新潟県付近の日本海における水環境の変動把握

1. はじめに

水工学研究室

廣川

渉

指導教員

細山田 得三目的とする．そのために，長大な海岸線と冬季に特近年，地球温暖化による気候変動，海面上昇，高徴的な気候となる新潟県を含む日本海側における気温被害などのさまざまな影響が全球規模で進行して候，気象，海象変動を対象として，統計解析を行いいる．

簡易に特性把握と条件解明を行う．

日本国内においても同様に海岸線の後退や農作物の高温被害が報告され、対策の必要性が求められてい3. 変動傾向る。

3.1

日本海側気温と海面水温変動

日本国内の海岸工学分野における温暖化に関する

日本国内日本海側の気温偏差と日本海の海面水温研究は，観測結果から資料から異常気象時の条件解偏差(5 年移動平均)を図 1～図 3 に示す．用いた資料

明や長期観測結果から変動特性の把握を行う統計解は気象庁の年平均気温を 1981 年～2010 年までの平析と解析モデルに IPCC の将来気候予測を取り込み均値からの偏差資料として用いた．海面水温は気象

台風などの将来予測を行う数値解析がある．現状で庁より年平均海面水温偏差資料を用いた．こちらもは数値解析による研究が盛んであるが，計算時間，偏差は 1981 年～2010 年までの 30 年間の平均値から設備・ランニングコストが膨大である．そこで，統の差となっている．また，日本海の海面水温偏差は計解析を用いて簡易的に温暖化による変動特性や沿気象庁の海域分けに従い，日本海を 3 つの海域に分岸被害発生の条件を解明することが求められている．

け，緯度が低い方から北東部・中部・南部海域とし統計分野の研究においては海面上昇が沿岸域の環境ている．と生態系に及ぼす影響の予測と対策(2005,2,三村信夫)などが挙げられるが，主に海岸分野に重きをおい21.5た研究となっている．このように，統計解析の中で1も気候・気象・海象の変動を全般的に評価した研究

温 0度℃ -0.5()は少ない．また，現在日本国内の海岸堤防は更新時0.5-1期が迫っている．この更新時に温暖化の影響を盛り

寿都 気温
寿都 気温 平均北東部海域 水温北東部海域 水温 平均-1.5

込んだ設計指針を策定する動きがある．多くの海岸-2-2.51880

堤防を更新する際には莫大な費用がかかるため，国や地域によって異なる温暖化進行の特性を盛り込み，1900

図 11920

1940

1960

1980

2000

2020

寿都気温と北東部海域海面水温地域に沿った設計や優先すべき地域の選定が必要になってくる．

1.5

新潟 気温
新潟 気温 平均値

1

中部海域 水温0.5

2.

研究目的

温 -0.5度℃ -1()

本研究では，防波堤の設計指針の策定や水位上昇による海岸の消失などの国や地域によって異なる温-1.5

暖化進行の特性を把握し，地域の特性に沿った設計-2.5

や優先すべき地域の選定といった温暖化対策に寄与するために気候，気象，海象変動を把握することを

中部海域 水温 平均値

0-2-31880

図 21900

19201940

1960

1980

2000

新潟気温と中部海域海面水温2020

20.11.5柏崎 水位
柏崎 水位 平均値
中部海域 水温中部海域 水温 平均値

0.08

10.06
0.5

0.04

1.5
y = 0.0032x - 6.3888
10.50.02

(水位)

(0水
温℃

0(）

0
温
度 -0.5℃
-12m)

-1.5

-2.5
-3
1880

-0.02

境 気温
境 気温 平均南部海域 水温南部海域 水温 平均-21900

図 31920

1940

1960

1980

2000

-0.5

-0.04
-1-0.06
2020

-1.5

-0.08
-0.1
1975

境気温と南部海域海面水温

1980

1985

1990

1995

図 42000

2005

2010

-22015柏崎水位

北 東部 海域 の 海面 水温 を 除く 他の 観 測点 では

0.08

1900 年代からの気温と海面水温の上昇が確認でき

0.06

輪島 水位 平均値

30.04

南部海域 水温2た．北東部の海面水温は 1920 年代に水温の高い時期があり，他の海域と異なる挙動であるため上昇率が南部海域 水温 平均値
0.02

水位-0.02

水0 温℃-1-0.04-2-0.06-3)

水温共に 1980 年代～1990 年ごろにかけて著しい上(た．急激な温度上昇が生じている期間は気温，海面m)

