海の研究（Oceanography in Japan），30（5），87−104，2021，doi: 10.5928/kaiyou.30.5̲87
特集「海洋学の 10 年展望 2021 」（日本海洋学会 将来構想）

─ 総 説 ─海洋学の 10 年展望 2021：沿岸域＊

木田 新一郎 1＊＊・栗原 晴子 2・大林 由美子 3・
川合 美千代 4・近藤 能子 5・西岡 純 6
要旨

沿岸域において，今後 10 年程度の期間で取り組むべき研究の方向性と意義，そしてその遂行に必要な研究基盤について論じた。沿岸域は外洋域と陸域を結びつける，フィルターかつリアクターとしての役割をもつ海域であると同時に，人間社会に身近であり，多様で生産性豊かな海域である。沿岸域の物質循環を理解し，将来にわたってその豊かな生態系を維持していくためには，物理・化学・生物が分野横断的に連結し，組織立ったプロセス研究を進める必要がある。変化の時空間規模が小さい沿岸域の現象を把握するには，観測データが依然として不足している。しかし，これまでの長期モニタリングデータに加えて新たな観測機器の開発，衛星観測の高解像度化，ドローンの登場によって状況は大きく前進しつつある。この現状をふまえて，今後必要と考える研究基盤と数値モデルの展望を議論した。
キーワード：将来構想，陸海結合システム，複合影響，大量データ，沿岸モデル

1. はじめに
＊

1
2
3
4
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6
＊＊

2021 年 7 月 15 日受領；2021 年 9 月 6 日受理
著作権：日本海洋学会，2021 年
九州大学 応用力学研究所〒 816−8580 福岡県春日市春日公園 6−1
琉球大学 理学部〒 903−0213 沖縄県中頭郡西原町千原 1
愛媛大学 沿岸環境科学研究センター〒 790−8577 愛媛県松山市文京町 3東京海洋 大学学術研究院〒 108−8477 東京都港区港南 4−5−7
長崎大学 大学院水産・環境科学総合研究科〒 852−8521 長崎県長崎市文教町 1−14
北海道大学 低温科学研究所 環オホーツク観測研究センター〒 060−0819 北海道札幌市北区北 19 条西 8 丁目
連絡著者：木田 新一郎
e-mail : kida@riam.kyushu-u.ac.jp

この将来構想で議論する沿岸域は，河口域・潮間帯か。これがおそらく
ら大陸斜面までの領域とする（ Fig. 1 ）物理・化学・生物のどの分野でも共通な沿岸域の概念だ「潮ろう。沿岸域の地形と流れを特徴づける 3 大要素は，
汐・海岸線・浅い水深」であり，その結果，外洋循環に比べて流れの擾乱が大きく，変化が起こる時空間スケー
ルが小さい。また沿岸域は，海面からの日光と海底からの巻き上げの効果が水柱全体に届くことで海洋の生物多様性・生産性の中心を担う海域となっている。
海洋の他の領域と比べて，沿岸域を沿岸域たらしめるのは陸の存在である。上記の沿岸域の 3 大要素が生み出されるのも陸が存在する故であり，この「壁」のような

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木田・栗原・大林・川合・近藤・西岡

降水・雪解け水

河口

河川水

外洋水

干潟
酸性化

温暖化

富栄養化

貧酸素化
外洋循環
（西岸境界流など)

大陸棚

大陸斜面

極（ごく）沿岸

沿岸

外洋域

Fig. 1. Schematic of coastal ocean processes.

存在は同じ地球流体である大気が持たない海特有のもの

性が把握しづらく，ある沿岸域の定量的理解が進んだとである。陸と海の間のこの壁では波が往来し，干潟・汽しても，その結果をもとに別の沿岸域の現象を語ること

水湖のように時刻によって海域とも陸域ともいえるようが難しいため，場としての理解は外洋の方が先に進んでな空間が広がっている。また，壁とはいっても河川を通きた。その結果，沿岸域で起こる変化は，物理学を中心

じて陸域から海域へ物質が流入し，生物の遡上などを通に空間スケールの大きい外洋の変化がより空間スケール

じて海域から陸域へも物質が流出する。沿岸域が外洋域の小さい沿岸域へ波及するようなダウンスケーリングのとは異なった特徴を持つ海域として成立するには，海の視点，または海域ごとに独立した現象としての視点から中に隠れているもう一つの壁である大陸斜面の存在が欠研究が進んできた。しかし外洋域の理解が深まるにつれ，

かせない。水深が大きく変化する大陸斜面は物理的に流近年は沿岸から外洋へという視点も加わり，外洋と陸域れを遮る役割を持ち，大陸棚上に外洋の影響から守られを繋ぐフィルターかつリアクター領域としての沿岸域のた生育環境・空間を作り出している。

。その結果，日役割が注目され始めている（ 2.1 節参照）

擾乱が大きいにもかかわらず守られている生育環境と本地球惑星科学連合（ JpGU ）大会ではこの数年，陸海結

いうのは何とも不思議な組み合わせである。そしてこの合・相互作用といった，陸と海の間での水・物質の動態

疑問こそ，沿岸域の重要な研究テーマだろう。沿岸域のをキーワードとするセッションが様々な分野から立ちあ

観測数は多いものの，1 回 1 回の観測結果の時空間代表がるようになった。大気の影響を強く受ける陸域の水・海洋学の 10 年展望 2021：沿岸域

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土砂・物質動態が気候の変化・変動によって変わり，そたは実現したい観測手法・モデル開発について提案する。

の影響が極域や日本近海で海に波及していることも理由

5 節はまとめである。

の一つだろう（ Carmack et al., 2015; 川合ら，2021，本特集）。
沿岸域は，グローバルには河口域・潮間帯から大陸斜面の領域として捉えるのが妥当だが，本稿では日本近海に限っては海岸線から距離的に近い海域も沿岸域として扱う。なぜなら日本の太平洋側には海岸線のすぐ近くに急な大陸斜面が存在し，外洋の現象と呼ぶには身近な存

2. 沿岸域の役割と重要研究課題
2.1. 陸と外洋の間のフィルターかつリアクターとしての役割

2.1.1. 陸海結合システムとしての理解在である黒潮・親潮があるからである。日本の沿岸域を沿岸域における一次生産は水産資源に直結する。ま

特徴づけるのは，この黒潮・親潮のような西岸境界流のた，沿岸域が生み出す大型藻類も沿岸で固定される炭素存在であることに異論はないであろう。そしてこの数年（ブルーカーボン ; Fourqurean et al., 2012 ）量を左右す

間，黒潮大蛇行の発生とその大気への影響（ Nakamura et

る重要な要因として人間活動に直結している。沿岸域のal., 2012; Sugimoto et al., 2021 ）や「黒潮・親潮ウォッチ」

物質循環研究は，これまで外洋域の研究とは別に進めら（ http://www.jamstec.go.jp/aplinfo/kowatch/ ）が SNS・れ，ある湾，ある河口，ある干潟など，ローカルな場の

マスコミの中で注目されたことも，黒潮という存在が日本中で起こる現象の時間的な変化を捉えるための研究が多の社会に身近であることの現れである。

くなされてきた。そして沿岸から外洋までの空間を跨ぐ

日本の沿岸域を構成するのは，黒潮・親潮が流れる琉

ような観測や研究は少なかった。しかし，沿岸域の生物

球列島から北海道道東までの太平洋側沿岸域，日本海・生産量を規定する栄養塩（硝酸塩，リン酸塩，ケイ酸）

オホーツク海・東シナ海に接する縁辺海内の沿岸域，瀬や鉄・ビタミンなどの栄養物質は，陸域から供給されて戸内海のような大陸棚上の沿岸域，そして東京湾・有明いるだけではなく，海側からも様々な時間・空間スケー

