博士（水産学）金
学位論文題名相祐

日本海表層における植物色素濃度の季節変化に関する研究
学 位論文内容の要旨【緒言］
日本 海にお ける 過去の 植物 色素濃 度の研究のほとんどは対馬暖流域内に 限ら れ，極 前線 を含む 日本 海北部 海域の植物プランクトンブルームの特 徴に っいて はま だ十分 に明 らかに されていなぃ．そこで，本研究では
時 空間 変動を 広範 囲で同 時に 観測が できる海色測定用のセンサーから測定したCZCS (CoastalZo
neColorScanner,沿岸域海色走査計）データを用
い て表 層植物 色素 濃度の 季節 変化を 記述し，さらにその物理―生物学的要 因を 調べる こと にした ．表 層植物 色素濃度の季節変化要因を明らかにす るこ とは， 低次 生物生 産過 程を理 解するために重要であるとともに，餌 料環 境を通 して 関連の ある 水産資 源生物の再生産，回遊，成長の予測にも必要な情報であると考える．
本 研究 では， まず 最初に 植物 色素濃 度・日射量・表層混合層の年平均及ぴ 季節 変化に つい て記述 し， 合成(Combined)経験的直交関数(EmpiricalOrthogonal Function:以下EOFと略す）解析結果から日本海の植物色素濃度 と 日 射 量 ， 混 合 層と の 時 空 間 変 動 を 調べ る ． 次 に ， 合 成EOF解 析 結
果 を基 に区 分した 4つの 海域 毎にお ける 植物色 素濃 度の季 節変 化を簡 単な 表層 混合層 モデ ルを用 いて 再現を 試み，極前線以北海域と対馬暖流域に お け る 植 物 プラ ン ク ト ン ブ ル ー ムの 発生と 修了 の要因 を明 らかに する ．さ らに ，表層 混合 層が最 も発 達する 冬季 2月に おいて 日本 海の中 央を ほ ば 南 北 に 横切 る PM線 上 で 得 ら れた 水温資 料解 析から ，対 馬暖流 域に おけ る局所 的な 植物色 素濃 度分布 に影響すると考えられる冬季表層混合 層 の 経 年 変 化を 調 べ た ． 以 下 に 本研 究の成 果に っいて その 概要を 記
す・【植 物色素 濃度・ 日射量 ・表層 混合層 の年平均 及び季節変化】
植 物色素濃度の年平均場は，日本海東西2ケ所に0.7pg．′1以上の高い
濃 度 領 域 が存 在 し ， 北 緯 38〜 40度 付 近の 東韓 暖流域 （日 本海西 部） におい て0.9pg．卩以上の極大域となり，これらの極大域は主として春季ブ