温にも顕著な水温上昇が生じていることが確認でき

10(高く現れていない．しかし，1950 年以降には海面水

4輪島 水位-0.08
1975

1980

1985

1990

1995

2000

昇が生じている．1950 年代以前の観測でも 1950 年

図 5

輪島水位～1960 年にかけて上昇が発生している．その間の気表 1

水位上昇率

温と海面水温はほぼ横ばいの推移を示しており，階観測地点

段状に気温と水温が上昇していることが確認できた．

稚内
忍路
深浦
男鹿
鼠ヶ関
粟島
小木柏崎
富山
輪島
三国舞鶴
田後
西郷境浜田

また，気温と水温の変動は概ね同じ挙動を示しており，伴った変動をすることがわかった．

3.2 水位変動
図 4 に柏崎，図 5 に輪島の水位の経年変化を示す．
また，表 1 に各観測地点の水位上昇率を示す．用いた観測資料は国土地理院海岸昇降検知センターの年平均水位を用いた．
図 4，図 5 より水位は 1980 年以降上昇しているこ

2005

2010-42015

上昇率(mm/年)
観測開始年～1980 1980～2010-1-1.1
1.4-3.4
期間不足
-4.3
期間不足
-0.5
-2.7
-1.9-5.5
期間不足
0.5
1.3
-2.4
-1.6

-0.1
-0.006
2.5
1.5
0.4
2.3
-5.5
2
2.2
2.1
2.7
1.5
0.3
1.6
2.1
2.3とが確認できた．
また，表 1 の上昇率に示すように海面水温と気温

4. 水温鉛直分布の数値計算が急激な上昇を示した 1980 年代を境に水位の上昇4.1

率が上昇に傾向に転じていることが確認できた．

近年の海面の水温が上昇していることが確認でき

この様に，近年の気温，水温，水位は上昇していることが確認できた．

水温鉛直分布再現

た．海面水温が上昇すれば海洋内部の水温も上昇することが予想され，将来的には海洋内の水温も一様に上昇し，海洋の熱塩循環や現在の生態系が変化するといった影響が現れると考えられる．

そこで，現在の海洋内の水温を数値再現すること水温の冬季～夏季にかけての昇温は概ね表現できてで海面水温の上昇量から将来の海洋内部の変化予測いると判断した．図 4 に示す水温の鉛直分布を観測を行った．数値計算には熱拡散方程式を用い，新潟値の平年値と比較すると概ね同様の挙動を再現がで沖の水深 300m までを対象とし，水温が上昇する 4きており，特に 4 月時の冬型の水温鉛直分布から 8～8 月までの計算を行った．海洋内部の水温は日本月時の線形的な夏型の水温分布への移行をうまく表海洋データセンター(JODC)が解析を行い，日本付近現できていることが確認できた．の水温を算出している．しかし，海洋内部の水温計算は海流や海上風，日射等の要素から計算が複雑に4.2

水温鉛直分布将来予測なっている．そこで本研究では，JODC の解析値と4.1 で現在の水温鉛直分布を概ね再現できたこと

本研究の計算値が一致する熱拡散係数を熱拡散方程を受けて，将来の水温鉛直分布を予測する．用いた式に与え，再現を行った．このため,本研究の熱拡散資料は気象庁より発表されている現在までの日本海係数は厳密な海水の熱拡散係数の値ではなく，JODC中部海域海面水温上昇率 1.74℃/100 年(気象庁値)をの解析による海流や海上風の影響を内包した熱拡散本研究の計算モデルに与え，100 年後の水温分布の係数となっている．図 6 に 2008 年時の新潟沖の水温予測計算を行った．結果を図 5 に示す．また 100 年

経時変化を示す．本研究の計算値と JODC による解後までの海洋内の水温上昇量を図 6 に示す．

析値は概ね一致できている．
温度(℃ )
05101520253035030502510020

計算値 4月15日
温度 15℃(水深m150

計算値 5月16日(計算値 6月15日))

10

計算値 7月16日

200

計算値 8月16日

50m水深

2008年 4月値

100m水深250

入力値 海面5

2008年 5月値

JODC 解析値 50m水深

2008年 6月値

JODC 解析値 100m水深

300

JODC 解析値 海面

2008年 7月値

00

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

2008年 8月値

18000

タイム ステップ

図 62008 年

350

水温経時変化00510

温度(℃ )150.2

図 8

将来水温鉛直分布0.4

水温 上昇量(℃)
0.811.20.61.41.61.82020253005050

100

4月

100

5月

4月15日 計算値

150m

6月15日 計算値)

200

150

6月
7月

(）

5月16日 計算値

(水深水深ｍ

8月

200

7月16日 計算値
8月16日 計算値

250

4月 平年値(観測)250

5月 平年値(観測)6月 平年値(観測)300

7月 平年値(観測)300

8月 平年値(観測)