海といった内湾である。アメリカ西海岸のような沿岸湧ルで供給されており，陸と沖合・外洋を跨いだスケール

昇域やアマゾン川のような大陸規模河川の河口域はない。

での水循環・物質循環システムが存在する。本稿ではこしかし，南北に長く，異なる気候帯をまたぎ，海面上昇・れを「陸海結合システム」と呼ぶ。数値モデル・理論・

水温上昇・海洋酸性化・貧酸素化のような地球規模で進衛星観測の発展により，沿岸域で陸から外洋へと空間を行中の現象の中で，富栄養化・貧酸素水塊の発生といっ跨ぐスケールでの水塊の繋がりの理解が物理を中心に進た局所的な現象が複合的に起きる環境下にある。身近なみつつあるが，物質循環の理解には依然として課題が多位置に存在する沿岸域で起こる環境の変化は，科学的なく残されている。沿岸のもつ生物化学的フィルターかつ興味を喚起するだけでなく社会的な影響も大きい。気候

リアクター機能は陸海結合システムの中で具体的にどの変化・変動を目の前にして日本各地の湾・海域が直面すような役割を担っているのであろうか。例えばアムール

る環境変化の課題は，流況・物質循環・生態系のどれも川・カムチャッカ半島の河川水は陸域から北西太平洋へが密接に絡み合って起こる複合的な現象であり，予測・の栄養物質供給・輸送，そして生物生産に重要な役割を解決するために分野間の研究を横断的に進めていく重要担っていることがこの 10 年ほどで明らかになってきた性がますます高まっている。

。しかしその輸送・変質プロセスにつ（ Shiraiwa, 2012 ）以上の背景から，本稿では 2 節で陸と外洋の間のフィ

いては未だ不明なままである。

ルターかつリアクター領域としての役割を持つ沿岸域，日本列島周辺に存在する陸海結合システムとして，例

そして社会に身近な存在としての役割を持つ沿岸域，とえば，河川を通じた雪解け水と北海道沖の親潮（ Nakada

いう 2 つの側面を取り上げ，日本の沿岸域を中心に研究

et al., 2012 ），地下水を通じた雪解け水と富山湾の対馬海の現状と方向性について，今後 10 年間の研究テーマを，河川を通じた降雨と日本流（ Zhang and Satake, 2003 ）論じる。3・4 節ではこれらの研究を推進する上で必要ま

南岸の黒潮や瀬戸内海の流れ場（ Tanaka et al., 2011; Ya-

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木田・栗原・大林・川合・近藤・西岡

mamoto, 2003 ）などが考えられる。これらの領域に関す

房総半島・紀伊半島や富山トラフ（ Igeta et al., 2017 ）がるこれまでの多くの研究では，陸域・沿岸・沖合（黒潮・これに相当する。大陸斜面上に切れ目のように存在する親潮域）と複数のスケール別に研究が進められており，急斜面は擾乱や海底摩擦が効果的に等深線を跨ぐ流れを

またそれらは特定の対象エリア毎に独立して実施されて作り出す箇所のため，沿岸域と外洋の間で海水交換が起きた。このスケール別・エリア別の成果を持ち寄る議論

こる「換気口」としての役割を持っている。そして換気

では，各対象スケールやエリアの特異性を理解すること

口と換気口の間は力学的に繋がっている沿岸区域としてはできたが，より広範囲で起こる陸海結合システムの全捉えることができる。つまり急斜面は日本の沿岸の複数体像を統合的に理解するには至らなかった。今後，海洋の湾を含むような領域内もしくは領域間でのエネルギーにおける沿岸域の役割としての陸海結合システムを理解

や物質循環のコネクティビティを考える際の要所であり，するためには，陸と海を跨ぐより大きな空間スケールでこのようなポイントを領域スケールで結合させていく作

日本周辺の沿岸海洋システムを捉えて理解する必要があ

業が沿岸域の一体的な解釈に繋がるだろう。また沿岸域る。そのためには日本周辺の海洋システムにおいて鍵と由来の渦や擾乱が沖合へ波及することによる沖合の流れなる陸域−海岸線に近い極（ごく）沿岸，極沿岸−沿岸，の誘発，全球スケールあるいは西岸境界流が引き起こす

沿岸−沖合（黒潮・親潮域），沖合−縁辺海などの各ス

海面上昇シグナルの日本の沿岸域への伝搬など，沿岸域ケール間の作用を連携させ，物理過程を含めた水循環とと沖合の結合過程に関しても，急斜面で起こる変化を捉

物質循環研究をマルチスケールで進めることで，統合さえることが重要である。

れたシステムを定量的に理解することが欠かせない。

陸海結合システムにおける物質循環の定量的理解のた

これまで陸域，極沿岸，沿岸，沖合とスケール別に焦めには，極沿岸から沖合までマルチなスケールを跨いで点を当てた研究が有効だったのはこれらの領域を区別す

連続的に物理過程（水塊移送，混合など）を把握しながる水深が，流れ場を規定しているためである。沿岸域のら，化学・生物プロセスによる物質の変化・変質を定量

流れは潮流成分が大きいが，地形勾配の大きい大陸斜面

的に把握することが重要となる。例として，一次生産者に近づくほど，また外力や擾乱が弱いほど，等深線に沿への栄養物質の供給を考える。沿岸水の栄養物質の量とうような流れ（地衡流）となる。そのため，海岸線から大濃度比からなる化学的特性は，一次生産の量だけでなく，陸斜面まで徐々に水深が深くなっている大陸棚上では等生産者の種類も左右し，生態系を変化させ得る重要な要

深線を跨ぐような，つまり領域を跨ぐような海水交換が素である。沿岸域の海水は，陸域河川水と沖合の海水の起きにくい。しかし，物質循環を考えたとき，沿岸域で両方の化学的特性の影響を強く受けることになる。陸域

消費・生産される物質の供給・輸送を担うのはこの領域

河川水は，降水と地下水を起源とし，陸面の表層地質・を跨ぐ流れである。これまで西岸境界流の水塊が大陸棚

土壌に応じた化学的特性を持った陸水として河川を通じ上へ進入する経路として，風や海底摩擦と流れの不安定て輸送され，海水と出会う河口域で塩析などによって物性が作る擾乱や渦の役割が注目されてきた（ Isobe and

質 が 除 去される物 理 化 学的フィルターにかけられる

Beardsley, 2006 ）。そして近年は黒潮の流路が房総半島。また陸水な（ Boyle et al., 1974; Dai and Martin, 1995 ）に近づくことで生じる海面変動が日本南岸や対馬海流のらびに沿岸に流入する沖合の海水は，陸棚や湾内および流れを変化させる，といった波の伝搬を通じた遠隔作用

干潟や藻場の生物や堆積物，あるいは養殖施設等と作用の役割も注目されつつある（ Kida et al., 2021; Usui et al.,

し，酸化還元反応や生物活動によって物質濃度や質が変2021 ）。これらの結果は，日本周辺の海峡・沿岸域で長化する化学的・生物的リアクターにかけられる（ Hutchins

年運営されてきた海洋短波レーダーによる海面流速，et al., 2009; Voss et al., 2013; 多田ら，2018 ）。この大きなフェリーに搭載した流速計，潮位観測といったモニタリ

変化を受けた陸水および沖合海水の両者がさらに混じり

ングデータが 20 年以上蓄積されてきたことによる成果で合うことで，最終的に沿岸域の海水がもつ化学的特性がある。遠隔作用で鍵を握る存在が，海峡に加えて所々大決まることになる。また，沿岸に沿って分布する沿岸水

陸斜面に切れ目のように存在する急斜面であり，例えばが沖合に運ばれると，沖合の水と混合し変質しながら沖海洋学の 10 年展望 2021：沿岸域

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合の生物生産量や生物種組成に影響を与える（ Kuroda et

