海の研究（Oceanography in Japan），30（5），105−129，2021，doi: 10.5928/kaiyou.30.5̲105
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：熱帯域＊

土井 威志 1＊＊・安中 さやか 2・高橋 一生 3・
渡辺 路生 4・東塚 知己 5, 1・栗原 晴子 6
要旨

熱帯域に関する近年の研究の進展をレビューするとともに，今後 10 年程度で取り組むべき海洋研究の方向性に関して，物理・化学・生物の各分野を横断して論じた。特に，エルニー
ニョ・南方振動（ ENSO ）に焦点をあてた。ENSO の予測は，近年の物理的理解の進展によりある程度可能になった。一方，ENSO が，海洋の炭素吸収能，物質循環，生物生産，生物多様性などにどのように影響するのかについては十分に理解されていない。さらに，長期的な気候の変化に伴って進行する熱帯海洋の水温上昇・酸性化・貧酸素化に，ENSO の影響が重なることで，海洋生態系がより深刻な影響をうける可能性も指摘されている。このような事態に備えるために，ENSO に伴って海洋システム全体がどのように変動するのか理解を深め，高精度で予測することが，社会要請と相まって，益々重要になるであろう。
今後 10 年間では特に，Biogeochemical（ BGC ）Argo フロートによる観測データと地球シ
ステムモデルを両輪とした海洋システム研究の展開，ならびに船舶・係留ブイ観測や現場
実験・観測など現地調査に基づくプロセス研究の拡充を進め，双方の知見を互いにフィードバックする必要がある。ENSO に伴う経年的な変動予測精度が最も高い熱帯太平洋は，
海洋システムの真の統合的理解と予測研究を進めるための最適な実証基盤である。
キーワード：将来構想，分野横断，ENSO，予測

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2021 年 7 月 15 日受領 2021 年 10 月 11 日受理
著作権：日本海洋学会，2021 年
海洋研究開発機構 付加価値情報創生部門〒 236−0001 神奈川県横浜市金沢区昭和町 3173−25
海洋研究開発機構 地球環境部門〒 236−0001 神奈川県横須賀市夏島町 2−15
東京大学 大学院農学生命科学研究科〒 113−8657 東京都文京区弥生 1−1−1
海洋研究開発機構 地球環境部門〒 236−0001 神奈川県横浜市金沢区昭和町 3173−25
東京大学 大学院理学系研究科〒 113−0033 東京都文京区本郷 7−3−1
琉球大学 理学部〒 903−0213 沖縄県中頭郡西原町千原 1
連絡著者：土井威志
e-mail : takeshi.doi@jamstec.go.jp

1. はじめに太陽から多くの放射エネルギーを受けとる熱帯海洋は，海面水温が高く，その熱が大気・海洋循環によって中・高緯度へと輸送されるため，地球全体の気候システムを考える上で大変重要な海域である。また，熱帯域に多く存在する湧昇域は，栄養塩の供給を受けて，高い一次生産力を示す。一方で，全炭酸濃度が高く冷たい水の湧昇
は，海洋から大気へ大量の CO2 放出をもたらす。さらに，熱帯に位置する多くの発展途上国や島嶼国では，漁106

土井・安中・高橋・渡辺・東塚・栗原

業・水産業やサンゴ礁をベースとした観光業に強く依存の 中 央 部 か ら 東 部 に か け て， 海 水 位 が 数 cm か ら 数しており，海と社会・経済の結びつきが強い。従って，

10 cm 上昇するため（ Widlansky et al., 2017; Doi et al.,

様々なレベルで社会生活に影響を与える熱帯海洋の実態

2020c ）
，海岸侵食や高潮などの被害が甚大化しやすく，把握と変動予測は極めて重要な研究課題である。

海抜の低い地域では大きな脅威となる。

海面水温が高い熱帯では，海洋と大気が相互に作用し熱帯海洋の変動は，大気を介して中高緯度域にも遠隔ながら発達する「気候の内部変動現象」（地球の気候シス

的に影響する（テレコネクション）。例えば，エルニー

テムに内在する自然変動現象で，人為起源の放射強制がニョ現象が発生すると，日本は冷夏・暖冬になりやすく，

主要因である地球温暖化のような気候システムそのもの

正のインド洋ダイポールモード現象が発生すると，猛暑・の変化と区別して，本稿ではこう呼ぶ）が発生しやすい。

暖冬になりやすい（ Wang et al., 2000; Saji and Yamaga-

その代表的な現象が，熱帯太平洋のエルニーニョ・南方ta, 2003; Doi et al., 2020a ）。世界各地に甚大な被害をも振動（ ENSO; Philander, 1990 ）や，インド洋のダイポー

たらす台風やハリケーンなどの熱帯低気圧の発生にもルモード現象（ Saji et al., 1999 ）である。エルニーニョ現

ENSO が影響することが指摘されている（ Chang et al.,

象は，数年に一回程度の頻度で春から冬にかけて発生す2018; Lin et al., 2020 ）。このような日本を含む世界の異る気候の内部変動現象で，熱帯太平洋全体で海と大気が常気象・気候不順が，農作物の収量変動（ Iizumi et al.,

相互作用して発生する。熱帯太平洋の東部から中央部で2013; Iizumi et al., 2014; Yuan and Yamagata, 2015; Oet-

海面水温が平年より高く，西部で海面水温が低くなるた

tli et al., 2018; Doi et al., 2020d ），マラリアなどの感染症

め，通常時は熱帯太平洋の西部で活発な対流活動が東に流 行（ Hashizume et al., 2009, 2012; Ikeda et al., 2017;

移動し，インドネシアや南米の北部では平年より雨が少Kim et al., 2020 ），山火事（ Harris and Lucas, 2019 ）やなく暖かくなる。エルニーニョ現象と偏差の符号が逆の豪雨（ Takaya et al., 2020 ）などの引き金にもなる。従っ現象は，ラニーニャ現象と呼ばれる。同様の現象が熱帯て，自然科学として現象の理解を検証するためにも，社

インド洋でも，数年に一回程度の頻度で夏から秋にかけ

会経済的な被害に備えるためにも，熱帯海洋の研究でて発生し，インド洋ダイポールモード現象と呼ばれていは，ENSO な ど の 予 測 研 究 が 先 駆 的 に 発 展 し て き たる。その名前は，海面水温，外向き長波放射，海面高度。
（ LʼHeureux et al., 2020 ）などが東西のダイポール（双極子）構造を持っていること

予測研究の発展は，熱帯の海洋観測網の充実（ Foltz etに由来する。正と負のイベントがあり，正のインド洋ダイポールモード現象が発生すると，熱帯インド洋の南東

al., 2019; Hermes et al., 2019; Smith et al., 2019 ）や気候モデルの高度化（ Kirtman et al., 2014; Tompkins et al.,

部で海面水温が平年より低くなり，西部で海面水温が高2017 ）などに支えられてきた。エルニーニョ・ラニーニャ

くなる。この水温の変動によって，通常時は東インド洋現象については，およそ 1 年先までの発生確率について，で活発な対流活動が西に移動し，東アフリカで雨が多く各国のスーパーコンピューターを使った予測シミュレー

なり，インドネシアでは雨が少なくなる。

ションの結果を毎月確認できるようになった（例えば，これらの現象は，熱帯気象だけでなく，水温や海水位

気 象 庁 : http://www.data.jma.go.jp/gmd/cpd/elnino/

変動を通じて，熱帯の海洋生態系，例えば，生物生産や

kanshi̲joho/kanshi̲joho1.html, JAMSTEC/SINTEX-F:

魚類など高次栄養生物の分布域（ Bertrand et al., 2020 ）http://www.jamstec.go.jp/aplinfo/sintexf/seasonal/

や，マングローブの成長・分布（ Lovelock et al., 2017;

outlook.htm, 米国 IRI: https://iri.columbia.edu/our -Riascos et al., 2018 ）などに大きな影響を与える。また，

expertise/climate/enso/ ）。これらの予測情報を社会経

エルニーニョ現象による海水温上昇は，より短い時間ス

済活動に利活用するための学際的な研究も展開され始めケールの現象である海洋熱波（ Oliver et al., 2018 ）ととた。これは，まさに前回の 10 年展望（岡ら，2013 ）で述

もに，サンゴの白化を引き起こし，サンゴ礁海域に生息べられたとおりである。

する多様な生物種の減少を引き起こす（ Brainard et al.,

水温など物理変数の予測が可能になりつつある一方，

2018 ）。さらに，エルニーニョ現象に伴い，熱帯太平洋

気候の内部変動現象に伴って化学および生物過程がどの海洋学の 10 年展望 2021：熱帯

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ように変動するのかについては，よく解っていない。例発目標）などの社会的要請にどのように対応可能かにつえば，炭素循環，窒素循環，溶存酸素，植物プランクト

いても，簡単に触れる。

ンの生産力，高次栄養段階生物の分布や回遊などが，

ENSO に伴ってどのように変動するのか，さらにそれらの予測がどの程度可能かは，未だよく解ってない。加えて，50 年以上の長期的な規模で確認されている気候変化に伴って熱帯海洋の水温上昇・酸性化・貧酸素化が進行

2. 過去 10 年間の研究動向
2.1. 物理分野する状況に，数年規模で発生する ENSO の影響が重なる

本節では ENSO に関する研究の進展を中心に記載すことで，さらにそれらの影響が深刻化することが危惧さる。ENSO について，2013 年までの研究の成果についてれる。そのような事態に備えるためにも，熱帯の気候の網羅した文献として渡部・木本（ 2013 ）があるが，本節内部変動現象の実態を，物理・化学・生物（物・化・生）ではそれからおよそ 10 年の研究動向の一部を紹介する。

の各分野を横断して統合的に理解し，それらを予測する

Argo データの蓄積に加え，人工衛星（以下，衛星と略

技術の高度化を進める必要がある。また，その予測情報

NASA の Aquarius や SMAP ミッショ
す ; ESA の SMOS，を，海洋の水温上昇・酸性化・貧酸素化などと関わる水ン な ど ）に よ る 海 面 塩 分 の 観 測（ Vinogradova et al.,

