---「第２回京大地球物理学研究の百年の研究会」2009/11/07 ---データ同化によるバーチャル海洋づくり--海宇宙の連鎖の解明に向けた情報拠点-京都大学大学院理学研究科： 淡路敏之
協力者：石川洋一、豊田隆寛、他Ｋ７グループ

目次：
１） 研究小史
２） 海の現況診断の重要性
3） 海を知る手段の現状
４） 過去を復元し，現在を捉え，未来を探る統融合アプローチ である
データ同化で何がわかったか：
ブレークスルーにつながる合わせ技と探索例
５）今後の展望研究のmotivation：輸送と交換・混合
対象：沿岸（風波と共に京大伝統の分野）、陸棚域、縁辺海、外洋、大洋間
沿岸規模から大洋循環規模と水塊形成と変質過程の解明

方法：数値モデル、データ同化
Speciality: physical oceanography and data assimilation
Research record:
・1st stage: Coastal oceanography; e.g., water exchange and mixing processes by tidal currents
・2nd stage: Western boundary currents; e.g., generation mechanisms of Kuroshio pathvariation and associated water exchange

・3rd stage: Deep convection by surface cooling; e.g., deep water formation process
・4th stage: Inter-ocean processes; e.g., Indonesian throughflow (ITF): its seasonality,transport process from Pacific to Indian Oceans, andheat and mass balance in between Indonesian Seas・5th stage: Kuril Island , Okhotsk Sea, marginal sea physical processes:
e.g., internal wave dynamics and mixing, NPIW and mode-water formation,
new ventilation theory

・6th stage: Data assimilation; e.g., development of most innovative DA system , 4DVAR CDA,
and its application to robust estimate and better prediction of important climate
variabilities

・7th stage: El Nino, Monsoon, and PDO toward improved prediction
・8th stage: application and interdisciplinary work to, e,g,, fishery and coastal hazard prevention

(1)Tidal exchange througha narrow strait
振動流場での長期輸送

(1)Generation of
Lagrange drift

Simplified explanation for
the generation mechanism of tide-induced residual transport••

Consider the potential vorticity conservation;
Then take the temporal average of relative
vorticity induced by the following oscillatory
current filed ÆLagrangian approach is
better to understand the generation
mechanism of net transport mechanism

q=

f +ζ
= const.
h第１近似：
Potential Vorticity Conservation

各層で成立Expected pattern of tide-induced transport circulation

シルは縁辺海の入り口にもある。オホーツク・クリル系において、水塊分析から示唆され、従来の力学では説明できなかった中層水の形成と流出を担える潮汐・潮流過程の可能性がある(1;5)

Tidal exchange by K1
between Okhotsk Sea
and North Pacific(1;5)

Extended generation
mechanism of tidal
exchange

Further consideration:●role played by shelf saves ingeneration of mean field●Potential vorticity input fromwestern boundaries works tomodify the open ocean
circulation and the inter-gyreprocesses

(2)Generation mechanismof Kuroshio pathvariability off Japan

Water exchange by
Kuroshio pathvariation

(2)

(3)
Lateral induction:
A different subduction
process from convection

水塊形成の主な力学過程：
対流、（＋エクマンパンピング、乱流混合層・・・）

(3)Interplay by
convection andbaroclinic instability

(4)Inter-oceantransport process
associated with a
global warm waterroute :ITF

(5)Generation
mechanism ofeasternsubtropicalmode water(5)New internal
topographic waves

Topographic internal waves :generation, growth, andbreaking mechanisms leading
to intense vertical mixing :1) unsteady lee wave,
2) Internal tide,3) mixed tidally lee wave
generated by interaction
between barotropic tides andbottom topography

(5)再び潮汐混合：深層混合と深層循環
への影響

(6)
再び黒潮：
予測向上へ初期化問題をデータ同化で研究
Observed
Kuroshio pathvariation

(6)モデルはシンプルだが、同化手法は最先端の
weak constrainで高度計力学データを同化

Prediction of thecorresponding
Kuroshio path variation
by a weak constraint
variational method

(6)過去の解読、現況の把握、将来の予測に向けた状態推定の精緻化・高度化を研究

Improved oceanstate estimation
by 4DVAR data
assimilation

ＩＰＣＣ ＡＲ４ レポートより

IPPC AR4：状態推定とprojection（シナリオ予測）の代表例：
マルチモデルアンサン
ブル的発想

21世紀温暖化projection 実験の地上気温平均場
海氷、氷河が存在する高緯度ほど昇温は大きい長期継続はなぜか（国交省より）

モデルの平均値で個々のモデル
間で３℃程度のばらつきがある温暖化予測の不確実性の主な要因：①モデルは発達途上：特に雲、海氷のlife cycleのモデリング、陸面過程が十分でない②現況把握も発展途上：我が国等による国際連携地球統合観測の一層の展開
炭素7ギガトン放出：うち3ギガトンは自然が吸収 主に森林と海、温暖化が進むと 森
林が枯れ、地中のものが分解して炭素放出、海のプランクトンが死に一部は海面へ
温暖化物質は地球圏をどのように循環していて、どのような変化が生じているのか、
その現況把握は喫緊の課題③正確な初期値づくりの科学技術も発展途上
今後の課題：未解明である海(地球）の無機・有機の世界の連鎖を探索・監視しつつ海洋（地球）空間・資源の活用と影響評価・対応策を一体的に推進
物理地球（無機地球）と生態系化学地球（有機地球）との連鎖の理解はこれから
低炭素社会に向けての賢い対応策はこれから：学際の代表である地球環境学の骨格