河口域から離れるほど塩分変化が河川水起源なのか海洋

al., 2019 ）。しかし，このような陸海結合システムに内在中の空間変動なのか，区別が難しくなることにある。そする一連の化学的特性の変質過程は十分に把握されていのため河川水で濃度が高く，海中には微量しか存在しなるとは言えず，その理解には混合など物理過程を連続的い物質を水塊のトレーサーとして利用できるとよい。例に把握しながら水塊を追跡したうえで，化学的特性変質

えば最近，海水中の溶存有機物の化学形の網羅的解析とプロセスや生物応答を観察することが重要である。

データベース化が進められ，農薬，クリーニング剤，人2.1.2. 陸海結合システムに内在する重要な物質動態プロセス

工樹脂添加剤などの難分解性人為起源有機分子の分布パターンが陸起源水の新たなトレーサーとなり得る可能性

ここまでは沿岸域を「陸海結合システム」として捉え。また，一つのトが示されている（ Petras et al., 2021 ）ていくことの重要性について述べたが，次にこのシステレーサーだけでなく複数利用し，データ同化による最適

ムに内在する物質動態について述べる。陸海結合システ

解を見つける形も考えられる。流れ場として擾乱が大きムの理解には，システム内に存在する水塊の移流・混合い沿岸域では観測と解析のアプローチとして，擾乱そのの速度と化学・生物プロセスの反応速度の兼ね合いが重ものを時々刻々と追跡する気象学のようなアプローチの。例えば，陸要な要素となる（ Frischknecht et al., 2018 ）方が適しているのかもしれない。ただ，その実現には大起源有機物が沖側のどこまで到達するかには，有機物分

気のように莫大な観測データを収集する必要がある。

解・変質の速度と水塊の移動速度の兼ね合いが関係する。

物質を変化させるプロセスの中で，物理場の変化に応

すなわち，物質を変化させるプロセスの把握のみでなくじた反応速度の変化が即座に物質量に反映されるプロセ

その反応速度（活性）やフラックスの見積もりが必要であスについては，水塊の物理化学パラメータと物質量を精る。さらに，擾乱の大きい沿岸域では，プロセスの反応

緻に観測することで，物理場に対応した物質動態の定量場そのものが時空間的に変化・変動することを考えなけ

的理解につなげられる。また，場の変化への応答が明確ればならない。反応場が変化すれば，物質を変化させるな物質，あるいは明確でなくても水塊の移動速度に比べ

化学的・生物的プロセスの反応速度も変化する。

てはるかに長い反応時間スケールをもつ物質は，水塊の沿岸域に流れ込む河川水は，大陸規模河川の場合，海トレーサーとして扱うことが可能である。複数の物質・岸線から数百 km 沖合まで広がる。河口域で時間変化すパラメータを組み合わせて解析することで，トレーサー

る海面塩分の空間分布は近年，SMAP（ Meissner et al.,のような役割が見出される場合もある。少ないサンプル2018 ）などの衛星観測によって把握できるようになった量で海水中の溶存有機物の質と量を評価できる蛍光分析

ことで，急速に研究が進んでいる。一方で，中小規模河を 活 用 し た 腐 植 様 蛍 光 性 溶 存 有 機 物（ FDOMH: hu-

川が多い日本のような沿岸域における河川水の観測は，

mic-like Fluorescent Dissolved Organic Matter ）と見か塩分場としては依然難しいが，海色衛星からは台風の通けの酸素消費量（ AOU ）の組み合わせによる水塊の起

過直後に土砂を含む河川水が外洋域まで届いている様子

源・ 移 動・ 混 合 の 解 析 はその 好 適 例と言 えるだろう（ https://www.eorc.jaxa.jp/earthview/2019/tp191028.

。
（ Tanaka et al., 2014; Yamashita et al., 2021 ）html ）や，水質センサーや人工衛星で観測可能な陸起源

一方で，物質を変化させるプロセスの中でも特に生物

有色溶存有機物 CDOM などをトレーサーにして河川水活動によるものは，場の変化によるプロセスの反応速度の水塊パッチを追いかけて船舶観測する方法などの試み（活性）の変化を，物質量の変化から見積もることが難しが さらに 進 み（ Sasaki et al., 2008; Nakada et al., 2018;

い。例えば，溶存酸素濃度が変化すると生物の代謝機能

Hooker et al., 2020 ），ドローン観測などとも合わせ，よやその活性が変化すると考えられるが，影響する濃度やうやくその瞬間的な空間像が見え始めている。これは前変化の現れ方，変化の現れる時間スケールは生物種に回の将来構想（岡ら，2013; 神田ら，2013; 浜崎ら，2013 ）よって異なり多様である。生態系では，多種多様な生物

以降に沿岸域研究で起きた大きな前進だろう。

による時間スケールの異なる複数のプロセスが並行し，河川水の行く末を把握することが難しい理由の一つが，かつ相互作用もあるため , 物質動態は複雑である。した92

木田・栗原・大林・川合・近藤・西岡

がって，場の変化に対する生態系の応答や物質動態にお（平井ら，2021, 本特集）などに見られる通り，沿岸研究にける生物機能の理解のためには，水塊の物理化学生物パ

おける物理・化学・生物の組織的・学際的な研究展開はラメータの観測のみでなく，実験的手法を用いたプロセ進んだ。震災関連の沿岸研究は沿岸域内外で起こる物質

ス解析も必要となる。実験系での解析と観測研究のいず

循環の評価だけでなく，本節で挙げられている課題解決

れにおいても，近年の分子生物学的手法の発展と普及のための糸口にもなっている。今後は，陸域や外洋域のは，生物群集の応答に関する解析の幅とその時間・空間研究者との連携をより進展させたプロセス研究を進める

解像度の向上に大きく貢献している（ Teeling et al., 2016;

ことが，外洋の西岸境界流に直接面している日本の沿岸

Cui et al., 2020 ）。遺伝子を用いた系統解析や生物群集構システムの理解に欠かせず，沿岸境界流の観測網に向け

造解析（メタバーコーディング法 ; 平井ら，2021, 本特集）

た 国 際 的 な 枠 組 み も 構 築 さ れ つ つ あ る（ Todd et al.,に加えて，特定の機能遺伝子の定量解析や RNA を用い2019 ）。また，陸海結合システムから得られる科学的知

た転写発現解析が普及してきたことで，分子生物学的手見を，科学者だけのものにとどめず，漁業者を含めたエ法から生物群集の機能レベルの解析も行われるように

ンドユーザーの利益につながる形で発信することが（ 3.1。特に，環境中でなってきた（ Alonso-Sáez et al., 2020 ）節参照），UN Decade で目指す「持続可能な沿岸の海」の物質変化の主たる担い手である微生物群集の代謝機能（ SDG14 ）を実現させるために重要な鍵となるであろう。

に関する解析が発展してきている。完全な定量化にはまだ課題があるものの，炭素固定や窒素固定，脱窒，有機物分解などの関連遺伝子の発現量を群集レベルで解析す

2.2. 社会に身近な海域としての役割
2.2.1. 沿岸環境の持続性と複合的課題

ることで，異なる物理場を含む広い空間スケールでの微沿岸海域環境は，陸域と外洋域を繋ぐ境界領域であ生物の多様な代謝能や，場の変化に対する代謝機能の応り，陸域から供給される様々な物質の影響を受けると同答（プロセスや活性の変化）が，ある程度定量的に示され時に，外洋域さらには大気との相互作用による影響も受るようになってきた（ Fortunato and Crump, 2015; Sala-

けるため，常に時空間的に大きく変動する複雑系である。

zar et al., 2019 ）。場の変化に対する生態系応答解析の定

この複雑な環境がゆえに，沿岸域は生物多様性と生産性

量化とその時間・空間分解能の向上は生物地球化学的プが最も豊かな海域であり，人は沿岸域がもたらす水産資

ロセスの理解において重要な要素である。今後，沿岸域

源や防災，観光の場としての生態系サービスを享受してにおける水循環・物質循環を理解するうえでも，場の変きた。しかしそれと同時に，我々人間社会は沿岸海域の化と生物活動の変化を関連付ける解析がますます拡大す