産資源や熱帯サンゴ礁の管理・保全などに利活用するた2019 ）が可能となり，この 10 年間で塩分の広域観測デー

めの研究が，社会要請の観点から，より一層重要になっタが飛躍的に増加した（船舶・係留ブイなどの「点」・「線」ていくと考えられる。物理環境場と生物地球化学的変動的な観測と比較して，衛星や Argo は「面」的な観測でとの関連の重要性は，前回の 10 年展望（岡ら，2013 ）であるため，以後，後者を「広域観測」と呼ぶ）。その結も指摘され，実際に，物・化・生の 3 分野統合型のセッ

果，塩分が，バリアレイヤーなどの海洋表層の成層構造

ションが海洋学会などの研究大会で開催されるとともに，を介して，ENSO やインド洋ダイポールモード現象に果

3 分野横断型の船舶観測も行われてきたが，物・化・生たす役割に関する研究が進展した（ Maes and Belamari,の統合的理解には至っていない。それは，主に，1 ）化

2011; Kido et al., 2019 ）。特に，熱帯太平洋の東部で水温

学・生物に関する変数の観測データが圧倒的に不足して逆転を伴うバリアレイヤーの存在が見出されたり（ Katsu-いるためと，2 ）それらを統合的に扱うための数理モデル

ra and Sprintall, 2020 ），インド洋赤道域でバリアレイに大きな不確実性が存在するためである。予測研究をさヤーが海洋混合層下部からの冷却効果を阻害することがらに発展させるためには，これらの問題を徐々に解消し，報告されたりするなど（ Pujiana and McPhaden, 2018 ）つつ，物・化・生の統合研究を推進する科学的基盤を，熱帯域の様々な海域で塩分の果たす役割について理解が今後 10 年程度で確立する必要がある。

深まりつつある。

本稿では 2 節において，過去 10 年間の研究動向の一エルニーニョモドキ現象，すなわち熱帯太平洋の東部部について，季節から数年規模の変動を軸に，物・化・と西部で海面水温が平年より低くなり中央部で海面水温

生の分野毎でレビューをするとともに，それぞれの分野が高くなる現象が発見されたことが契機となり，統計解の今後の方向性について議論する。3 節では，今後 10 年

析などを使って ENSO やインド洋ダイポールモード現象

程度の研究の方向性の核として，Biogeochemical（ BGC ）の典型的な特徴を理解しようとする研究だけでなく，各Argo による観測データと地球システムモデル（炭素循環

事例それぞれの多様性（例えば，その強さや，空間的なや窒素循環なども考慮した気候モデル）を両輪とした海広がり）を理解しようとする研究が活発化した（ Ashok

洋システムを扱う研究に加えて，船舶・係留ブイ観測な
現在の課題と今後の発展性を論じる。4 節では，本稿のet al. , 2007; Ashok and Yamagata, 2009; Capotondi etal., 2015; Endo and Tozuka, 2016; Fan et al., 2017; Timmermann et al., 2018 ）。さらに，各海盆で起こる気候のまとめとともに，熱 帯の物・化・生の統 合的理 解が，内部変動現象それぞれのプロセスの理解を深める研究だ

SDGs（ Sustainable Development Goals，持続可能な開けでなく，複数海盆を跨いだ現象間の相互関係の研究に

ど現場調査を基盤としたプロセス研究の重要性に注目し，

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土井・安中・高橋・渡辺・東塚・栗原

ついても大きな進展が見られ（ Chikamoto et al., 2015;2013 ）において，熱帯の予測精度向上のために必要とさCai et al., 2019 ），CLIVAR の Research Focus（ https://

れていたもので，熱帯域のプロセス研究が大きく進展しwww.clivar.org/research-foci/basin-interaction ）としてた結果であると言える。しかしながら，観測データの時活発に研究が進められている。

間方向のサンプル数が少ないことや，気候モデルで海盆

異なる時間スケールを持つ現象間の相互作用プロセス

間および異なる時空間スケール間の相互作用プロセスのの研究も活発化した。例えば，数ヶ月スケールで発生・再現が難しいことが原因で，しばしば結論が対立してい衰退する ENSO と，より短い時間スケールの気象現象，

る。このような不確実性を軽減するために，今後も，大例えば，3 日から 10 日スケールの西風バーストとの関係

気・海洋観測網の維持・発展や，気候モデルの精緻化なや，数週間スケールのマッデン・ジュリアン振動などとどの努力を続ける必要がある。

の 関 係 が 活 発 に 研 究 さ れ た（ Hayashi and Watanabe,

予測研究に目を向けると，前節でも述べたように，エ2017; Miyakawa et al., 2017 ）。また，ENSO と，より長ルニーニョ・ラニーニャ現象が発生するか否か自体は，1

い時間スケールである 10 年から数 10 年規模の気候変動

年程度前からでも比較的高い精度で予測可能になった現象との関係（ Meehl et al., 2016 ）や，地球温暖化の停。さらに，ENSO の予測だけでな（ Kirtman et al., 2014 ）滞との関係（ Kosaka and Xie, 2013 ）なども注目された。

く，インド洋のダイポールモード現象の予測（ Luo et al.,

温暖化が進行した世界で ENSO やインド洋ダイポール

2007; Doi et al., 2020b ）や 海 盆 モ ー ド 現 象（ Wu andモード現象がどのように変質するかについても活発に研Tang, 2019 ）の予測，エルニーニョモドキ現象の予測究 さ れ た（ Cai et al., 2014, 2015, 2021; Kohyama et al.,

，大西洋ニーニョ現象の予測（ Hendon et al., 2009 ）2017 ）。

，海盆東岸域の沿岸ニーニョ現（ Counillon et al., 2021 ）熱帯の熱が中緯度へどのように運ばれるかについても

象の予測（ Doi et al., 2013, 2015a, b, 2016 ）などもある程。一例と活発に研究されてきた（橋濱ら，2021, 本特集）

度可能であることが指摘され，一部の機関では，実験的して，台風の発生海域かつ黒潮の源流域であるフィリピに 予 測 情 報 が 配 信 さ れ る よ う に な っ た（ 豪 州 BoM:

ン沖合から，台湾沖合への熱の移流を論じた Nagano et

http://www.bom.gov.au/climate/model-summary/#re-. 2017 ）がある。沿岸で発生する海洋熱波と ENSO な
al（gion=NINO34，JAMSTEC/SINTEX-F: http://www.

どの大規模な現象との関係を理解しようとする研究も活

jamstec.go.jp/aplinfo/sintexf/seasonal/outlook.htm,。例えば，2011 年に豪発化した（ Sen Gupta et al., 2020 ）APEC: https://apcc21.org/ser/enso.do?lang=en な ど ）。

州西岸で発生した海洋熱波はラニーニャ現象との関係がしかし，事例毎の多様性や，発生・衰退のタイミングな，このような研究が契指摘されたが（ Feng et al., 2013 ）どを予測することが難しい段階にあり，これらに踏み込機になり，沿岸で発生する大気海洋相互を伴う気候の内

んだ予測の精緻化が求められている。従来のように水温部変動現象（沿岸ニーニョ現象）が世界各地で見出されだけでなく，塩分の影響などを含めた正確なプロセスのた（ Kataoka et al. , 2014; Yuan and Yamagata, 2014;

理解とモデル開発が予測精度向上へ寄与する可能性も示

Oettli et al., 2016; Xue et al., 2020 ）。その他にも，イン。また，予測シミュされている（ Hackert et al., 2020 ）ド洋ダイポールモード現象がジャワ島沖沿岸湧昇に影響

レーションのアンサンブル法に注目した研究も発展してを与える可能性（ Horii et al., 2018 ）や，パプアニューギ

きた。例えば，少数のアンサンブルでは，発生する可能

ニア沖の沿岸湧昇がエルニーニョ発生に影響を与える可性のある大気・海洋状態の表現が不十分なため，極端ゆ

能性（ Miyama and Hasegawa, 2014 ）などが指摘されてえに発生確率が低い現象を捉えきれない問題が指摘されいる。このように海盆スケールの大規模な気候の内部変。さらに，アンサンブル平均値ている（ Doi et al., 2019 ）動現象と，沿岸海洋との相互関係を理解しようとする研を使って，ENSO を決定論的に予測した際，自信過剰に

究は , 沿岸海洋のプロセス研究や予測研究に益々重要になる，すなわちアンサンブル予測で見積もられる予測の。
なってくるであろう（木田ら，2021, 本特集）

不確実性が，予測結果の誤差に比べて小さ過ぎる問題な

こ れ ら の 研 究 の 多 く は， 前 回 の 10 年 展 望（ 岡 ら，

。この問題は，どが指摘された（ Tompkins et al., 2017 ）海洋学の 10 年展望 2021：熱帯

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2014 年の春先からのエルニーニョ現象予測の失敗などでなってきた（ Midorikawa et al., 2010; Ishii et al., 2020 ）。

も大きく取り上げられ，その改善方法ついても活発に議

さらに，その 10 年規模変動についても議論され始めた

論 さ れ て き た（ Masuda et al., 2015; Hu and Fedorov,。
（ Ono et al., 2019 ）2016; Imada et al., 2016; Dong and McPhaden, 2018 ）。

主要栄養塩（リン酸塩，硝酸塩，ケイ酸）についても，今後は，多アンサンブルの数値実験などを駆使し，数ヶ海面に限れば，長期平均的な水平分布を研究する段階を月から数年規模の時間スケールで，シグナルとして予測

超えて，その季節・経年変動などを研究できる段階になできる成分と，ノイズとして予測が難しい成分との境界。化学系の変数をりつつある（ Yasunaka et al., 2019 ）付近の理解を深める必要がある。

使って，このような長期にわたる変化や変動を研究でき

2.2. 化学分野

るようになったのには，10 年以上にわたる観測プロジェ
クト JGOFS（ Steinberg et al., 2003 ）が熱帯太平洋で行

人為起源 CO2 の大気中への大量排出が地球温暖化の主われたことや，気象庁が，50 年以上前から継続・発展さな原因となっているが，全球的に見た場合，海洋はそのせてきた東経 137 度定線の観測が大きく貢献している。

。海洋
主要な吸収源である（ Friedlingstein et al., 2019 ）137 度定線のような長期の定線観測は国際的にも類を見が CO2 を吸収することで，大気の CO2 濃度の増加が抑ず，その観測成果は熱帯太平洋の物質循環・生物生産の制されているとも言えるが，その効果は吸収海域と放出理解において極めて貴重なデータベースとなっている