ルーム時に形成されている．日射量の年平均値は対馬／大韓海峡から北海道沖に向かって次第に小さくなる傾向がみられるが，季節変化の振幅は全海域ほば一様である．表層混合層が最も発達する冬季において極前線付近は水深80m以下と浅く，その北側で極端に深くなり(200m以深），南側はわずかに深くなる（100m程度）．次に，植物色素濃度の季節変化が各海域で独立した現象によるものか，それとも日本海全域の組織的な現象によるものか，さらに日射量・表層混合層の変動とどの様な関係にあ る のかを調べるため に，客観解析法の 1っである合 成E
OF解析を行った．
合成EO
F解析による第 1モードは日 射量に対応したモ ードであり，日射量の少ない冬季に極前線東部で極大値を示すブルームを抽出している．また，このモードは極前線以南海域の対馬流域においても冬季に比較的高い植物色素濃度を持っていることを示している．第2モードは日本海全域において海面加熱と冷却の遷移期である春季と秋季に発生する顕著なブルームを抽出し，植物色素濃度としては春季の方が高い．第3モードは日本海北部域と対馬暖流沿岸域における冬季の海面冷却による深い混合層が形成されるモードである．このモードに対応した植物色素濃度は極前線上の西部海域，すなわち韓半島沖で春季ブルームが特に大きい傾向を示している．加えて，月別の表層植物色素濃度分布を詳しくみ ると，北部海域の春季ブルーム時期は対馬暖流域と比べて1・2カ月遅れる傾向がみられる．
上記に示した各モードの植物色素濃度の変動特性の違いから，日本海は北部海域，極前線西部海域，極前線東部海域，そして対馬暖流域の4海域に分けることができる・【 表 層混 合層 モデ ルを 用いた植物色素 濃度の季節変化の再現】
合成EO
F解析から区分 した4海域別 の植物プランクト ン色素濃度の季節変化が簡単な表層混合層モデルを用いてどこまで再現することができるのかを調べた．結果として，極前線を境界とした南北海域における春季ブルーム特性の違いはある程度再現することができたものの，韓半島沖における特に大きな春季ブルームにっいては再現することはできなかった・
まず，表層混合層下部におけるエントレイメント率に対するモデルの応答特性を調べた．その結果，日本海における年2回のブルームを再現できるエントレイメント率朋は2.
5く朋く4m/day
範囲にあることが推測された．そこで次に，m=
ニ3m/dayの値を用いて日本海の南北海域に対応した冬季表層混合層の違いによる春季と秋季のブルームの再現を行なった．冬季の表層混合層が深い北部海域は冬季に混合層内に取り込まれる
栄養塩濃度は高いものの，光環境が悪く，春季においても植物プランクトン量はかなり少なくなる．そのため，春季に光環境が良くなっても，植物プランクトンの増加率は高いものの増加量は小さく押さえられ，冬季表層混合層が浅い南部海域に比べて春季ブルーム時期が遅れる．しかし，北部海域は南部海域に比べて高い栄養塩が混合層内に供給されるいるためにブルーム時の植物プランクトン濃度は相対的に高くをる．一方，南部海域は冬季の混合層が比較的浅いために成長に必要な光量があり，加えて混合層下部からのエントレイメントによる栄養塩の供給がある．そのため，南部海域は冬季においても植物プランクトン濃度が比較的高い傾向があり，春季に混合層が浅くなり光環境が良くなれば，すぐにブルームが発生する．秋季ブルームは南北海域同様な発生，終了を示す．すなわち，混合層発達による栄養塩の取り込みで発生し．同時にエントレイメントによる混合層下部への排除の影響も受けている．南部海域の秋季ブルーム終了は冬季の比較的高い植物プランクトン濃度にっながるため明瞭ではないものの，エントレイメントによる排除に加え，栄養塩の取り込みの減少と植物プランクトンの死亡にも依存している．
【 対 馬 暖 流 域 に お け る 冬 季 表 層混 合 層の 経 年 変化 】
日本海の対馬暖流域には暖水渦，冷水渦が存在し，長期平均の水温場では再現できない冬季表層混合層の空間分布の違いがある．私は韓半島沖の特に大きな春季ブルームが上記のモデル計算で表現できなかった理由として，Ulleungwarmeddyの存在による冬季混合層の局所的な空間分布が表現できなかったためと考える．
韓半島沖には十分な海洋観測資料がないため，同じ対馬暖流域内にあるPM線上の水温資料を用いて冬季の表層混合層が年によってどのように変化しているのかを調べた．その結果，冬季海面冷却量の指標となるモンスーン指数と表層混合層厚との比較から，混合層厚の経年変化は海面冷却量の年による違いだけでは説明できず，むしろ対馬暖流域に存在している暖水渦の配置や対馬暖流の張り出しに大きく影響を受けていることがわかった．おそらく，韓半島沖に存在しているUlleungwarmeddyの挙動にも 大きな経年 変化のある ことが推測される．
【今後の課題】
本研究により，日本海における極前線をはさんだ南北海域における植物プランクトンの春季ブルームの違いは，冬季表層混合層厚の違いに影響を受けていることが示唆された．しかしながら，対馬暖流域の春季ブルームは暖水渦の配置や対馬暖流の張り出しに大きく影響を受けている可能性があり，本研究で用いた長期平均場の表層混合層モデルでは対馬暖流域の植物色素濃度の季節変化を十分説明することができなかった．
それ故，対馬暖流域における植物色素濃度の季節変化をより正しく再現するためには，スナップショット的な海洋観測（水温・塩分資料）を用いて，データ同化の手法を用いて水平及び鉛直流を見積もり，移流・拡散場における物理モデルを作成する必要があると考える．また，生物モデルはマルチレベルとし，おそらく秋季ブルームに影響すると考えられる夏季の植物プランクトン中層極大値を表現する必要がある．近い将来，物理ー生物過程をカップリングさせたマルチモデルを完成させ，日本海における一次生産量を定量的に見積り，他の海域の生産量と比較したいと考えている．