物理的・化学的環境を長期にわたって大きく改変し，そることが期待される。もっとも，生物活動に関する活性の生態系を破壊してきた。陸域開発に伴う土砂の流入，分析や発現解析は手間がかかることが多く，物理化学パ

護岸工事，埋め立てに伴う物理的環境の改変，過剰な栄ラメータの解像度に匹敵させる観測は容易ではない。光

養塩や有機物の負荷や様々な重金属の流入に伴う化学環

合成速度のプロキシとしてクロロフィル蛍光や海色が広境の改変，さらには過剰な漁獲や物理的 ･ 化学的環境のく用いられるように，今後，物質動態に関わる他の生物変化に伴う生物・生態系の急速な攪乱が引き起こされた。

プロセスについても，現場での反応速度のプロキシとなそこにさらに地球規模での気候変動による環境変動が複り，かつ簡単に測定できる（できればセンサーで連続観合的に加わることによって，現在沿岸域は世界各地でそ測できる）パラメータや観測手法を見出せれば，擾乱のの 持 続 性 が 最 も 危 ぶ ま れ て い る（ Harley et al., 2006;

大きな沿岸域を含む陸海結合システムの統合的な理解のHalpern et al., 2008 ）。このような中で今後，沿岸生態系ためのブレークスルーとなるだろう。このようなパラをどのように維持管理していき，人間社会がこれまで得メータや手法の探索・検討は，前回の将来構想（神田ら，てきた多くの生態系サービスをこの先どのように持続さ2013 ）から続く重要な研究課題である．

せるのかが，今我々に突きつけられている最大の課題でこの 10 年，震災後の東北マリンサイエンス（ http://

www.jamstec.go.jp/i-teams ）や放射性物質の動態の研究。
ある（ Halpern et al., 2012 ）1960-80 年代の高度経済成長期に伴って日本の沿岸域

海洋学の 10 年展望 2021：沿岸域

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では，様々な環境汚染問題が生じた。これらの問題を域と比較して劇的な日変動や季節変動を示す（ Hofmann

きっかけに，水質汚濁防止法や環境基本法により水質基

et al., 2011; Yamamoto-Kawai et al., 2021 ）。しかもその準の設定や排出規制，水質環境のモニタリングが行われ変動の仕方は各湾や，地形，その場の生物量や生物組るようになった。その結果，近年は東京湾（ Kubo et al.,成，緯度帯や黒潮 ･ 親潮などの海流の影響の受け方など

2019 ）や瀬戸内海（ Nishikawa et al., 2010 ）での栄養塩環によって大きく異なるため，国内沿岸での実態を把握す

境，さらには沖縄などのサンゴ礁海域での赤土流出量のるためには，各海域で複数の環境要因を同時にかつ極め低下（ Omori, 2010 ）などの環境改善が進みつつある。

て高い時空間的解像度で観測する必要がある。近年，沿しかしながら今もなお，日本沿岸の各地域で赤潮や貧岸環境の重要性への認識は徐々に高まりつつあり，Fu-

酸素水塊は頻発しており，水産資源量の減少に加え，サture Earth Coast（ https://www.futureearthcoasts.org ）ンゴ礁生態系や海草藻場生態系なども減少し続けているなど 国 際 的 な 枠 組 み，そし て 国 内 で は Future Earth。それには様々な原因（ Grech et al., 2012; 水産庁，2021 ）Coast Japan 等の活動が始まっている。沿岸域から沖合が考えられるが，例えば多くの都市部湾岸域や水産養殖，への物質フラックスの定量的な評価を含め（ 2.1 節参照）

が盛んな湾の海底に蓄積された有機物など，過去の環境

気候変動下における沿岸環境の複合的な理解にむけて多履歴が原因の一つとして指摘されている（ Kodama and分野の研究者がさらに連携していくことが期待される。

Horiguchi, 2011 ）。沿岸開発による干潟や藻場の消失に

環境の変化は個々の事象が独立して起きるのではなく，よって，陸域から流入する栄養塩の吸収や有機物を分解

互いに作用しあいながら起きている。例えば沿岸域ではする能力が失われ，その多くが海底へと沈降し堆積を続

温暖化は躍層を強化するほか，海底で起こる有機物分解

けてきた。また護岸工事や防波堤の建設により，沿岸のを促進させることによって貧酸素水塊をより発生させや環境は画一化され，生物 ･ 生態系の多様性が失われてきすくなると考えられる。そのような状況は特に海水輸送た。その中でさらに温暖化や酸性化，貧酸素化などの地による熱や物質の交換が少なく，成層が発達しやすい閉球規模での環境問題が急速に進行しているが（ Gruber,

鎖性の高い湾域の底層付近で生じやすい（ Rabalais et al.,2011; Breitburg et al., 2018 ），2.1 節で議論したような複2010 ）。貧酸素水塊が形成されるときには酸素消費と同数の湾を含むような領域規模で沿岸域が受けるこれら環時に海水中の二酸化炭素分圧（ pCO2 ）が高くなるため，

境ストレスの共通性・違いの解明は実現していない。地

これがさらなる酸性化にもつながる。貧酸素環境下では球規模での環境変動が海洋生態系に与える影響の予測評

堆積物から主要栄養塩であるリンだけでなく，微量金属価の重要性が指摘されて以来，外洋域ではこの 20-30 年

元素も溶出しやすくなる。特に，鉄やマンガン，コバル

で全球的な観測フレームワークの構築やデータの蓄積（例トなど一部の金属元素は好気的条件下では凝集，粒子にえ ば Argo，GO-SHIP, GEOTRACES, GOA-ON, World

よる吸着除去（スキャベンジング）の影響を受けやすい

Ocean Database など）が盛んに実施されてきた。一方，が，貧酸素環境においては還元され溶解しやすくなる性

沿岸域では，各地域の研究者による個別の観測や各県の質を持つため，溶存態濃度の上昇を引き起こしうる（ No-

水産研究機関による定点観測は多く行われているものの，

ble et al., 2012 ）。一方で，これらの金属元素は底層直上

日本国内沿岸全域をカバーした戦略的な環境モニタリン

でも酸素が供給されれば酸化され迅速に除去されるため，貧酸素水塊の発達状況によりそ
グ観測はあまり実施されてこなかった。その要因として， （ Warnken et al., 2001 ）沿岸域の環境は外洋域と比較して時空間的に劇的に変動。
の分布は変化するだろう（ Lohan and Bruland, 2008 ）する複雑系であり，観測やデータ同化など沿岸特有の難窒素栄養塩に関しては，硝化・脱窒・嫌気性アンモニア

しさがある。例えば沿岸域での炭酸化学環境は，その場酸化（アナモックス）
・硝酸の異化的還元（ dissimilatoryの海水の流動場や潮汐，淡水の流入量による塩分やアルnitrate reduction to ammonium; DNRA ）など様々なプ

3-2-）の変化，さらにはカリ度（ TA≈［ HCO ］＋ 2［ CO3 ］

ロセスが関わっているおり，底層水の酸素濃度の低下の

水温や栄養塩，光量などの変化に伴う生物の生産・分解程度やその持続期間などによって，堆積物から海水への等の代謝活動量や速度の影響を大きく受けるため，外洋

窒素栄養塩フラックスの量や形態がどう変わるかについ94

木田・栗原・大林・川合・近藤・西岡。さての定量的理解は不十分である（ Song et al., 2020 ）体を形成している溶存有機物（有機配位子）の種類にらに，これら環境の変動による影響を受けた生物の変化