海域のバランスの上に成り立っている。熱帯太平洋は海。
（ Oka et al., 2018 ）洋で最大の CO2 放出域であり，その動態を理解すること

地球温暖化に伴い，海面での酸素溶解度の低下，温度は，将来の地球温暖化の評価を精緻化するために極めて躍層での成層強化，さらには深層子午面循環の弱化など重要である。海洋の CO2 吸収量は，海面における大気とにより，海洋内部の酸素濃度の低下が懸念されている

海洋の CO2 分圧の差で見積もられるが，その詳細を知る（海洋貧酸素化）。熱帯太平洋や熱帯インド洋では，数ためには，大気 CO2 分圧に比べて，時空間的な変動が大

100 m 深付近を中心に貧酸素層が広がっているが，熱帯

きい海表面 CO2 分圧の広域かつ長期的な観測が必要であ

太平洋の東部での貧酸素化は既に始まっており，今後さる。1990 年代から近年にかけて，日本を含む国際協力でらに進行する可能性が指摘されている（ Long et al., 2016;

設計された観測網の維持・発展と国際的なデータ共有・

Schmidtko et al., 2017 ）。また，ENSO に伴い海水中の，LDEO（ https://
統合が進み（ Wanninkhof et al., 2019 ）

酸素濃度が変動することで，海洋生物の生息域などに甚

www.ncei.noaa.gov/access/ocean-carbon-data-system/。さら
大な影響が及ぶ可能性がある（ Worm et al., 2005 ）oceans/LDEO̲Underway̲Database/，Takahashi et al.,に，貧酸素化が，窒素や微量金属元素の循環に影響を与2020 ） や SOCAT（ https://www.socat.info/，Bakker et

えることによって，N2O など温室効果ガスの大気中へのal., 2016 ）などのデータベースとして公開されている。そ放出を変化させることも懸念されている（ Martinez-Reyの結果，現在では，海表面 CO2 分圧の平均場を研究する

et al., 2015; Battaglia and Joos, 2018 ）。実際に熱帯イン段階を超えて，長期変化傾向だけでなく，経年変動や 10ド洋や熱帯太平洋の東部の亜表層に広がる貧酸素水塊で年規模変動も研究できる段階になった。熱帯太平洋中央

は，窒素代謝に不可欠な鉄が溶解度の高い還元態鉄（二部から東部では，エルニーニョ現象の発生に伴い，海表価鉄）として存在しやすくなるため，海洋中の他の物質

面 CO2 分 圧 が 低 下 す る（ Feely et al., 1997; Ishii et al.,への吸着除去が抑制され，溶存鉄の長距離輸送が起こっ

2014; Yasunaka et al., 2019 ）。 ま た， 海 洋 中 に お け るて いる 可 能 性 が 指 摘 さ れ て いる（ Moﬀett et al., 2007;

CO2 の溶解は，海水の pH および炭酸カルシウム飽和度

Kondo and Moﬀett, 2015 ）。一方で，ENSO やモンスーが低下する海洋酸性化をもたらし，海洋生態系に深刻なンに影響された溶存酸素量の季節から数 10 年規模の変。特に，熱帯太平洋
影響を及ぼす（ Doney et al., 2009 ）動の大きさや，その水平及び鉛直分布などは，観測デーの西部にある暖水プールでは，海洋酸性化の進行が見出

タの不足により，未だ不明な部分が大きい。今後，10 年され，そのプロセス研究なども活発に行われるように規模変動や地球温暖化トレンドの影響を含めて，さらに110

土井・安中・高橋・渡辺・東塚・栗原

詳細な研究を実施するため，引き続き観測データの蓄積

合成を律速するため，その一次生産速度は東部の半分程や統合が求められている。

。熱帯太度であるとされている（ Le Borgne et al., 2002 ）2.3. 生物分野

平洋の東部の東縁辺部を除くと，熱帯域植物プランクト
ン群集全体では，2 m 以下のピコサイズのグループが常物理・化学分野と比べて，生物分野では広域・定常とに優占（総クロロフィル a の 70％以上）しているが，そもに観測が圧倒的に不足しているが，衛星観測が可能なの優占群は水温，栄養塩躍層の東西環境勾配に対応して

海表面のクロロフィル a 濃度の広域分布は，同じく衛星変化する。熱帯太平洋の東部ではピコサイズ真核，西部で観測される海面水温や海面高度などの物理変数の解析

では Prochlorococcus，両者の移行域で Synechococcusと親和性が高く，海盆スケールでの一次生産変動の理解と優占群が変化する（ Matsumoto et al., 2004 ）。また，が進んでいる。

海面付近で硝酸塩が枯渇する一方，ダストを介して陸域

熱帯太平洋は，基本場として，湧昇による栄養塩供給

から鉄が供給されやすい西部では，窒素固定性シアノバの豊富な東部と，貧栄養な暖水が分布する西部との東西

クテリアが一次生産者として重要な役割を果たしている

コントラストが明確であるが，それぞれの海域では海流（ Bonnet et al., 2009; Shiozaki et al., 2013; Berthelot etや表層水塊分布に対応して生物生産性は特徴的な地理分

al., 2017 ）。

。太平洋全体の一次生産の約 2 割布を示す（松本，2012 ）ENSO が一次生産に与える影響については，海色衛星を担う熱帯太平洋の東部は，一次生産の高い東縁辺部，による観測データの蓄積が進み，長期間・広域にわたる

赤道付近の湧昇域に加えて，南半球，北半球の海流系に変動解析が進展している（ Gierach et al., 2012; Messié

対 応した 7 つの 水 域 に区 分される（ Lavín et al., 2006;

and Chavez, 2013; Racault et al., 2017 ）。一般に東部でPennington et al., 2006 ）。このうち，赤道付近の湧昇域，は，エルニーニョ現象が発生すると栄養塩供給の低下に

南半球の海流系に対応した海域，東縁辺部は，植物プラともない一次生産速度が半減する一方，西部ではバリア

ンクトンの成長に必要な栄養塩が多いのにも関わらず，レイヤーが薄くなり，栄養塩躍層や水温躍層が浅化する

植物プランクトンの生物量が少ない HNLC 海域であるこ

ため，一 次 生 産 速 度 が 高まるが（ Matsumoto and Fu-とが知られている（ Coale et al., 1996; Behrenfeld et al.,ruya, 2011 ），その変動はエルニーニョ現象の規模やタイ

2006 ）。これは，湧昇で下層から供給される硝酸塩に対。同様の研究は，
プにより異なる（ Racault et al., 2017 ）

して鉄が不足するためであり，表層での鉄の再生速度に

熱帯インド洋にも拡張・展開されてきた（ Currie et al.,

影響する湧昇速度が，新生産を高める鍵であることが近2013 ）。インド洋ダイポールモード現象の発生に伴い，

年 指 摘 さ れ て い る（ Landry et al., 1997: Rafter et al.,

スマトラ島・ジャバ島の沖合，ベンガル湾北西部，アラ2017 ）。また，中米沖合いの熱帯太平洋の東部にある暖ビア海南東部などでは植物プランクトンの量（ Iskandar

水プール域に，熱帯収束帯の季節的な南北移動によって局所的に形成される湧昇域（コスタリカドーム ; Umatani

et al. , 2009; Gomes et al. , 2016; Thushara and Vinayachandran, 2020 ）やサイズ分布（ Brewin et al., 2012 ）がand Yamagata, 1991 ）では，ケイ素，鉄に加えて亜鉛も「生物変動する。最近では，2019 年のイベントを契機に，

植物プランクトン増殖の制限要因となっている（ Chap-

学的なインド洋ダイポールモード現象」も見出された

pell et al., 2016 ）。東部から西部にかけて生じる水温躍層。これらの海盆規模の気候の内部（ Shi and Wang, 2021 ）の深化は，同時に下層からの栄養塩供給を妨げるため，変動が，外洋域だけでなく海洋大陸付近のクロロフィル

西部は，海表面のクロロフィル a 濃度が低い貧栄養海域

a に与える影響なども指摘されている（ Siswanto et al.,となるが，物理環境に対応した海域毎の特徴把握は，東2020 ）。

部と比べて進んでいない。一般に，西部では海面付近の動物プランクトンより上の栄養段階についてはさらに顕著な栄養塩枯渇と，低塩分水によって形成されるバリ

知見が乏しい。動物プランクトン（ 200 m 以上）を 1 とアレイヤーの影響を受けて，亜表層クロロフィル a 極大したときの，植物プランクトンの現存量比は，熱帯太平が発達する。一方で，亜表層では，放射照度が低く，光洋の東部で 4.1，西部で 7.3 と明確な東西差が認められる

海洋学の 10 年展望 2021：熱帯

111

が，これは一次生産が低い西部では食物網構造が複雑化さである。海・陸に限らず基本的に地球上の生物の多様するため，動物プランクトンに転送される生産割合が東性は熱帯域で最も高く，高緯度域に行くに従って低下す部に比べて低くなることを反映していると考えられてい。この生物多様性の緯度勾配の背景にる（ Pianka, 1966 ）。一方，三次生産者であるマる（ Le Borgne et al., 2011 ）あるメカニズムを説明する仮説は多く提唱されているが，イクロネクトンの生物量は両海域で同程度であることか

未だ完全な理解には至っていない（ e.g. Rohde, 1992; Hill-ら，熱帯太平洋の西部は一次生産に比して，魚類や大型ebrand, 2004 ）。熱帯域の生物多様性は地球温暖化の影響

生物の生物量が多い海域であるという特徴を持つ。その，を最も受けやすいとされており（ Yasuhara et al., 2020 ）理由について，移流や各生物群の成長速度の違い，食物その多様性パターンを把握し，今後の変化を予測するこ

網構造の違いなどが挙げられているが，詳細は不明であとは，熱帯域だけではなく全球的な生物多様性研究におる。近年，熱帯域のプランクトン群集の遺伝的多様性にいて極めて重要な課題である。

ついての理解が進み，分布，環境変動に対する応答，食熱帯海洋の生物多様性を支える代表的生物としてサン物構造等を理解するうえで重要な示唆を提供するようにゴ類が挙げられる。本生物群は，ENSO による影響を最な ってき た（ Wang et al., 2014; de Vargas et al., 2015;

も顕著に受けることでも知られている。多くのサンゴ種

Yan et al., 2021 ）。このような解析結果を従来の観測結は生息場の夏の平均水温よりも 1 ℃から 2 ℃高い状態が果に取り入れることで，各海域の物理構造の変動が，低数日から数週間続くと白化し，その状態が長期化すると次栄養段階の生物に与える影響に，新たな洞察を与える