学位論文審査の要旨
主査
副査
副査
副査
副査

教授
教授
教授
助教授
助教授

大 谷 清隆
池田 勉
岸 道郎
磯田 豊
斉 藤 誠一学 位 論 文 題 名

日本海表層における植物色素濃度の季節変化に関する研究
日 本 海 は 日 本 近 海 で 漁 獲 さ れる 浮 き 魚 類の 産 卵 場あ る い f
よ 東 シ ナ海 の 産 卵場と 成 熟 に 達 す る 亜 寒 帯 水 域 を 結 ぶ 索 餌 回 遊 経 路 と し て 重要 な 海 域で あ る 。日 本 海
南 部 は 東 シ ナ 海 を 経 て 対 馬 暖 流 と し て 流 入 す る 亜 熱 帯 起源 の 水 塊が 寒 冷 な日 本 海
固 有 水 の 上 を 覆 い 、 北 部 の 寒 冷 水 と の 間 に 日 本 海 中 央 を東 西 に 仲び る フ ロン 卜 が形 成 さ れ て い る 。 本 研 究 1ま 海 洋 生 物群 に 対 す る日 本 海 の環 境 収 容カ の 基 礎と な る
植 物 プ ラ ン ク ト ン の 発 生 に 関 し て 、 衛 星 に よ る 植 物 色 素 情 報 (CZCS)と 海 洋 気 候
値 等 の 物 理 的 条 件 を 対 比 さ せ 、 そ の 時 空 聞 分 布 と 変 動 要素 に つ いて 解 析 した も のである 。
本 研 究 で は 先 ず 衛 星 の 海 色 測 定 セ ン サ ー で 得 ら れ た 8年 間 に わ た る 植 物 色 素濃 度 の 月 別 分 布 を 日 本 海 全 域 に つ い て ま と め 、 表 唐 植 物色 素 濃 度の 季 節 変化 の 特
徴 を 示 し た 。 っ ぎ に 植 物 プ ラ ン ク ト ン の 生 産 に 関 係 す る表 屠 混 合層 の 深 さと 日 射
畳 の 月 別 統 計 値 を 日 本 海 全 域 に つ い て ま と め 、 こ れ ら の関 係 か ら日 本 海 を日 本 海
南 部 、 極 前 線 西 部 、 極 前 線 東 部 お よ ぴ 日 本 海 北 部 の 4海 域 に 分 け た 。
海 域 ご と に 集 計 し た 月 別 植 物 色 素 濃 度 に は 春 と 秋 に ピ ― ク (bIooming)と なる 変 化 が 4海 域 に 共 通 し て 認 め ら れ る が 、 極 前 線 西 部 と 日 本 海 南 部 で は 春 季 ブ
ル ー ム の 方 が 秋 季 ブ ル ー ム よ り 大 き い の に 対 し て 日 本 海北 部 と 極前 線 東 部で は 秋
季 プ ル ー ム の 方 が 大 き く 、 日 本 海 北 部 の 春 季 ブ ル ― ム は 他 の 3海 域 よ り 1月 遅 い 5
月に 生 ずる な ど海 域 別植 物色 素 濃度 の 周年 変 化の 特 徴をしめし た。
こ れ に 対 比 さ れ る 日 射 畳 の 空 間 変 化 は 小 さ く 、 4海 域 と も 周 年 変 化 が 卓 越 して い る が ブ ル ― ム に 対 応 す る 関 係 は 見 出 さ れ な か っ た 。一 方 表 居混 合 屠 深度 は 夏に 浅 く 冬 に 深 く な る 共 通 し た 季 節 変 化 が あ る が 、 日 本 海北 部 で は冬 季 に 有光 層 深度 を は る か に 越 え る 深 さ ま で 混 合 居 が 深 ま る こ と や 、 極前 線 海 域で は 日 本海 南 部
海 域 よ り 冬 季 の 混 合 層 が 浅 い こ と な ど の 海 域 ご と の 違 いを 示 し 、混 合 居 の季 節 変化が 表 屠 の植 物 色素 濃 度の 時 空間 変 化に 関 係し て いる こ とを 推 定した。
こ れ ら の 結 果 に 基 づ ぃ て 、 動 物 プ ラ ン ク ト ン の 摂 食 、 有機 懸 濁 物の 分 解 、栄養 塩 の 補 給 等 の 要 素 を 取 り 入 れ た 表 層 混 合 層 モ デ ル を 用い て 表 層植 物 濃 度の 時 空

聞変化 の再現を 試みた。 モデル計 算の結果は日本海北部の春季ブルーミングが遅く生じ る事や、 極前線海 域では秋 のブルーミングに続いて冬季も比較的高い植物色素濃 度が持続 するなど おおむね 統計値が示す変動パタ―ンを再現し、冬季の混合層深 度が植物 色素濃度 の時空聞 分布の変化を生じる重要な要素である事を示した。さ らに、植 物プラン クトンの 生産に続く動物プランクトンの生産の変化もこれまで 得られて いる測定 結果を再 現しており、有意なモデル計算であることを示した。 しかし対 馬暖流が 流れる日 本海南部海域では冬季の経年変化が大きく、その原因 を対馬暖 流にしば しば存在 する暖水渦の有無によって混合唐深度が変化する 事 に 有 る こ と を 示 し 、 基 礎 生 産 に 与 え る 暖 水 塊 の 存 在 効果 を 示 唆し た 。
これら の結果は 日本海の 生物生産過程を解明する為の有意義な知見を提出したもの であり、 審査貝一 同は、本 研究の申請者が博士（水産学）の学位を授与される十 分な資格 を有する と判定し た。