よって酸性化の影響の程度と効果が異なるためと考えらが，環境へとフィードバックする可能性も考えられる。

れている。同様に多くのベントス，幼生期の魚類，カイ例えば，底層での酸性化と貧酸素水塊の発生はそこに生アシ類などの動物プランクトンも，酸性化，温暖化や貧息するベントス群集に影響し，底層の濾過食者を減少さ酸素などの影響を相乗的に受ける可能性が指摘されていせるが，同時に溶出した鉄や栄養塩などを含んだ水塊が。さらにこれらの環境変化に対る（ Sampaio et al., 2021 ）潮汐や台風によって混合し，有光層へと輸送されれば，する応答は生物種によって異なる。例えば植物プランク

植物プランクトンの増殖を促すかもしれない。さらに，トンの群集組成およびそれに伴う動物プランクトン，あ河川水経由の人為起源物質，特に栄養塩の元となる物質

るいは高次捕食者の群集が，食物連鎖を通して生物間相の 供 給（ 富 栄 養 化 ）は， 赤 潮 な ど 有 害 藻 類 ブ ル ー ム

互作用にも影響を与えると考えられる。これら個々ある（ Harmful Algal Bloom ）を形成する種を含めた植物プラ

いは複数の環境要因が複合的に各生物種に与える影響に

ンクトンの生産量や種組成に影響し，その結果，沿岸域

ついて，その閾値やその分子生物学的機構や生理的機構

での酸性化・貧酸素水塊形成をより加速させる要因となとの関係を解明するには，実験室レベルでの影響評価実。このような海洋環境変化
りうる（ Griﬃth et al., 2020 ）験が極めて有効である。例えばイワガキでは水温，pH,に伴う主要栄養塩や微量金属元素の挙動の応答や沿岸

溶存酸素など複数のストレスに晒された場合，遺伝子発域・陸棚域からの物質輸送過程を調べるためのプロセス

現に対する影響の仕方が非線形に変化することが示され研究は GEOTRACES（ https://www.geotraces.org ）など。しかし，このように単独ス
た（ Chapman et al., 2011 ）国内外の研究者による共同研究でも重要視されており，

トレス下と複合ストレス下とでは機能遺伝子発現がどの今後，日本周辺の多様な環境での研究は重要な知見を与ように変化するのかを評価した研究はまだ数少ない。まえると期待される。

た酸性化環境下では植物プランクトンによる栄養素や微沿岸域はまた，温暖化に伴う海面上昇の影響を特に大量金属元素の利用能が種ごとに変化する可能性があるきく受けると考えられる。日本近海の海面高度は地球規が，微量金属元素の利用能については，培養系内での緻模で起こる海面上昇に加え，黒潮・黒潮続流の振る舞い

密な濃度制御を必要とするクリーン培養が技術的に難しによって海面の上昇速度に南北差が生じる複雑な応答感

いため，現時点ではデータが不足している（ Flynn et al.,

。長期ト度を持つ海域となっている（ Sasaki et al., 2014 ）2018 ）。また複数の要因や生物間相互作用の評価を室内

レンドの実態解明には衛星による海面高度と各地の検潮研究で明らかにすることには技術的な限界もある。この所で続く潮位の観測を続けていく必要がある（寄高・花ため，実験系をスケールアップする試みとしてメソコズ。海面上昇は土砂輸送や底層で起こる混合の輪 , 2020 ）ム 実 験 や 野 外 実 験（ Kline et al., 2012; Riebesell et al.,

強さにも影響する。さらに例えばサンゴ礁域では，海面2013 ），また CO2 湧出や湧昇域など野外で観察される環の上昇速度に対して，温暖化や酸性化によるサンゴへの境勾配を利用した研究などが実施されてきた（ Hall-Spen-

負の影響によりサンゴ礁の上方向への成長速度が間に合

cer et al., 2008; Marshall et al., 2017 ）。これらの研究のわず，サンゴ礁が台風や高波などに呈して担っている防成果から，これまで評価が難しかった生物の群集あるい，沿岸防波堤効果を減少させるなど（ Perry et al., 2018 ）は生態系レベルでの環境への応答が少しずつ明らかにさ災としての生態系機能の低下が危ぶまれている。

れてきている。しかし前回の将来構想（浜崎ら，2013 ）か

沿岸生物は複数の環境変動による影響を同時に受けるら引き続き，現在もなお，野外での環境や生物の観測結ため，今後は複数のストレッサーによる生物への複合影

果と，環境と生物応答との因果関係や機構の理解の間に。例えば，海響の評価が欠かせない（ Boyd et al., 2018 ）は大きなギャップがある。今後このギャップを埋めるに

洋酸性化による植物プランクトンによる鉄の取り込み速は，一つ一つの機構を解明するための地道な実験的なプ度への影響は正と負，双方の結果が報告されている（ Shi

ロセス研究を行うとともに，これらの研究から得られた

et al., 2010; 杉江，2018 ）。この原因は，海水中で鉄と錯結果をモデルに反映し，さらに野外で得られた環境や生海洋学の 10 年展望 2021：沿岸域

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物の詳細な観測データを利用し，スケールアップしたモにはプロセス研究の発展が重要になる。今後沿岸生態系

デルを構築する必要がある。同時に，モデルから得られの保全 ･ 再生を考える上で沿岸生態系が有する適応力・た結果を野外での操作実験や異なる海域間や環境での比回復力がどのようなメカニズムで維持されているのか，較研究などにダウンスケーリングして仮説検証を行うこ

例えば機能的多様性や遺伝的多様性，生物間・群集間・とで，両方向から得られた結果を融合させる作業も重要

生態系間のコネクティビティの強さ，過去の環境履歴，である。

さらには生物が環境の変動に対してどの程度適応あるい2.2.2. 沿岸環境の変化とその予測の重要性

は進化するのか，それはどのような機構によるのかなど

複数の環境要因や生物が互いに関連し合いながら平衡を解明することが重要である。

状態を保っている沿岸システムにおいては，生態系は環観測から得られたデータを元に多角的かつ包括的に評境の変化に対して非線形的に変化すると考えられている。

価し，生態系の維持機構を定量的に理解していくには数

このため複数の環境要因が同時にかつ急速に変化すると，値モデルを活用する必要がある。特にレジームシフトの生物多様性の低下などに伴って生態系のもつ回復機能が可能性と現状の把握には予測・同化システムが欠かせな

加速度的に消失され，その閾値を超えると，生態系全体

い。日本周辺海域の代表的な予測・同化システムとしてが全く異なる定常状態へと変化（レジームシフト）するこ，
海 洋 研 究 開 発 機 構 の JCOPE（ Miyazawa et al., 2008 ）。例えばサンゴ礁
とが知られている（ Folke et al., 2004 ）気象庁気象研究所の MOVE/MRI.COM-JPN（ Hirose et

生態系では気候変動に伴うサンゴ被度の低下や藻食魚類告されている（ Hughes et al., 2007; Hoegh-Guldberg etal., 2019 ），九州大学応用力学研究所の DREAMS（ Hirose et al., 2013 ），水産研究・教育機構の FRA-ROMS（ Kuroda et al., 2017 ）が運用されており，沖合を流れる

al., 2007 ）。このようなシフトが人間にとって都合の悪い

黒潮・親潮・対馬暖流の役割の理解や，より小さい空間方向へと変わってしまった場合，そしてヒステリシス

解像度をもつモデルへのダウンスケーリングに広く活用の乱獲によりサンゴから藻場への生態系シフトが多く報（履歴効果）があった場合，たとえ特定の環境要因が前のされている。この 10 年，これらの出力結果が気象分野の状態に戻ったとしても生態系は元の状態に戻らず（ Schef-