やがて死滅する。サンゴの白化はこれまでもエルニーことが期待される。

ニョ現象の度に繰り返し起こってきたが（ Barkley et al.,

水産・魚類資源の分布や漁獲量と ENSO との関係も指2018 ），特に 1998 年に発生した最大規模のエルニーニョ。例えば，熱帯太
摘されている（ Bertrand et al., 2020 ）現象は，全世界のサンゴの大規模白化を引き起こし，サ

平洋の西部に分布するカツオやキハダマグロの漁場は，

ンゴ礁生態系に多大な影響を与えた。その後 2010 年，

エルニーニョ現象が生じると東側へ移動する（ Lehodey

さらに 2016 年から 2017 年にも再び世界的なサンゴの大et al., 2020 ）。また熱帯太平洋の西部はカツオの産卵場，

規模白化が引き起こされ，エルニーニョ現象と地球温暖，その加入量は幼魚の生育場となっており（田邉，2002 ）化による水温上昇が重なることによってその規模と頻度

ENSO に強く影響されることが知られているが，物理変。さらに熱帯太平洋が増している（ Hughes et al., 2018 ）

数のみを用いたモデルにより，その加入量変動を高精度のミクロネシア海域では，エルニーニョ時には水温の上で予測可能であることが示されている（ Lehodey et al.,

昇に伴うサンゴの白化に加えて，一次生産の増加に伴っ2020 ）。また，ENSO がニホンウナギの仔稚魚輸送期間てサンゴを捕食するオニヒトデが増加した可能性も報告。
に影響することも指摘されている（ Hsiung et al., 2018 ）。また近年エルニーニョ
されている（ Houk et al., 2020 ）熱 帯 イン ド 洋 の 西 部 で は， マ グ ロ 類 の 生 息 分 布 が，現象に加え，海洋熱波による大規模白化の報告例も急速

ENSO やインド洋ダイポールモード現象の影響を受けて。元来健全なサンに増えている（ Le Nohaïc et al., 2017 ）。これら海洋現象と水産大きく変動する（ Marsac, 2017 ）ゴ礁生態系では，サンゴ群集は 10 年程度である程度回資源との関係の研究の多くは統計に基づく経験的な解析。しかし現復する力を有している（ Gilmour et al., 2013 ）と議論に留まっており，その変動に関与する実際のメカ

在は水温上昇に加えて酸性化や人為活動による水質環境

ニズムの多くが未解明である。しかし近年，物・化・生の悪化により，その回復力が大きく低下しており，回復の連携でそのプロセス解明を目指すような野心的な研究する間もなく繰り返し高水温に晒されることが問題視さもされ始めた（ Gehlen et al., 2015 ）。今後は，栄養塩供。特に熱帯太平洋では IPCC のれている（ Hughes, 2003 ）給から植物プランクトンに及ぼす影響について理解する

RCP 8.5 シナリオにおいて，2030 年から 2040 年には毎年段階を超えて，その上位の栄養段階についての知見を深大規模な白化に見舞われるようになることが予測されてめ，食物連鎖構造の知見を再構築する必要がある。

。サンゴの死滅はそこいる（ van Hooidonk et al., 2014 ）熱帯海域生物相の最も重要な特徴は，生物多様性の高に生息する甲殻類や貝類，魚類などの生物の生息の場の112

土井・安中・高橋・渡辺・東塚・栗原

消失に繋がり，生物多様性の低下，さらにはサンゴ礁のは，それらの研究基盤を融合させた熱帯海洋システムのも つ 生 態 系 機 能 の 低 下 に 直 結 す る（ Bellwood et al.,

実況や将来予測の可能性を論じ，3.7 節では，大規模プロ

2004 ）。加えて酸性化に伴う海水の炭酸カルシウム飽和

ジェクトの立案・実施に向けて推進すべき具体的な科学度の低下に伴い，サンゴなどの石灰化生物による炭酸カ的課題について構想する。最後に，3.8 節でこれらの研究

ルシウムの合成量が低下することによって，サンゴ礁のを推進する主体となる国内外の研究者ネットワークの構形成そのものが停止し，やがて溶解へと転じる可能性も築・強化について触れる。

。東南アジア諸国など熱帯域にある（ Eyre et al., 2018 ）住む人々の多くはサンゴ礁がもたらす様々な生態系サー3.1. BGC Argo

ビスを受けながら暮らしているため，サンゴ礁生態系の2.2 節で述べたとおり，化学変数の観測は，海面付近に劣化は経済的な損失に直結する（ Hoegh-Guldberg et al.,

限れば，基本場だけでなく，変動場の議論が可能になる2009 ）。また，海洋生物多様性の中心である熱帯太平洋

程度には充実してきた。しかし，亜表層のデータは未だの西部にあるサンゴ礁海域（コーラルトライアングル）

圧倒的に不足している。そのため，近年の国際熱帯観測は，黒潮によって琉球列島海域への多様な生物の供給源

プロジェクトでは，物理変数だけでなく，物・生・化の，その健全性となっていることから（ Wood et al., 2013 ）連携をキーワードに，船舶による集中観測などが実施さ

保全は，日本国内のサンゴ礁生態系の動態を考える上でれ，先駆的な成果も出始めた（例えば，Second Interna-も重要である。近年，急速なサンゴ礁劣化を防ぐ方法とtional Indian Ocean Expedition: https://iioe-2.incois.gov.

して，サンゴの遺伝子操作や高水温耐性の個体の交配な

in/IIOE-2/index.jsp 関連など）。しかし，これらはキャ

ど人為的な進化支援（ Assisted Evolution ）なども議論さンペーンとして期間限定で行われているため，時々刻々れはじめており，実証実験などが行われつつある（ An-と変動する海洋の化学場を繰り返し観測することはでき

thony et al., 2017 ）。このような保全対策手段には，そのない。この状況を打破できるのが，BGC Argo である。これは，亜表層の水温・塩分の観妥当性をめぐり未だ多くの議論があるが，一方で温暖化， （ Bittig et al., 2019 ）酸性化に伴うサンゴ礁生態系の劣化・縮小は確実に進行

測網を飛躍的に発展させた Argo（ BGC Argo と区別するしており，多くのサンゴ礁では既に危機的な状況にあるために，以下 Core Argo と表記する ; 熱帯での貢献につことから，その対策は喫緊の課題である。

いては Smith et al.（ 2019 ）を参照）を，化学・生物変数

以上述べた，熱帯太平洋の平年時とエルニーニョ時にの観測に拡張させるもので，溶存酸素に加えて，pH，硝おける物・化・生のプロセスを，Fig. 1 で模式的に示す。

酸塩，クロロフィル a，後方散乱などのプロファイル
データを桁違いに増やすことができる（平井ら，2021, 本

3. 熱帯域海洋システムの統合的理解とその予測にむけた将来構想

特集）。BGC Argo 観測網が完成すれば，ENSO に伴う化学変数や生物のダイナミックな応答を 3 次元的に捉えられるようになる。例えば，クロロフィル a は，鉄制限

前節で紹介したとおり，分野や海域間に差はあるものを受ける海面付近よりも亜表層に極大があり（ Lee et al.,の，過去 10 年を通して熱帯域の研究は着実に進展して2014 ），その変動を捉えることが重要であるが，硝酸塩いる。これらを踏まえて，今後は，物・化・生の統合的や放射照度のデータと一緒に解析することができれば，理解を進める必要がある。その将来構想を実現するため

亜表層極大の形成や変動のメカニズムの理解が可能となの基盤として，3.1 節では，化学・生物系の観測データのる。また，後方散乱係数から粒子状物質の量を，pH か不足を解消する BGC Argo，3.2 節では，物・化・生を包ら全炭酸濃度を推定することにより，単位クロロフィル

括的に扱う数理モデルである地球システムモデルの開発

a あたりの炭素固定量の詳細な時空間変化や，表層からの動向，3.3 節では，船舶による高頻度・高解像度観測，

深層への炭素輸送量（輸出生産量）の定量的把握など，

3.4 節では，その他研究基盤の拡充，3.5 節では，観測網

海洋炭素循環の重要なパラメータを得ることができる。

の最適化とデータベース化について議論を行う。3.6 節で最新の熱帯太平洋海洋観測システムをデザインするた113

海洋学の 10 年展望 2021：熱帯

平年時

ウォーカー循環

対流活発

高い生物多様性

世界で一番暖かい海域
高いクロロフィルa濃度
HNCL海域(鉄が一次生産を規定)

サンゴ礁海域

海洋最大のCO2放出源
湧昇による

貧栄養
海面付近

硝酸塩は枯渇バリアレイヤー

酸性化の進行カツオの産卵場

クロロフィルaの亜表層極大亜表層

平年の温度躍層深CO2や栄養塩を多く含む下層水の取り込み

貧酸素化の進行

東風に伴い西深東浅の温度躍層

溶存鉄の長期輸送

赤道潜流による鉄供給

エルニーニョ時

ウォーカー循環が弱化

台風，黒潮，大気などを介して，遠隔的に日本に影響
低温偏差
クロロフィルa増加?

サンゴの大規模白化
高温偏差

西風偏差

クロロフィルa低下?

