海氷気候値実験も、標準実験と同様に 3 種類の再解析データに基づいて 3 ケースのシミュレーション（ただし JRA55 の実験では NOAA の海氷を使⽤)を同じ期間で駆動しました。本研究では 3 ケースの標準実験も含め、トータルで 6 ケースのシミュレーションを実施しました。
＊5：地球温暖化対策に資するアンサンブル気候予測データベース（d4PDF）
⽂部科学省・気候変動リスク情報創⽣プログラムの下で作成された⾼解像度⼤規模データベース。
d4PDF では気候シミュレーション実感の不確実性を統計的に考慮するため、初期条件をわずかに変化させた多数の実験（アンサンブル実験）を⾏なっています。

【関連する研究成果】「冬季オホーツク海の波浪に対する海氷の役割を明らかに〜⾵の強弱で変化する⾃然の防波堤〜」2022 年 12 ⽉ 15 ⽇プレスリリース
URL: https://www.ceri.go.jp/data/files/20221215.pdf