ようにほぼ観測データとして認識されるようになったこ

fer et al., 2001 ），以前の状態に再生するには莫大な労力とはブレークスルーだったといえるだろう。そして，気と時間とコストがかかる。

象庁の日本沿岸モデル（ Sakamoto et al., 2019 ）などは，従って，現在残された生態系の機能を保全 ･ 維持する

10 km から数 km スケールへとさらに高解像度化していためにも，そして国内沿岸の物理的・化学的・生物学的る。今後 10 年は 100 m 以下の解像度をもつモデルへの状態を把握しその変化をいち早く捉えるためにも，時空ダウンスケールが全国的に進み，水産・災害・海上輸送・間的に高解像度のモニタリング観測が欠かせない。今後

環境アセスメント・観光への情報提供がより身近な空間

気候変動と共に海洋熱波，台風，集中豪雨等に伴う突発スケールで実現するだろう。沿岸予測システムの実装は的な環境の変動が増加することが予測されている中では，

世 界 的 な 流 れ で もあり，UN Decade の もとで 始 まる

長期的な観測に加えて，連続的な時系列観測も重要であCoastPredict（ https://www.coastpredict.org ）に日本もる。近年では生態系モデルの開発などが進められ，将来

Japan CoastPredict として参画予定である。JCOPE の「黒の生態系予測評価が行われているが，一方でモデルの根潮・親潮ウォッチ」（ http://www.jamstec.go.jp/aplinfo/

幹となる現場での環境と生物をセットにした観測は十分

kowatch/ ）のように，解説を加えた予測情報の twitterでは無い。さらには例えば酸素や pH の低下が海水中の等を利用したタイムリーな発信は多くのアクセスを集め

化学成分の存在形態や溶解度をどのように変化させるのており，「海の天気予報」をまさに実現している。気象のか，それらを利用する場の生物が具体的にどのような影ように 1 週間ごとに科学的情報を加えたような事例の積響を受けるのか，影響を受ける閾値はどの程度なのか，

み重ねは，海洋にはこれまでになかった試みではないだ

さらには各生物群集の存在量・種組成の変化が違いにどろうか。

のようにどの程度影響し合うのかなど，モデルの高度化

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木田・栗原・大林・川合・近藤・西岡り，世界的にも新しい取り組みである。また，愛媛県で3. 大量データの取得と利用への挑戦
3.1. データの取得
沿岸域の観測の多くは湾内で多くても数か所で実施さは豊後水道（宇和海）に面した沿岸 15 か所ほどで多深度にセンサーを入れ，水温・クロロフィル量・溶存酸素量などのセンサー観測結果をほぼリアルタイムで公開してい る（ 小 林，2019; 宇 和 海 海 況 情 報 サ ー ビ ス You see

U-Sea, http://akashio.jp/ ）。JAMSTEC むつ研究所や宮れる場合が多いが，沿岸域の擾乱を捉えるためには時空

崎県では沿岸に沿って短波レーダー網を構築し，30 分や間的に高解像度のデータを取得する必要がある。データ

1 時間ごとに海況情報を配信している（佐々木ら，2016;

不足は前回の将来構想でも述べられているように沿岸域

渡慶次ら，2017 ）。これらはいずれもスマホから海況や水において長年の課題である（岡ら，2013; 神田ら，2013; 浜

質の情報に簡単にアクセスでき，出港・漁業位置の判断。ただ沿岸域は陸に近く，実験所があり，水崎ら，2013 ）材料や赤潮発生情報などを得られる。これらのプロジェ

産業者も多い。多少精密性が欠けても単価が安い，管クトに共通するのは研究だけでなく水産業者の利益につ理・清掃が容易，修理が容易，丈夫，ユーザーフレンド

ながるという点である。データ取得をどう双方向へのメ

リーなセンサー（塩分，pH，栄養塩など）の開発ができリットにできるか，海域ごとに丁寧に抽出していく作業

れば，より多くの点に投入することが可能になる。ネッが必要である。

トワーク化された海底観測網，もしくは漁業者の網に一方で，現在の精度の良い海洋観測技術を用いた船舶

入っても網を破らず再び海に投入してもらえるような小観測を日本各地の沿岸において実施することも重要であ型フロート付センサーを作って撒くことができれば，岸る。日本全体の沿岸海況のスナップショットを高精度でから離れた場所でも連続的なデータを取得できるだろう。

得ることができ，将来の変化の検出や，モデルシミュ

こうした大量のセンサーデータから様々なパラメータのレーションの検証，沿岸域ごとの比較などが可能になる

空間分布が獲得できれば，現象の 1 次元的な解釈から脱と同時に，上記のセンサー観測や自治体による定期的水却し，2 節で述べてきた沿岸域における化学的特性・反応

質調査データとの比較を行うことで，その品質保証を行

速度の変遷過程，そして海洋生物と環境場の空間分布がうことができる。また，各地で進められている藻場の再どのように相互に干渉しながら生態系として成り立って生活動などによる周辺の沿岸域の水質変化も検出可能といるのかなどの理解を進めることができる。多点での継なるだろう。このことは，水質調査の維持や精度向上，

続的センサー観測は，貧酸素化や酸性化が進む中での沿活動支援にもつながり，自治体，漁業者，住民と海洋学

岸域の機能変化を検出するためにも重要である。またそ者による沿岸モニタリングの相互的発展が期待できる。

のためには，海水だけでなく，大気と堆積物も含めた総岩本ら（ 2021, 本特集）でも述べられているように，衛合観測が望ましく，これらの観測用センサーの開発・利星観測も陸域周辺で 1 km 以下の解像度をもつデータが用も進める必要がある。

取得できるようになり，沿岸域研究に欠かせない存在で予測技術の向上にも観測データが欠かせない。データある。2018 年から開始された「しきさい」は空間解像度

数と箇所を増やす方法として例えば水産業者の利益との250 m で海色と海面水温を 2 日に 1 回取得しており，内協働という形を目指したスマート漁業・水産業がある。

湾域での環境変化も把握可能となってきている（ https://

九州北西岸で数年前から始まった取り組みでは，漁船か

www.eorc.jaxa.jp/cgi-bin/jasmes/sgli̲nrt/index.cgi ）。

ら海に投入すると自動的に観測し始める観測機器を開発

韓 国 の Geostationary Ocean Color Imager（ GOCI ）はし，帰港時に観測データを自動的にデータサーバへ送信

2010 年から静止軌道で日本周辺を含めた海色データをする仕組みを構築することで，データ同化システムに必

500 m 解像度で 1 時間ごとに取得しており，2020 年には。大量に要な観測データを獲得している（広瀬，2020 ）GOCI-II が打ち上げられている（石坂ら，2016 ）。
「ひまわ

データを獲得できるような簡便さと効率化を進め，業者

り 8 号」もカラー化され，2015 年からは精度は良くないの負担を減らすことで観測網を増やすことに成功しておながらも空間解像度 1 km でクロロフィル a を 1 時間ご

海洋学の 10 年展望 2021：沿岸域

97とに 取 得している（ https://www.eorc.jaxa.jp/ptree/in-に降ろした観測機器を持ち上げるためには相当の荷重がdex̲j.html ）。さらに，最近はクロロフィル a だけではな

ドローンにかかるため，まだ現実的な手法ではないかもく，植物プランクトンの種類や一次生産の推定も可能にしれないが，実現できれば船舶では月 1 回ほど行っていなってきており，今後沿岸域での精度向上が期待される。