CO2放出量低下
低温偏差（鉄制限を受けて明瞭な変動をしないことも)
高温偏差

温度躍層の浅化

クロロフィルa亜表層極大の浅化?
エルニーニョ時の温度躍層深
平年の温度躍層深漁場の変動
温度躍層の東西傾度が緩化

躍層浅化に伴う栄養塩供給

亜表層クロロフィルa低下?
湧昇の弱化に伴い

CO2や栄養塩の表層へ供給量が減少

海洋酸性化・貧酸素化，海洋生態系，炭素循環などはどのような影響を受けるのか？
Fig. 1 Schematic images of physical and biogeochemical oceanographic processes in the tropical Paciﬁc for (a)the mean state and (b) an El Niño-like state.
めの TPOS2020 プロジェクトでは，太平洋の北緯 10 度台を目指しており，2021 年 6 月時点では 350 台程度が稼から南緯 10 度の間に，BGC Argo を 124 台展開すること。熱帯では，2020 年 12 月
働中である（ Chai et al., 2020 ）。全球では 1000が提案されている（ Kessler et al., 2019 ）時点で，太平洋でおよそ 30 台，インド洋でおよそ 10 台

114

土井・安中・高橋・渡辺・東塚・栗原

が 稼 働 中である（ 平 井ら，2021, 本 特 集 ）。ただ，BGC。
態系への影響などが取り上げられている（ IPCC, 2013 ）Argo フロートは，Core Argo フロートよりも高価である

加えて，季節から数年規模の予測に関して，地球システ

上，水温・塩分に比べて，データ精度や安定性の確保にムモデルを使うことで，物理変数の予測を超えて，クロ

困難さを伴う。そのため，データ取得後，現場観測や衛ロフィル a（ Park et al., 2019; Ham et al., 2021 ）や，海星観測データを用いたより丁寧な品質管理が求められ，

面 CO2 フラックス（ Ilyina et al., 2021 ）の変動予測を行っこれに対応した観測資源および人的資源の確保が課題でた研究が出始めた。これらの予測システムでは，初期値ある。また，その効率的な展開のために，数値モデルを作成の際，海水温などの一部の物理変数のデータ同化を使った観測システムシミュレーション実験活用などの戦しているが，生物・化学変数のデータ同化は充分になさ。
略が必要である（ 3.5 節で後述）

れていない。将来，生物・化学変数の観測が増えて，そ3.2. 地球システムモデル

れらの情報も初期値に取り込むことが可能になれば，予測精度のさらなる向上が期待される。このような方向で，

地球システムモデルとは，大気・海洋・陸域における物・化・生の統合的な予測の成功例を，物理場の予測に物理現象を中心に取り扱う気候モデルに，炭素循環，窒ある程度実績のある熱帯域で積み重ねていくことで，将素循環をはじめとする物質循環や，それに関わる生態過

来的に他の海域での予測研究にも大きく寄与することが程を組み込んだモデルであり（ Hajima et al., 2014; Bonan

期待される。

and Doney, 2018; Kawamiya et al., 2020 ），海洋の物・化・最新の地球システムモデルは，2021 年から 2022 年に生の統合的理解とその予測を実現させるための基盤的な刊行予定の IPCC の第 6 次評価報告書（ AR6 ）に合わせ。その最大のメリットは，物・技術である（渡辺ら，2018 ）て，各国の研究者・技術者が開発したものである。しか化・生の双方向のフィードバックが表現可能なことであしながら，計 算 機 資 源 の 都 合 から，水 平 解 像 度 は 約。例えば，CO2 の溶解度の水温る（ Séférian et al., 2020 ）100 km 程度と粗く，これよりも細かいスケール（サブグ依存性に注目すると，地球温暖化に伴う水温上昇は溶解

リッドスケール）の中規模渦や乱流など物理現象につい度の低下による海洋の CO2 吸収の抑制をもたらすが，こては，モデルで表現できないためにパラメタリゼーショのことは，さらなる大気中の CO2 濃度の上昇と溶解度のンを行わざるを得ない。また，海洋生態系モデルが考慮低下をもたらしうる。実際の地球システムでは，このよしているプランクトンはたかだか数種類程度であり，種うなフィードバック機構のみならず，水の移流・拡散や，ごとに異なる生長（成長）速度や，その温度依存性，栄

生物活動，大気との物質交換など，さまざまな過程が複養塩濃度依存性といった生物多様性に起因する変動要素

雑に絡み合っている。熱帯（あるいは各海域で）でどのよに つ い て は 十 分 に 考 慮 さ れ て い な い（ Keller et al.,

うな機構が働いているのかを明らかにし，その役割を定2012 ）。例えば，海洋生態系モデルの出力に大きな影響

量的に見積もるためには，地球システムモデルのように，を与える植物プランクトンの生長速度の報告値は 0.11

物・化・生を同時に統合的に扱うアプローチが必要である。

day 1 か ら 1.08 day 1（ Eppley, 1972; Redalje and Laws,

地球システムモデルは，過去から現在までの地球環境

1981; Gieskes and Kraay, 1989 ），栄養塩制限のない条件の変動の理解や，CO2 排出シナリオに応じた地球温暖化

で も 0.26 day か ら 2.75 day （ MacIntyre et al., 2002 ）の将来評価などに役立てることができる。また，地球シと，非常に幅が大きい。この変動には生物種毎に異なる

ステムモデルでは ENSO などが再現されていることから，

成長および呼吸・代謝における水温，光環境依存性や栄

-

-

-1

-1

熱帯における現象の理解，さらにそれが全球気候にもた

養塩要求性が影響していると考えられるが，その知見はらす影響なども明らかにすることが可能である。気候変限られている。さらに，有機物の沈降速度の粒子サイズ

動 に 関 す る 政 府 間 パ ネ ル（ IPCC ）の 第 5 次 報 告 書

依存性についても現場の知見が不足しており，モデル中（ AR5 ）では，地球システムモデルを用いた研究結果に基。モデルのでは考慮されていない（ Omand et al., 2020 ）づき，将来の CO2 排出増加に伴う気候変化や，海洋の改善のためには，パラメタリゼーションの高度化が有効

熱，CO2 吸収といった役割，さらに地球温暖化の海洋生ではあるが，特に生態系に関して，多様性のある生態系

海洋学の 10 年展望 2021：熱帯

115

を数種類のプランクトンで表現することには限界がある。

らに，地球システムモデルに必要となる変数には，現場

今後，モデルを高度化するためには，高解像度化，パラでしか測定できないパラメータが数多くあり，これらのメタリゼーションの高度化を行うとともに，生物多様性

変数の取得のためにも，船舶観測が不可欠である。国内を考慮し，生態系モデルの複雑化・精緻化を図る必要が研究船による熱帯域調査航海は，ブイ観測が実施されてある。このためには，計算機能力の向上に加えて，パラ

いた 1990 年代後半から 2000 年代にかけて JAMSTEC

メタリゼーションの基盤となるサブグリッドスケール現の「かいよう」や「みらい」等を中心に赤道東西横断観

象のプロセス解明のための船舶を用いた研究の進展が欠測や，長期定点観測などが活発に実施され，ENSO に伴。それゆえ，高性能なモデリン
かせない（ 3.3 節で後述）

う海洋環境変動の実態理解に大きく貢献してきた（松本 ,グを実現するには，相当な時間が必要であると考えられ2012; Shiozaki et al., 2013 ）。近年は，ブイ観測の中断にる。今後は，地球システムモデルの高度化とともに，地伴う運航日数や船舶の削減の影響もあり，現場観測の機

球システムモデルの結果を高解像度領域モデルに組み込会は大きく減少しているものの，広域モニタリングによみダウンスケーリングしていく研究の進展が見込まれる。

るデータ蓄積や地球システムモデルの開発が進み，多く

このように，改善の余地は多々あるものの，地球システのパラメータにおいて現場における観測・測定の必要性

ムモデルは，自然科学の多岐に渡る分野の個々の知見をが高まっている。例えば，モデル間で用いられている係

包括的に統合・反映するための土台となる基盤的技術で数が異なり，出力に大きな影響を与える植物プランクトあり，その高度化・高性能化の努力は，地球環境のもとン等生物の成長や呼吸・代謝と水温の関係，一次生産を持続的な活動を続けるために，人類全体の科学的な財産左右する微量金属元素の化学形態や動態，窒素固定・脱になりうる。

窒・硝化速度，生物ポンプを介した有光層以深への炭素

地球システムモデルの高度化のためには，シミュレー

輸送の動態を左右する生物群集の種多様性，これらの過ション結果を，観測データを使って丁寧に検証する作業

程に関与する生態系の頑健性・脆弱性などは，高度な観が必要である。しかし，そのための観測データが圧倒的測性能を備えた研究船による現場調査でなければ明らかに不足している。例えば，炭素循環については，唯一広にすることができない。従来から維持されている各機関

域分布図が存在する海面 CO2 フラックスを用いて検証すのモニタリング観測に加えて，出来るかぎり広い時空間るのが一般的であるが，2.2 節で述べたように観測網が充スケールを網羅した船舶観測の充実は，熱帯海洋におけ実してきたとはいえ，観測データを元に推定された広域

る物・化・生過程の統合的理解の要である。最新の観測

分 布 図 に も 不 確 実 性 が 残 さ れ て い る（ Watson et al.,手法を取り入れて，可能な限り物・化・生の変数を同時2020 ）。また，観測が十分に進んでいないためにモデルに観測する熱帯太平洋の横断観測に加えて，南北赤道反研究でもあまり注目されてこなかった海洋内部のプロセ流域を網羅した子午線面縦断観測や，東部に比べ未だ調スについても，観測，モデル両面から研究を発展させる

査例の少ない西部暖水プール周辺域や東部インド洋など必要がある。前述した BGC Argo に代表される観測網のを対象とした継続的な調査航海の実施が望まれる。一般

発展により，地球システムモデルの丁寧な検証が可能とに広大な熱帯域を対象とする船舶調査は，各測点につきなり，その結果として，モデルの検証と改善が進み，そ1 日から 2 日程度の時間を充てるスナップショット的なの不確実性も徐々に低減していくことが期待される。

観測が主体となることが多いが，より細かい時空間変動

3.3. 船舶による高頻度・高解像度観測に着目した停船観測や複数船同時観測なども今後は推進する必要がある。これら多面的な観測アプローチは，地

船舶等を用いた現場観測に基づくプロセス研究の充実

球システムモデルの高度化に不可欠であるばかりでなく，も必要である。BGC Argo や衛星は，海洋全体の環境を広域モニタリングでは検出できない未知の過程を発見で高頻度で把握できるという利点がある一方，搭載できるきる可能性を秘めている。プロセス研究で得られた知見

センサーの数やデータ精度に限界があり，また常に現場を，領域海洋システムモデリングや地球システムモデリの観測値を用いたキャリブレーションを必要とする。さングの研究にフィードバックすることで，その生物・化116

土井・安中・高橋・渡辺・東塚・栗原

学パラメータの精緻化や高精度化を実現させることが重シアが強く，活発な鉛直混合が起きている可能性がある要である。

ため，ENSO の物理的な知見を深めるためにも鉛直混合

また，機会が限定される研究船による調査航海の観測過程に関する観測の強化が必要である。実際，1 点のみを補う手法として，漁船や商船などとの連携も強化すべではあるが，赤道上西経 110 度の TAO ブイに設置されきである。海面水温を含む海上気象データや XBT によたχpod と 呼 ば れ る 測 器 に よ る 観 測 は， 鉛 直 混 合 がる亜表層水温などのボランティア船観測は古くから行わ