350
350

図 72008 年

水温鉛直分布

図 9

将来水温上昇量

図 8 より 4 月期には海面水温の上昇分が下層まで
しかし，台風等の短期的に急激な海洋撹拌の影響は一様に伝わり約 150m 水深程度まで 1℃以上の上昇再現ができないことがわかった．しかし，海洋内のが発生していることがわかる．8 月期では海面の水温は高くなっているが，下層に行くほど上昇量が低下していることが確認できた．

図 12 より日本海側を通過するケースの際は日本海側 3 海域の海面水温は高い傾向にある．

図 9 の水温上昇量と水の比重換算表を基に，100

反対に図 13 に示すように太平洋側で発達時には年後の海洋の熱膨張による水位上昇量を算出した．

東シナ海～関東の南の海域にかけての水温が平年よ

結果，4 月時には 3.6cm，8 月期には 8.8cm の熱膨張りも高い傾向にある．

が生じる結果となった．このように，水温の変動は4 月期で下層まで一様に高い上昇が生じること，水Pt.1

位上昇は 8 月期に特に顕著に影響が出るものと予想される．

5. 高波と低気圧
日本海側の特徴的な気候として冬季の高波の影響が挙げられる．この冬季の高波は西高東低の気圧

図 10配置の影響で低気圧が日本海側に強風をもたらすこ

爆弾低気圧経路 1
Pt.2とに起因している．そこで，冬季に高波をもたらす低気圧が生じる環境について海面水温，テレコネク
ション指標から環境条件の推定を行った．
用いた資料は全国港湾海洋波浪情報網(ナウファス)より，新潟港の 2001 年～2010 年の波浪資料．低気圧の資料は爆弾低気圧データベースより高波発生

図 11

爆弾低気圧経路 2

日時の低気圧の経路と規模を取得した．環境条件と同様にテレコネクションを比較する．日本海側でして気象庁より旬別海面水温偏差，冬季のアリュー

発達時には 10/12 ケースで AOI が負の値を示していシャン低気圧の勢力を示す北太平洋指数(NPI：Northる．また，ONI よりラニーニャ時の発生ケースが多Pacific Index)，米国海洋大気庁より月別北極振動指いこともわかる．両者に該当しない 1 ケースは NPI数(AOI：Arctic Oscillation Index),エルニーニョの発生が負の値を示している．太平洋側で発達時は AOI の判断指標として月別海洋エルニーニョ指数(ONI：影響が強くないことがわかる．ONI より，エルニー

Ocean NINO index)を取得した．

ニョ期間中に発生ケースが多いことがわかる．該当

冬季に新潟港で 5m 以上の高波が観測された 27 ケース中 21 ケースが爆弾低気圧の通過時であることしないケースは NPI が正の値を示していることがわかった．

がわかった．この爆弾低気圧は図 10，11 に示すように 2 つのパターンがあることがわかった．1 つ目は

32.5

東シナ海～太平洋側を通過するパターン(図 10),2 つ目は大陸～日本海を通過するパターン(図 11) ．発達
海域の違いを把握するため 5m 以上の高波時の環境

2002/12/17

偏差℃

2004/1/14
1

2004/2/23
2005/12/220.5
2005/12/26
2008/2/2402009/2/21)

気圧が発達した際の各海域の海面水温を示す．図 14

2003/12/20

1.5海面
水温(を調べた．図 12～図 13 に 2 つのパターンで爆弾低2001/12/15

2-0.5

2010/1/2
2010/1/13-1

2010/12/4-1.5～図 15 に前述したテレコネクション指標の値を示す．

-2

図 12

爆弾低気圧時の旬別海面水温

日本海

近が冷たい空気に覆われることがある．

32.5

日本海通過ケース AOI(全12ケース)02
2004/12/51.5海面
水温(偏差℃

2005/1/21

太平洋通過ケース AOI(全9ケース)

2005/2/5

1

1以上

3

2006/1/4
0.5

2007/1/8
0

3-1以下

上記以外

9

2007/3/13

1以上

4-1以下

2006/12/29

上記以外

2)

2008/1/24-0.5

太平洋通過ケース ONI(全9ケース)

日本海通過ケース ONI(全12ケース)

2010/2/6-1-1.52-2

2

エルニーニョ

3

エルニーニョ
ラニーニャ

ラニーニャ

図 13

爆弾低気圧時の旬別海面水温

太平洋

上記以外

太平洋通過ケース NPI(全9ケース)

日本海通過ケース NPI(全12ケース)