る湾の横断観測もより高頻度で可能になるだろう。ペッ

海色衛星観測の時空間解像度は上がりつつあるもの

トボトルを用いた採水は既に実施され始めており（ Ko-の，可視域の観測においては，雲が存在する限りは海面

paran et al., 2018 ），ロゼット採水のような形で複数地点の情報を取得することができない。新たなデータの取得

での着水・採水も試みられている。

方法としてこの数年間で急速に身近になったのがドロー
ンによる低高度リモートセンシングである。ドローンに

3.2. データの利用及び共有搭載したカメラにより，これまで海洋観測において取得

新たなデータの利用と同時に，既存のデータの有効利

しづらかった沿岸域の海面情報を動画・静止画の形で大用や，データ共有を進めることも重要である。日本では量に獲得でき，数 m 〜数百 m の空間内で秒〜時間単位

1971 年に施行された水質汚濁防止法により，全国沿岸海で変動する現象が観測できる。ドローン観測を実施する

域ならびに河川における定期的な水質調査が実施されて際には，目視の必要性，赤外線観測に有効な夜間や都市

おり，数十年にわたる水質データが蓄積されてきた。例に近い海域での飛行制限などの法律上の壁もあるものの，えば，栄養塩，溶存酸素，pH，重金属，底生生物などの船舶を必ずしも使用することなく海洋上の狙った現象をデータである（ https://water-pub.env.go.jp/water-pub/

追跡できる機動性と，数 cm 〜数 m ほどの解像度は魅力

mizu-site/ ）。また，水産研究所や試験場による沿岸定点的である。バルーン（ Miyao and Isobe, 2016 ）や航空機

観測データも蓄積されている（ http://nrifs.fra.aﬀrc.go.jp/

観測と比べて，手軽さ・操作性・価格の点でも優位である。

lime/kaiyodb.html ）。このようなデータは沿岸環境の長ドローン観測は現状ではまだ観測できる時間がバッテ。一方期変化の検出に有用である（ Ishizu et al., 2019 ）リーの能力に左右され，直線距離で数キロ程度の観測がで，環境指標として長年測定されてきた項目の中には，多いが，開発のスピードは目覚ましく，10 km 以上にわ

BOD（ Biological Oxygen Demand ）や COD（ Chemical

たる沿岸域を観測できるようになるのも時間の問題だろ

Oxygen Demand ）のような測定の簡便さなどを理由に国う。飛行高度の制限によって 1 台で取得できる観測範囲内だけで流通している指標もある。しかし，新たな知見には限界があるため，複数台のドローンを同時に利用すや分析機器の普及により，より学術的に有用で国際基準ることも考える必要がある。また海面高度のように 1 台。
に合った指標への改善が求められている（福島ら，1997 ）で 1 点しか観測できない情報も複数台利用することで空これらの指標については，継続性を担保するために AI

間変化を見積もることが可能になるだろう（ Ichikawa etなど新たな技術を利用した新旧の指標の関連式の作成な

al., 2019 ）。海水が透明である利点を生かすことで特にサどを検討することで，今後思い切った見直しが実現できンゴ礁域では上空からサンゴや海草，海藻の被度推定等るだろう。さらに，前項で提案した新たな安価なセンが最近盛んに実施されている。さらにマングローブ域なサー観測の展開によって得られる高時空間分解能のデー

どアプローチが大変な海域では，画像の AI 分析によるタと併せて解析することで，沿岸域の物質循環や水の持

種判別およびその面積より炭素固定量の推定などにも利つ化学的特性がどのような要因によって決定され，変化用されている。観測経路・時間を自動化することで沿岸しているのかを定量的に解明することが期待できる。そ域を高頻度でモニタリングできる新たな手法になりえる。

のためには，要因として考えられる気象，流域の土地利

ドローンは，画像取得の他に直接観測を行うツールと用，下水処理状況などのデータと併せた総合的数値解析

して活用することも考えられる。例えば空撮と同時にドが必要となるが，このような解析にも，海洋学に近年導ローンから CTD を用いた高解像度の曳航観測（ Masuna-

入されつつある AI 分析が有用であろう。南北に細長い

ga and Yamazaki, 2014 ）を実施できれば大気と海面情報

日本は，小さな面積にもかかわらず亜寒帯から亜熱帯まに加えて高解像度の海中データが同時に手に入る。海中での様々な沿岸域を有している。さらに，人間活動の影

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木田・栗原・大林・川合・近藤・西岡

響や下水処理の程度はそれぞれの沿岸域において大きく性的な解釈や説明に用いられることも多いが，例えば可異なっている。このことは，これまでは「日本の沿岸域」

視カメラを用いたサンゴのモニタリング（ Burns et al.,に関する統一的見解を得ることを困難にする原因であっ2020 ）， 分 光 ス ペ クト ル カ メ ラ を 用 い た 赤 潮 の 検 知た。しかし，AI 分析などの新たな手法を用いることでこ，赤外線カメラを用いた海面乱流場（ Becker et al., 2019 ）の多様な日本の沿岸プロセスの定量的理解が進めば，世の解析（ Horner-Devine et al., 2017 ）のように観測デー

界の様々な沿岸域における物質循環や，温暖化や都市化

タとしての応用が多岐に渡り始めている。スマホのアプなどに対する応答の理解にもつながるものと期待できる。

リを利用した市民参加型の海色モニタリングの試みも始

また，国内でも赤潮・青潮予測モデルなどの精緻化や沿。海域毎にまっている（ https://www.eyeonwater.org ）岸域の生態系サービスおよび資源量の将来予測に資する

水深の深さ・透明度が大きく異なり，日々天候も変わる

ことにより，2 節に述べている社会に身近な海域としてのため，通常のカメラ画像を容易に比較できる汎用性の高

沿岸域の役割を海洋学的視点で明らかにし，社会に提供いデータへ変換することは難しいが，スマホにせよ，ドできるのではないだろうか。

ローンにせよ，大量にデータが得られる利点を生かし，国内沿岸に存在する大学附属の臨海実験所や水産実験

海底の映り込みや懸濁物質の違いなどを AI 解析から解所の多くは古くから地元との交流を続けながら周辺環境

決できる期待も大きい。大量データをコミュニティとしや生物の観測を長年継続的に実施してきた歴史があり，て活用するためには，データの公開ポリシーが重要にな

国内の沿岸研究の発展に大きく貢献をしてきた。近年こるだろう。海洋関係の諸機関が集めたデータ・漁業者・れらの実験所は共同利用・共同研究拠点として拠点化さ

コミュニティから得られたデータを一般社会へ還元するれつつある。また，自治体（都道府県）の水産試験場・研際，人間生活により直結する沿岸域では空撮画像に映り究所による定点・定線観測でも，長年にわたりセンサー

込む情報や漁船の位置情報は利益や個人情報を含む場合

観測のみでなく生物採取調査などが行われている。どちがある。数多くの試行錯誤が可能な研究環境，予測モデ

らも予算・人員・規模の確保が厳しい状況にあるが，セルの高精度化を実現するためにも，将来的にはガイドラ

ンサー観測と人の手による生物試料採取観測の両方の継インを整備していく必要性があるだろう。

続的な実施は，社会に直結している沿岸環境の長期的な変遷の把握においても予測においても欠かすことができない。例えば京都大学の白浜実験所では 45 年間に渡っ4. 沿岸モデルの発展て継続的に実施された環境観測とウニの個体群調査より，

日本の沿岸域のような複雑な海岸線と湾を詳細に解像

赤潮および気候変動による冬季の水温上昇がウニの個体するには 1 km 以下の解像度を持つ数値モデルが望まし

群動態および種の多様性に影響している可能性が示されい。この空間スケールになると見え始めるのが河川・干。このような研究は地道な長期た（ Ohgaki et al., 2019 ）潟などの陸域との境界で起こる現象である。最新の沿岸観測の重要性を示す良い実例であり，各地の大学や官モデルの多くは，フレキシブルな水平解像度を使用する

庁，水産実験場などによって継続的に行われてきた沿岸ことで細長い河川の上流域や潮の満ち引きに伴う海岸線観測と人材育成の重要性を示している。またビッグデーの変化を再現し（例えば，アメリカで開発されている