ENSO の盛衰に重要である可能性を示した（ Warner and

れてきたが，近年はさらに多岐にわたる観測が行われてMoum, 2019 ）。乱流センサーを搭載したプロファイリン。例えば，国立環境研究所でいる（ Smith et al., 2019 ）グフロートの展開（岡ら，2021, 本特集；橋濱ら，2021, 本は，日本を発着する商船による CO2 分圧測定に加えて，特集）と連携することで，このような研究の発展が期待

表層海水サンプリングによる栄養塩観測を行っており，される。さらに，係留ブイは，他の観測データのキャリ

各項目の海盆スケール分布が明らかにされつつある（ Na-

ブレーションにおいても重要である。

kaoka et al., 2013; Yasunaka et al., 2014 ）。また，連続採

衛星や Core Argo の維持・発展も欠かせない（ Hermes

集器による動物プランクトン観測の多くも，貨物船や。近年は，フェリーで行われている（ Chiba et al., 2012 ）et al., 2019; Smith et al., 2019; Beal et al., 2020; Brett etal., 2020 ）。現在，衛星によって海面高度や海面の水温，フィルターサンプリングによる遺伝子解析も可能になっ

塩分，運動量・熱フラックス，海流などが観測されてい。このような成功例を契た（ Cheung et al., 2020, 2021 ）。また，Core Argo により海洋る（岩本ら，2021, 本特集）

機に，日本を発着し，熱帯域を経由する商船（例えば，内部の水温・塩分が観測されている。これら恒常的に入中南米，オセアニア，インド洋方面便など）と連携がで手可能な広域観測データを，時空間的にさらに密に入手

きれば，観測基盤の飛躍的な発展が期待できる。商船・することができれば，新たな現象やプロセスの発見につ漁船による試料採取は，研究船による観測に比べて，項な が ることが 期 待 され る。 例 えば，熱 帯 不 安 定 波と目や精度に限界がある上に，排他的経済水域などの政治

ENSO の関係（ Imada and Kimoto, 2012 ）や，アラビア的問題や，冷凍サンプルの検出限界の技術的問題，セン海西部の渦活動とインドモンスーンの関係（ Seo, 2017 ）サーの自動化・小型化や人的リソースなど多くの課題がなどの理解が進むであろう。また，海色衛星によって植あるものの，連携によって得られる膨大なデータは，観物プランクトン量を解析する段階を超えて，植物プラン

測機会が限定される熱帯域の研究においてデータの空白

クトンを高次分類群毎に定量できる手法が確立されつつを埋める効果的なアプローチになる。

，日あるほか（ Hirata et al., 2013; Bracher et al., 2017 ）3.4. その他研究基盤の拡充

周鉛直移動性動物プランクトン・マイクロネクトンの分布量（生物量）を観測する試みも発表されている（ Beh-

大気海洋相互作用の活発な熱帯域においては，表層海

renfeld et al., 2019 ）。その実用化のためには，現場観測

洋や海上気象の連続観測は極めて重要であり，係留ブイとのキャリブレーションが不可欠であるが，物理・化学が果たす役割は大きい。主に日米協力で展開してきた熱パラメータに比べて広域データの不足が顕著な生物パラ

帯太平洋の TAO/TRITON ブイの観測網が，2014 年にメータの取得状況を劇的に改善する可能性を持つため，一時崩壊の危機になった事例は，多くの教訓を残し，上その発展に対する期待は大きい。

述 の TPOS2020 の 開 始 に つ な が っ た（ Ando et al.,

熱帯太平洋の沿岸付近や島嶼近辺海など比較的浅い海2017 ）。今後，熱帯域と日本の気候・海流を繋ぐ重要なにおいては，既存の広域観測網のデザインをそのまま適海域であるフィリピンや台湾の沖合で，新たにブイ観測用するのが難しいため，バイオロギング（ Harcourt etを強化することが計画されており（ Ando et al., 2021; 橋

al., 2019; March et al., 2019; 平井ら，2021, 本特集）や，，熱帯太平洋の西部から日本への影濱ら，2021, 本特集）

Wave グライダー及びセイルドローンなどの活用（ Fujita

響について新たな知見が得られることが期待される。さet al., 2020; Nagano and Ando, 2020 ），浅い海のためにらに，熱帯太平洋の東部では，海面付近と亜表層の流速設定したプロファイリングフロート展開などによる観測

海洋学の 10 年展望 2021：熱帯

117の導入を積極的に検討する必要がある。例えば，熱帯太長速度や生物活性と環境の影響などに関するプロセス研

平洋と熱帯インド洋を結ぶ海洋大陸は，熱塩循環や海洋究を促進させ，現在最も不足している各種モデルのパラ

物質循環などで重要な役割を担う海域であるが，比較的メタリゼーションに必要なデータを取得することが可能

小規模な変動を監視できるようになれば，太平洋―インになる。このような機能を有する施設は 2010 年にオースド洋間における海盆規模変動の相互関係の理解が飛躍的トラリアで 設 置 され ているが（ SeaSim：https://www.

。また，上述に進むと期待される（ Iskandar et al., 2020 ）aims.gov.au/seasim ），サンゴ礁海域への近さ，生物多様のコーラルトライアングル海域などを含む熱帯浅海域は性の高さ，安全性，電力の安定的な供給の面においてよ

世界の生物多様性中心であると同時に，人口の急増及びり優位な立地条件をもつ琉球列島に研究施設を設置でき経済の発展とともに海洋環境が激変している海域でもあれば，現地調査・実験・広域モニタリング・モデリング

るが，観測データの不足が問題となっている（ Sprintallなどの融合研究が可能な唯一無二の拠点として，熱帯太et al., 2019 ）。これらの海域は複雑な地形を示すことか

平洋の海洋生物研究の飛躍的な発展に繋がると期待されら，数から数 100 m 規模で面的な観測網を設定することる。

が，生態系の保全や対策に企てる上で重要である。また，サンゴの白化や酸性化の監視のためには，より高頻度・3.5. 観測網の最適化とデータベース化

高密度な観測が重要であることから，小型係留ブイなど

海洋観測網の発展は，科学の発展に必要不可欠であるによる多定点での連続的な環境観測に自動採水器を組みが，そのための測器の購入や船舶の運航には多大な費用合わせた観測手法の確立が望まれる。さらに，サンゴ礁がかかるため，その費用対効果を考え，持続可能な観測やマングローブのモニタリングとして，ドローン，水中網の設計を議論する必要がある。国際協力のもと，日本

ドローン，遠隔操作型の無人潜水機など（木田ら，2021,の限られた観測リソースを巧みに活用して，どのように本特集）による画像観測を実施し，得られた大量のデー

大きな成果を創出していくかを考えていくことは今後

タを AI 技術によって解析することで，より正確で効率益々重要になってくる。そのためには，実在しない仮想性の高いモニタリングシステムが構築できると期待され的な観測データの同化インパクトを評価するシミュレー

る。

ション実験（観測システムシミュレーション実験）や，実ENSO による生態系や環境への比較的広域な影響を理際の観測データの同化インパクトを評価する実験（観測

解・予測することに加えて，その情報を対象海域にダウシステム実験）などを駆使し，どのような海域で，どのンスケールし，現地調査・実験などの沿岸研究と連携すような変数の観測が，どのくらいの精度で，どのくらいることで，人間社会・経済活動により直接的に働きかけの数必要かなどを定量的に見積もることで，最適な観測ることが可能となるかもしれない（木田ら，2021, 本特網の設計を議論できるようになるのが望ましい。例えば，

集）。そのような沿岸プロセス研究を強化するための一例

ENSO の事例毎の多様性に踏み込んだ予測を成功づけるとして，日本の地の利を生かして，琉球列島に，温暖化海域などが特定できれば，限られた観測リソースを対象

や酸性化，サンゴ礁への影響などについて研究する観海域に重点的に割り当てることが可能となる。一方で，測・研究ステーションを建設することを提案したい。ブ

このような実験結果は，使用するモデルやデータ同化にイ観測などと連携し黒潮上流域にあたる熱帯太平洋の西関するパラメータに強く依存することがあり，その結果部に遡るような観測網を構築できれば，熱帯の変動が下。そのの解釈には注意が必要である（ Fujii et al., 2019 ）流域生態系にどのような影響を与えるのかを理解する上ため，地球システムモデルのような最先端のモデルだけで大きな進展をもたらす。熱帯域研究の中緯度域研究へでなく，既に実績のある気候モデル，領域海洋モデル，の貢献という意味でも重要である。さらに，施設には観海洋生態系モデルなども使い，多様なデータ同化手法を測機能と同時に，例えば 海水温，pH，光，栄養塩，塩

掛け合わせて，マルチアプローチで取り組むことで，頑分，溶存酸素，流速などの環境要因を制御可能な実験室

健性の高い評価が可能になると考えられる。まずは，数を整備できれば，様々な熱帯・亜熱帯域の各種生物の成値モデル間や，再解析データ間で，不確実性が大きい海118

土井・安中・高橋・渡辺・東塚・栗原

域や変数を評価し特定することが，海洋観測網の発展や始める基盤を整えるために，重要変数の統一的なデータ

数値モデルの改良を戦略的に進めるために重要である。

ベースの構築が望まれる。さらに，観測値を用いたプロ

海洋観測データを取得する機会は限られるため，質，セス研究やモデル検証のためには，時空間的に不均一に数，手段などを考慮しながら，多種多様なデータを，容存在する観測データの格子化が有用である。これまで，

易に，統合的かつ包括的に共有するためのシステムを構

統計的手法による海洋 CO2 分圧や海表面の栄養塩の格子築し，その価値を最大限に高めていくことも重要であ化が行われてきたが（ Yasunaka et al., 2019; Iida et al.,る。例えば，衛星，Core Argo，係留ブイ，船舶観測な

2021 ），他の変数に関しても格子化データセットの作成

どによる水温と塩分のプロファイルデータに関しては，が望まれる。人工知能解析などを駆使し，観測された変統合された格子データが全球で準リアルタイムに誰でも数を学習し，観測のない過去のデータを推定する手法な入 手 可 能 な シ ス テ ム な ど が あ る（ EN4, https://www.