352

上記以外

72
2001/12/15
152

PDO

NPI

EMI

SOI

AOI

上記以外

2004/2/23
2005/12/22
2005/12/26
2008/2/24

-2

51

上記以外

52004/1/14

ONI

-1

-0.5以下-0.5以下

2003/12/20
00.5以上30.5以上2002/12/17

2009/2/21

図 16

発生経路別テレコネクション指数ケース数

2010/1/2
2010/1/13-3

2010/12/4

ONI については図 17 に示すようにラニーニャ時-4には日本付近で例年よりも西高東低の気圧配置が強-5

図 14

爆弾低気圧時のテレコネクション

日本海

まる傾向のあり，大陸の冷たい空気が流入しやすい環境となっている．反対にエルニーニョ時には西高

3東低の気圧配置が弱まると共に，フィリピン沖～西21
2004/12/5

日本にかけて平年よりも気温が高い傾向となる．

2005/1/21

PDO

NPIEMISOI

AOI-1ONI02005/2/5
2006/1/4

2007/1/8-2

NPI はマイナス程アリューシャン低気圧の勢力が2006/12/29

2007/3/13

強く，日本付近での西高東低の気圧配置を強める一

2008/1/24
2010/2/6-3

因となっている．

-4-5

ラニーニャ現象の冬季(ONI:-0.5以下)

図 15 爆弾低気圧時のテレコネクション 太平洋

ラニーニャ現象の冬季
エルニーニョ現象時の冬季(ONI:0.5以上)(ONI:-0.5以下)

シベリア高気圧シベリア高気圧低気圧

・偏西風 蛇行・寒気流入 強アリューシャ
ン低気圧
(NPI)

低気圧

・偏西風 帯状・寒気流入 弱平年より南・西寄り

アリューシャン低アリューシャ気圧(NPI)
ン低気圧
(NPI)
平年並み
平年より南・西寄り
か東寄り

気温 高

図 14～15 のテレコネクション指標から，低気圧が海面水温 高海面水温
海面水温 低高海面水温
海面水温 高低赤道貿易風
強まる

通過する海域の違いは AOI と ONI の影響が強く出ていることがわかる．また，海面水温でも通過ケー

海面水温 高

図 17

赤道貿易風
弱まる
赤道貿易風
強まる

ENSO による冬季日本への影響

スの違いにより温度が異なることが確認できた．
図 16 に強い影響が現れたテレコネクションとしテレコネクション指標より，概ね日本付近において AOI，ONI，NPI を通過経路別に分類し，どの様て寒気の流入が強い際には大陸～日本海側で低気圧な環境下で爆弾低気圧が生じているか確認を行った．の発達が卓越し，寒気の流入が弱い際には太平洋側

図 16 に示す 3 つの指標が強く現れる理由として，での低気圧の発達が卓越していることが確認できた．

各テレコネクションが生じた際の典型的な日本付近

この結果を受けて将来での影響を考える．気象長の環境を考察する．AOI が負の場合平年よりも極域によれば日本上空を吹く偏西風は温暖化の影響を受の寒気が流入しやすく，偏西風の蛇行に寄り日本付けて今後北方に移動していく可能性があると予想されている．このため，現在よりも極域や大陸の寒気の流入が弱まることが予想され，日本海側を通過する爆弾低気圧は今後減少していくことが予想される．

6. 総括
本研究では観測資料から日本海側の気温・海面水温・水位・海洋 PH の変動を確認した．また，熱拡散方程式を用いて現在の海洋内部の水温分布を再現し，このモデルを用いて 100 年後の予測を行った．
最後に，新潟港で高波を引き起こす低気圧についてテレコネクション指標を用いて低気圧の移動経路などの環境条件の傾向を確認した．

7. 結果のまとめ
・日本海側では気温，海面水温，水位が上昇傾向にあることが確認できた．
・熱拡散方程式より海洋内の水温分布を再現した．
・再現モデルを用いて現在までの海面水温上昇率が今後も継続すると仮定した場合の 100 年後の水温分布を計算し，海洋熱膨張量を算出した．結果，8 月には 8.8cm 上昇する．
・新潟港で高波を生じる爆弾低気圧の発達経路の環境条件による違いを明らかにした．寒気の流入が強い際には日本海側での低気圧の発達が卓越する．寒気の流入が弱い際には太平洋側での低気圧の発達が卓越する．

参考文献
1) 山口正隆,大福学：わが国における気象要素の長期変動と周期性に関する考察
2)

気象庁,http://www.jma.go.jp/jma/index.html

3) 日本海洋データセンター，http://www.jodc.go.jp/
4) 爆弾低気圧データベース，http;//fujin.geo.
kyushu-u.ac.jp/
5) 米国海洋大気庁,http://www.noaa.gov/