タの解析が可能になった今，今後はこれら施設をベース

ROMS や FVCOM ），物理と生物地球化学コンポーネンに周辺海域の観測データをオンライン化 ･ オープンソー

トの両方を持ち，波の効果や土砂輸送を含んだマルチプ

ス化していくことによって地元住民へ情報を還元するこ。これら
ロセス数値モデルである（ Hoshiba et al., 2019 ）とや蓄積されてきた貴重なデータを有効に利用する研究は複数の物質動態（ Sohma et al., 2018 ）やサンゴ礁・藻を展開し，沿岸観測のさらなる発展につなげていくべき場（ Monismith et al., 2019 ）を組み込みながら，ますまである。

す現実的で複雑な海洋モデルへと進化している。一方，

この数年間で過去のデータ数を上回る数でドローンに

底層・砕波・大気海洋相互作用・地形変化に対するモデよる空撮画像の蓄積も進んでいる。これらのデータは定。
ルの再現性の検証は不足している（ Fringer et al., 2018 ）海洋学の 10 年展望 2021：沿岸域

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この 10 年間の特筆すべき点は，粒子追跡モデルの目覚ましい発展だろう。粒子追跡モデルは水塊の移流・拡散だけではなく，海洋生物が卵のステージから自らが遊泳

5. まとめするような成長過程に合わせた行動の変化を再現できる

沿岸域において研究を行い，成果を得るためには，現ため，複数の湾・海域を跨ぐ領域スケールで成り立つ生

在のように個々の研究者がそれぞれの海域での研究を個

態系への理解に有効な手段となっている（ Uchiyama et

別に実施していくことに加えて，物理 ･ 化学 ･ 生物とal., 2018 ）。

いった分野を超えて分野横断的に，さらに沿岸と沖合の長期的な沿岸モデルの発展を考えると，このまま海に繋がりを意識してより広域的に，組織立った研究を実施

特化した数値モデルとして開発していくことには限界がしていくことが必要である。また持続的にモニタリング

あるようにも思える。海洋モデルは流体としての水を基していく上で市民による参加が可能なのも沿岸域の強み

本的には扱うが，この視点は陸との境界線，つまり水とである。これらの活動に専門家が関与することは，取得しての境界線，をどこまで精緻に陸域へと拡張できるのしたデータの精度向上や科学的価値を高めることで活用かという思考がベースになる。しかし，陸と海の境界線の幅を広げることにつながるだろう。日本は国土の面積は曖昧であり，細かくすればするほど，河川の支流毎のは小さいが，南北に長く亜寒帯から亜熱帯に広がり，北流量，湧水量，土壌の成分・浸透量，と不明瞭な境界条からは親潮，南は黒潮・対馬海流が流れていると同時に，件が増えてしまう。モデルに与える外部条件はなるべく険しい山から直接流れ込む多くの河川を有している。陸減らしたいにもかかわらず，かえって不確定要素が増え

域からの影響を強く受けるため，世界的に見ても極めててしまうジレンマに陥るのである。そこで沿岸域のモデ多様で生産性豊かな沿岸環境を有している。このような

ルを海・河川だけでなく陸面過程を含めた水循環を再現

コンパクトな範囲の中に多様な環境と生物が存在する状

できる地球システムモデルのような陸海結合モデルとし

況は，環境と生物の関係性やその機能や多様性機構を研て発展させてはどうだろうか。本特集の大気海洋境界究し包括的に捉える上では大きな強みであり，日本がそ（岩本ら，2021 ）や中緯度（橋濱ら，2021 ）の将来構想にものような研究をリードすることができる立場にあること述べられている SWOT 衛星ミッションでは陸水・海水を示している。さらには，この立地条件は，温暖化など面を同時に観測する計画であり（ https://swot.jpl.nasa.

に伴う生物の北上化など，今後モニタリングの必要性が

gov/science/overview/ ），今後陸海間の水循環に関する一層高まる気候変動による影響をいち早く捉え，その影

データが多く集まることも期待される。現在のところ陸響を予測する上でも有利である。長い歴史の中で水産資面から河川・地下水・海洋の水の流れを現実的かつシー源などの海の恵みを様々な形で受けてきた我々には，こムレスに再現したモデルは実現できていないが，陸域とれら恩恵を次世代へと残し維持していく責任がある。

海域を結合する手法として陸面モデル・河川モデル・干潟モデル・海洋モデルと複数のモデルを接続していく現謝 辞

在の地球システムモデルのような手法（ Nakada et al.,2012; Ikeuchi et al., 2017 ）や全プロセスをひとつのモデ

Fig. 1 の一部に Integration and Application Network,

ル 内 で 一 体 的 に 解く手 法（ Kida and Yamashiki, 2015;

University of Maryland Center for Environmental Sci-

Ward et al., 2020 ）が考えられるだろう。もし河川・海洋

ence（ ian.umces.edu/symbols/ ）を使用しました。本稿の水だけでなく，地下水の水温・塩分・物質濃度を同じの作成にあたり，以下の方々（敬称略）ならびに 4 名のモデル内で解くことができれば，沿岸域の届く水が陸域

匿名の査読者から貴重な助言をいただきました：井桁庸のどこからきたのか，いつ降った雨水なのか，と陸海間介，大石俊，乙坂重嘉，田中潔，角田智彦，広瀬直毅，の水循環の実態を解明できるだけでなく，気候変化や農森本昭彦，吉江直樹。深く感謝申し上げます。

業による塩害のような社会的に重要な陸域沿岸域の水・物質動態の予測にも大きく貢献できるだろう。

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木田・栗原・大林・川合・近藤・西岡

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木田・栗原・大林・川合・近藤・西岡

Decadal vision in oceanography 2021: Coastal oceans
Shinichiro Kida 1＊, Haruko Kurihara 2, Yumiko Obayashi 3,
Michiyo Yamamoto-Kawai 4, Yoshiko Kondo 5, and Jun Nishioka 6
Abstract
The future direction of Japanese oceanographic research in the next decade is discussed,
mainly from a coastal oceanographic perspective. Coastal oceans serve two functions: (1) as aﬁlter-reactor region connecting the open ocean and land, and (2) as a biologically rich anddiverse region where environmental changes have a direct impact on society. Therefore,
understanding the material cycle within the coastal region is important not only scientiﬁcally
but also to preserve and maintain the ocean. Process studies are needed, with close
collaboration between physical, chemical, and biological science communities. Coastal oceans
continue to lack observations to understand and resolve the small spatial and time-scale
events that govern the region. However, advances in observational instruments/techniques,
satellite measurements, and unmanned aerial vehicles are starting to provide high temporalspatial data than ever before. In addition to long-term monitoring, we discuss the research
infrastructure and numerical models needed for future studies.

Key words: future planning, land-sea connectivity, multiple stressors, large data,coastal ocean modelling(Corresponding authorʼs e-mail address: kida@riam.kyushu-u.ac.jp)(Received 15 July 2021: accepted 6 September 2021)(doi: 10.5928/kaiyou.30.5̲87)(Copyright by the Oceanographic Society of Japan, 2021)

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4

Research Institute for Applied Mechanics, Kyushu University, 6-1 Kasuga-koen, Kasuga, Fukuoka 816-8580, Japan
Faculty of Science, University of the Ryukyus, 1 Senbaru, Nishihara, Okinawa 903-0213, Japan
Center for Marine Environmental Studies, Ehime University, 3 Bunkyo-cho, Matsuyama, Ehime 790-8577, Japan
Department of Ocean Sciences, Tokyo University of Marine Science and Technology, 4-5-7 Konan, Minato-ku, Tokyo
108-8477, Japan
5 Graduate School of Fisheries and Environmental Sciences, Nagasaki University, 1-14 Bunkyo-machi, Nagasaki, Nagasaki
852-8521, Japan
6 Pan-Okhotsk Research Center, Institute of Low Temperature Science, Hokkaido University, 19N8W, Kita-ku, Sapporo,
Hokkaido 060-0819, Japan* Corresponding author: Shinichiro Kida
e-mail: kida@riam.kyushu-u.ac.jp