どが確立することも期待される。また今後は，何か異常

metoﬃce.gov.uk/hadobs/en4/ ）。 一 方 で， 化 学・ 生 物

な海洋現象が起こった時に，早急にその理由を解析し，データは，非公開のものも多く，公開されていても限定速報的にでも状況を説明することを，益々社会から求め的であり，ユーザーにとって利便性に欠ける場合も多い。

られるようなると考えられる。学術的にも，新鮮なデー

このような，存在するが使える状況にないデータ（いわタを解析できた方が，好奇心が刺激され，科学の発展もゆる眠っているデータ）の有効活用は重要な課題である。

促進されるであろう。すなわち，データベースには，速前 述のように，海洋 CO2 分 圧に関しては，SOCAT や報性の高さも必要である。

LDEO といったデータベースがある。栄養塩に関しては，
World Ocean Database（ WOD, https://www.ncei.noaa.

3.6. 熱帯海洋システムの実況や将来予測の可能性

gov/products/world-ocean-database ）や Global Ocean

ここまで議論してきた観測やモデルなどの研究基盤のData Analysis Project（ GLODAP, https://www.glodap.

充実化により，物・化・生の統合的理解を深めることがinfo/ ）, GEOTRACES（ https://www.geotraces.org/ ）なできれば，その先には，現在のように水温や塩分などのどで，データの収集・公開がなされているが，未登録の海洋物理変数の再解析データを超えて，物・化・生が統データも多くある。データの種類が多種多様であるだけ合された再解析データを構築する現実味が増す（ Fennel

でなく，同じ変数でも，観測手法や測定方法による差があet al., 2019; Capotondi et al., 2019 ）。大気では，物理場

るなど，画一的なフォーマットで扱うことが難しいことも，と化学場の再解析データ作成の試みが既に始まっている

その要因だろう。その他，データ共有サイト PANGEA，非線形的な相互作用の影響がが（ Gaubert et al., 2016 ）（ https://www.pangaea.de/ ）にも多数のデータが登録され強く，不確実性が大きいなどの問題がある。海洋の場合ている。こちらは，あらゆるデータを登録することができも同様の問題が大きくのしかかると想定される。海洋のるものの，データフォーマットが統一されておらず，デー

物・化・生に関する複数のデータを同化させようとする

タを抽出し解析するのは容易ではない。水産資源のデータアプローチは，近年，急速に注目されてきており，いくは，国 際 連 合 食 糧 農 業 機 関（ FAO ）の サ イト（ http://

Salon et al（. 2019 ）では，
つかの成功実績もある。例えば，

www.fao.org/ﬁshery/statistics/global-production/en ）な

BGC Argo で観測された化学・生物関連変数や，衛星でどから入手できるが，物理場や化学場などと統合的に解観測された海表面 2 次元クロロフィル a データを海洋領

析を進めるのが容易ではない。加えて，経済戦略や外交域モデルにデータ同化した。このように，現在でも潤沢に関連する水産資源のデータは公開されてないことも多に得られるデータ（例えば衛星観測される海表面クロロ

い。

フィル a データなど）に加えて，新たに BGC Argo フ

近年，海洋環境と海洋生態系の現状把握のために重要ロートの観測データを，今までより一層積極的にデータな変数の洗い出しとデータ収集の枠組み構築が，国際的同 化 に 活 用 す る こ と が 期 待 さ れ る（ Internationalに議論されるようになってきた（ Muller-Karger et al.,Ocean-Colour Coordinating Group（ IOCCG ）, 2020 ）。

2018; Pinardi et al., 2019 ）。物・化・生の統合的研究をさらに先の未来を見据えた時，物・化・生の変数が統119

海洋学の 10 年展望 2021：熱帯
合的に扱われた広域再解析データがリアルタイムに更新及ぼすかについても予測情報を提供できるようになるかされて，さらにそれを初期値として，その数か月後からもしれない。そのような萌芽的研究成果も発表され始め数年後の将来予測シミュレーションの情報が随時更新さ，SDGs「 14. 海の豊さを守ており（ Song and Park, 2021 ）れていくような技術の実現が期待される。その結果，例

ろう」などの社会要請により直接的に貢献可能となるこ

えば，海水温の上昇・海洋の酸性化・貧酸素化・CO2 吸とが期待される。
以上，述べた将来構想を Fig. 2 で模式的に示す。

収が，現在，熱帯海洋のどこで，どのように進んでいるのかを実況することに加えて，数ヶ月後に予測される

ENSO の発生に伴い，どのような海域で，それらが促進・

3.7. 大規模プロジェクトの立案・実施に向けて停滞するのかなどについて早期に警戒情報を伝えること

ここまで研究の将来構想を論じてきたが，これらを実が可能になるだろう。このような比較的広域な予測情報

現・推進し，得られた知見を統合していくためには，分を沿岸地域にダウンスケールすることで（ Jacox et al.,

野横断型の大規模プロジェクトの立案，実施が鍵となる。

2020 ），人間社会・経済活動により直接的に関係する情

これまで日本の熱帯海洋研究では，他の領域にくらべて報を創出し，どの程度の損失が見積もられるか，あるい

分野横断型の大型プロジェクトが少ないという問題点がはそれに備える対策が可能かなどを評価・議論することあった。ENSO など経年的な変動予測精度が最も高い熱も可能となるかもしれない。また，2.3 節でレビューした

帯太平洋は，物・化・生の各過程が連携・協働し，海洋ような生物学的な研究がさらに発展することで，海洋環システムの真の統合的理解を進めるための最適な実証基

境場の変動が，水産・魚類資源などにどのような影響を盤であり，この視点から，新たに分野横断型の大型プロ

将来構想

高密度・高解像度観測網
ブイで
定“点・線”の観測
船舶で“点・線”の
現場観測

新たな観測

(バイオロギングなど)

観測デザインに貢献

人工衛星で“表面”の広域観測

キャリブレーション
最適化

Argoで
Argoで
“海中”の水温・塩分”“海中”の水温・塩分”
広域観測
広域観測
乱流フロートで乱流フロートで拡散係数の観測
拡散係数の観測

サンゴ礁・生物多様性への影響（琉球列島に観測ステーション構想）

地球システムモデル(気候モデルに，炭素循環，窒素循環などの物質循環や，それに関わる生態過程を組み込んだモデル)

プロセス研究検証・精緻化BGC Argo

溶存酸素，pH，硝酸塩，

クロロフィルa, 後方散乱などの海中観測データが桁違いに増加！

AIによる補間・格子化

モデリング研究

高解像度化

パラメタリゼーションの高度化
生物多様性を考慮した複雑化
大型計算機の発展

データ同化

物理・化学・生物の統合的理解(e.g. AIMS SeaSIM)

物理・化学・生物に関する変数が統合的に扱われた実況値や，数か月後から数年後の将来予測値が随時更新されていくシステム

例えば，海水温上昇・酸性化・貧酸素化・CO2吸収が，現在，熱帯海洋のどこで・どのように進んでいるか?
また，数ヶ月後に，ENSOに伴い，それらが促進・停滞するのかなどについて予測可能に！

＃BGC Argoやバイオロギングは，(平井ら, 2021, 本特集)で・サンゴの白化や水産資源の変動について
・ダウンスケーリングで沿岸研究と連携

Fig. 2 Schematic image of the decadal vision.

結果として，地球温暖化の将来影響評価にも貢献

120

土井・安中・高橋・渡辺・東塚・栗原

ジェクトを推し進める必要がある。まずは，熱帯太平洋

善する可能性を評価する。

の西部を対象に，ENSO に伴う海洋循環・物質循環・生その他の節でも，いくつかの具体的な研究課題を例示

態系の変動機構を，各プロセスの時空間規模が異なる可したが，更なるアイデアや議論が必要であることは言う

能性を考慮しつつ，統合的に理解することを目的としたまでもない。分野横断型のプロジェクトを立案する際にプロジェクトが考えられる。

は，個々の研究者の研究をマージさせていくのではなく，また，ENSO そのものの予測を改善するためのプロジェ

現象・現場側から必要なアウトプットを考えていくアプ

クトも考えられる。クロロフィル a は，海洋表層での短ローチの方が，実質的な連携像を描きやすいかもしれな

波吸収に関わるため，混合層の熱収支にも影響を与えうい。本構想では海洋システムとして物・化・生の統合的。現在，エる（ Lewis et al., 1983; Nakamoto et al., 2001 ）理解を軸としたが，実際の海洋システムは大気，陸域，

ルニーニョ予測に使用されている気候モデルのほとんど

人間圏などとも密接に関っている。そのため，大気化学

では，衛星から得られた海表面クロロフィル a の月別気や陸域生態系の影響（例えば，窒素沈着，ダストの巻き候値を入力値として，海洋表層での短波放射の吸収量を上げと鉄沈着，河川による栄養塩流入，亜酸化窒素やジ計算している。しかし，海表面と亜表層のクロロフィル

メチルスルフィドの大気への物質供給と温暖化の影響）

a は必ずしも連動して変動しておらず，短波放射の吸収など，様々な課題も考えられる。本構想をきっかけにま量の変動が現実的に表現できているとは言い難い。また，ずは問題意識を共有し，継続的な議論を通して，熱帯で海表面クロロフィル a の経年変動を考慮することで，の分野横断型の大規模プロジェクトを始動する努力を続

ENSO の振幅が 10-30％程度小さくシミュレーションさけていく必要がある。

れることも報告されている（ Jochum et al., 2010; Kang etal., 2017 ）。熱帯太平洋の東部では，エルニーニョ現象に

3.8. 研究者ネットワークの構築・強化

伴い，温度躍層が深くなり，湧昇による栄養塩の供給が物・化・生の研究者が，完全に独立して研究していた減少する。その結果，海表面クロロフィル a 濃度が低下時代から，個々の研究者の手の届く範囲で少しずつ協力

し，生物系による短波放射の吸収量が減少するため，エするようになったのが現在の状況である。実際に，物・ルニーニョ現象による高温偏差を抑制するフィードバッ

化・生の統合的理解と予測研究を実施するためには，分クが働くことが示唆されている。風応力に対する力学的野を跨いだ研究者間のコミュニケーションの強化が必要

応答より，短波放射による熱力学的応答の方が早いため，不可欠である。まず，日本の熱帯海洋学コミュニティとクロロフィル a が ENSO の予兆として重要である可能性

しては，世界の研究の潮流を意識しながらも，その動向。さらに，熱帯太も指摘されている（ Park et al., 2018 ）に影響されすぎないように，しっかりとした研究の軸を平洋の東部は，鉄が一次生産を規定しているため，海表構築し，コミュニティの活性維持を図ることが重要であ

面水温，亜表層水温，対流活動，風などが関わる物理変る。例えば，熱帯太平洋の西部における船舶やブイによ

数のフィードバック機構に加えて，クロロフィル a，鉄，る観測を基盤とした海洋循環や栄養塩循環，カツオ・マ

硝酸塩，短波放射の吸収などが新たに関わる物・化・生

グロ類の初期生態などについての理解の大幅な進展にの双方向のフィードバック（ Lee et al., 2014; Zhang etは，日本の研究者が果たしてきた役割が大きい。日本のal., 2018; Tian et al., 2020 ）を，モデル内で精緻に表現す

熱帯海洋学コミュニティの独自性を考慮して，研究基盤る必要がある。地球システムモデルは，海洋 CO2 吸収とを持続的に発展させることが重要である。個々の研究の密接に関わる海洋一次生産量に付随してクロロフィル a

質の高さが重要になるのは言うまでもないが，一個人でを計算するため，このような研究に有効である。その上できることには限界がある。まずは国内コミュニティので，既存の物理変数だけでなく，BGC Argo などで観測

ネットワーク形成を強化し，日本独自に重点的に取り組されたクロロフィル a や硝酸塩の濃度に関するプロファ

む課題を持つことで，限られた研究資源（人や観測など）

イルデータに加えて，船舶でのみ観測可能な鉄に関するを集中させることが必要である。その結果，日本の熱帯変数を初期値に取り込むことで，エルニーニョ予測が改

海洋学コミュニティの国際的なプレゼンスが高まり，熱海洋学の 10 年展望 2021：熱帯121

帯研究を推進する国際大型プロジェクトにも大きく貢献

とも可能であろう。持続可能な漁業に対する認証制度とできるようになると期待される。例えば，分野横断型のして 考 案 され た，海 のエコラベ ル（ https://www.msc.

勉強会やブレインストーミングを定期的に実施し，国内

org/jp/what-we-are-doing/thisiswildJP ）などを参考に，のプロジェクトや研究航海の計画を立てる作業は重要で協力企業に学会として認証を発行する案も考えられる。

ある。熱帯域をフィールドとする国内研究者が比較的少船舶による熱帯の現場観測では，観測時間の確保と同ないという点が，このようなコミュニケーションの強化

時に，排他的経済水域内での相手国との交渉も重要であに有利に働くかもしれない。一方で，熱帯研究者が少なる。また，陸側からアプローチする沿岸域の観測においい現状を解消するため，熱帯研究の重要性や科学的な面ては，現地研究者の協力が不可欠である。そのため，関白さを発信する基盤を強化することも必要である。熱帯

連国との国際共同研究の枠組み構築が熱帯研究の推進に域と連結する環境を扱う研究への親和性を高めるため，は欠かせない。近年，国内の大学院において多くのイン熱帯から他の領域（例えば，中緯度域や深層域など）へ

ドネシアやフィリピンなど東南アジアからの留学生が学の影響がどの程度及んでいるのかという情報を共有する

位を取得し，母国で活躍している。彼ら・彼女らを中心ことによって，熱帯域に対する研究者の関心を高めるこに，出身講座や国内コミュニティとの関係を維持・発展とが効果的であろう。さらに，海洋学会の大会セッショ

させ，国際ネットワーク形成を強化していくことが期待

ンやシンポジウムだけでなく，他学会（例えば，サンゴされる。また，同じ観測船に乗り，同じフィールドで現学，水産学，気象学，陸域生態系学，社会学など）との場観測を行うことは，コミュニティの連携強化と研究進連携によって，学際的な国内の熱帯研究者のネットワー

展に大きく寄与する。その意味でも船舶による現場観測

クを作ることは有効である。そのためには，例えば，は，熱帯研究の進展の強い推進力になる。まずは , 比較

「 ENSO 」など，共通のキーワードを軸として，これに興的少数の研究者でも確保できる予算（例えば，科学研究

味がある研究者を学際的に集めたコミュニティの形成な費助成事業の国際交流事業や科学技術振興機構の地球規どが考えられる。
さらには，官庁や企業なども含んだコミュニティを形成し，このような研究活動を広く知ってもらうことも重模課題対応国際科学技術協力プログラムなど）を利用し，
小規模でも国際研究コミュニティを形成することが重要である。

要である。例えば，3.3 節で議論したように，漁船や商船などとの連携促進のためには，研究者と企業の双方にメリットがある体制を考える必要がある。
「市民参加型の科（ https://学」が謳われている「国連海洋科学の 10 年」

4. まとめ近年，持続可能な社会の発展のために海洋の重要性がoceanpolicy.jp/decade/ ）のフレームワークを活用し，環益々認識されるようになった（例えば，「国連海洋科学の境保全活動の一環として，ENSO 予測や温暖化将来予測

10 年」）。特に，熱帯の海には，ENSO などのように，世への貢献を強調することで，官庁や企業側と連携する体界の異常気象・気候不順の引き金となる大規模現象があ制を，研究者との協働・対話で新しく見出すことができり，水産業や漁獲に影響するだけでなく，農作物の収量るかもしれない。併せて，気象，海流，水温などの情報

変動や，マラリアなどの感染症流行，山火事などにも大を考慮した上で，燃料や CO2 排出量を最低限に抑えるた

きく影響する。従って，物・化・生の統合的理解とそのめの最適な航路の情報などを研究者側から提供すること

SDGs のうち，「 14. 海の豊さを守ろう」，
予測が実現すれば，で，効率的な操業を支援することも考えられる。このよ「 2. 食の安「 13. 気候変動に具体的な対策を」はもちろん，

うな取り組みは，CO2 排出量の削減を通した地球温暖化

全」，「 3. 健康」に具体的に貢献できるため，人類の持続対策にも繋がる。加えて漁船に関しては，得られたパラ

可能な社会構造を支える科学的基盤になるであろう。

メータを漁獲データと併せて解析することで，漁場環境

そのような方向性で将来を構想した時，今後 10 年程の形成や変動過程についての解析結果を還元し，漁場探度の熱帯海洋研究の鍵になるのが，衛星や BGC Argo フ

索や資源変動予測に活用できるような仕組みを考えるこ

ロートによる化学・生物変数の広域観測データの飛躍的122

土井・安中・高橋・渡辺・東塚・栗原

な増加と，それらでは把握できない重要変数を観測するための船舶や係留ブイによる現場観測の発展である。このような様々なスケールで得られた高頻度・高解像度デー
タセットに基づき，個々の現象について，物・化・生の統合的なプロセス研究やモデリング研究を進めると同時に，それらの融合（データ同化）や予測についての研究を発展させることが重要である。特に，BGC Argo フロートによる観測データと地球システムモデルを両輪とした広域な海洋システムを扱う研究に加えて，船舶・係留ブ
イ観測など現地調査を基盤としたプロセス研究を進め，得られた新しい知見を，双方にフィードバックすること
で，熱帯海洋システムの統合的理解を深めることが必要

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今後は，科学者の果たすべき役割として，学術的知見を深めることだけでなく，環境変動・変化に関する社会経済的な損害に関して，科学的知見に基づく対策・適応策を提言することを社会から一層求められるようになっていくであろう。そのため，好奇心に突き動かされた科
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謝 辞
本稿の作成にあたり，以下の方々（敬称略）と 2 名の匿名の査読者から貴重な助言をいただきました：相木秀則，植木巌，江淵直人，岡英太郎，桂将太，須賀利雄，
永野憲，西岡純，長谷川拓也，升本順夫。深く感謝申し上げます。

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Takeshi Doi 1＊, Sayaka Yasunaka 2, Kazutaka Takahashi 3,
Michio Watanabe 4, Tomoki Tozuka 5, 1, and Haruko Kurihara 6
Abstract
A review of progress in oceanographic research in the tropics over the past decade isprovided. Physical and biogeochemical oceanographic perspectives regarding directions forthe next decade are proposed, with a special focus on the El Niño-Southern Oscillation (ENSO)
in the tropical Pacific. Although physical understanding of the ENSO has considerably
advanced and its dynamical prediction has now become possible, our understanding of
mechanisms and ability to predict variations in the material cycles, biological production, andbiodiversity associated with the ENSO is still rudimentary. Because eﬀects of internal natural
climate variability on the marine system (e.g., ocean warming, acidiﬁcation, and deoxygenation)
have become more serious with global warming, comprehensive understanding and moreaccurate prediction of the ENSO and its eﬀects on the tropical ocean system are becoming
increasingly important. This research will also be key to anticipating changing societal needs
as ocean conditions change. In particular, basin-scale studies based on Biogeochemical Argoﬂoats and earth system models, process-oriented studies based on ship/buoy observations andexperiment/observation by local research stations, and feedback between the basin-scalestudies and the process-oriented studies will be key in the coming decade. The tropical Paciﬁc
is an optimal testbed for innovative cross-disciplinary programs that contribute to better
understanding and prediction of the ocean system, because its interannual variations
associated with the ENSO are highly predictable relative to other oceans.

Key words: future planning, physical and biogeochemical perspectives, ENSO, prediction(Corresponding authorʼs e-mail address: takeshi.doi@jamstec.go.jp)(Received 15 July 2021: accepted 11 October 2021)(doi: 10.5928/kaiyou.30.5̲105)(Copyright by the Oceanographic Society of Japan, 2021)

1 Research Institute for Value-Added-Information Generation, Japan Agency for Marine-Earth Science andTechnology (JAMSTEC), 3173-25 Showa-machi, Kanazawa-ku, Yokohama, Kanagawa 236-0001, Japan
2 Research Institute for Global Change, JAMSTEC, 2-15 Natsushima-cho, Yokosuka, Kanagawa 237-0061, Japan
3 Graduate School of Agricultural and Life Sciences, The University of Tokyo, 1-1-1 Yayoi, Bunkyo-ku, Tokyo
113-8657, Japan
4 Research Institute for Global Change, JAMSTEC, 3173-25 Showa-machi, Kanazawa-ku, Yokohama, Kanagawa
236-0001, Japan
5 Graduate School of Science, The University of Tokyo, 7-3-1 Hongo, Bunkyo-ku, Tokyo 113-0033, Japan
6 Faculty of Science, University of the Ryukyus, 1 Senbaru, Nishihara, Okinawa 903-0213, Japan* Corresponding author: Takeshi Doi
e-mail: takeshi.doi@jamstec.go.jp

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