地球表面の７０％を占める海の現況把握はどの程度か？

海は十分賢い：①

水の物質的特殊性が大気海洋結合を強化
潜熱大：サーモスタット、熱的結合
解離力大：物質循環、生命体
放射平衡温度
短波入射と長波放射のバランス
地球： ２５５K

海面での海水密度不均一性が運動エネルギーとなる大循環（熱塩循環）

Warm water pool：●エルニーニョの起源
北半球冬季の表面水温●温暖化の影響で強度やパターンが変化しつつある？
温暖化監視の必要例●全球暖水ルートにも地球系の熱不均一は海面の水温にも反映される（上図）。海水には塩分が含まれて関与いるために純水とは異なり、水温が低いほど密度が大きい。南極周辺では全季節
を通じて激しい冷却があること、また冬季の北太平洋亜寒帯西部にも季節風の吹き出しによる大きな冷却があり、表面水温が低くなっており、表面海水の密度は、他の海域に比べて大きくなることが予想される。

なぜ同一緯度帯で水温が違うか？

ブロッカーの全球海洋循環

太平洋西部の南北断面における塩分の分布
深層水が形成される北大西洋とは相違＝＞各大洋には個性
ＮＰ：深層循環変動のアンカー機能

海は十分賢いはずであった：
温暖化の進行は状態推定能力の格好の対象

世界平均地上気温

1961-90年間の平均からの差最近10年間の海面上昇：3.1mm/年
世界平均海面水位

世界の積雪面積内訳：
海洋熱膨張：1.6mm/ 年
氷河と氷帽融解：0.77mm/年
グリーンランドの氷床融解：0.21mm/年
南極の氷床融解：0.21mm/年
その他

海洋再解析データの国際比較（GSOP’０８）
Heat Transport Anomaly (PW=1015W)

Atlantic 25N

Equatorial Pacific

世界各国の代表機関による国際比較プロ
ジェクト（3rd GSOP intercomparison）が昨年10月に開催、海洋再解析データの客観的な比較・検討がなされた。日本からは
k7-Awaji groupが参加。

世界各機関と比して高い評価を受ける。

なぜ全層を診る必要があるのか
深層温暖化の長期進行
WOCEと10年後の再観測との比較により、太平洋の広範囲にわたる 南極周極深層水 の昇温（0.01～0.003ﾟC）を検出
P02 (30N: 2004 - 1994)

P01 (47N: 1999 - 1985)

Fukasawa et al.,Nature, 2004
Kawano et al.,GRL, 2006
P03（24N: 2005/6 - 1985)

P10 (149E: 2005 – 1993)

P06 (32S: 2003 - 1992)

なぜ全層を診る必要があるのか
温暖化物質が中深層へ大洋別に広がっている！！

人為起源ＣＯ２の最大の貯蔵庫である海洋では、海域により人為起源ＣＯ２の増加率に大きな差が出ている
北太平洋では、亜表層の亜寒帯
水、中層の北太平洋中層水に主に吸収・貯蔵され循環している：
温暖化局面での高精度・高密度・統合現況診断に
重要

各海洋の物理環境と生態系物質循環の複合解析を実現する先端的なプラットフォームの構築が喫緊の課題で、海洋変動、物質循環、生態系変動の現況
解読に耐えうる学際統合システムの基幹要素

メタンハイ
ドレードは
溶出しな
いか？

再び海は十分賢いはずであった：酸性化モニターと対策, 根幹は？
(e.g., Hoegh-Guldberg et al.,2007:Science)
375ppm(+1℃)のサ
ンゴ

450-500ppm (+2℃)のサンゴ

500ppm(+3℃)のサ
ンゴ

温暖化への対応：海の酸性化
低次生態系モデルNEMURO

現在370ppm

2060年600pm(Hoegh-Guldberg et al.,2007:Science)

海宇宙の連鎖の解明：
CO2Æ温暖化と酸性化
水温と塩分の分布の変化（温暖化と降水異常）
海洋循環の変化Æ水温分布の変化、栄養塩分
布の変化、PHの変化Æ高次系である生態系の変化Æ高次生態系の変化Æ食の安全保障

国立環境研究所HPより
植物プランクの殻も弱るので、生態系・水産資源に 深刻な影響を与える恐れ

2005年9月29日、毎日新聞

海洋物理の未解決課題（１） ブロッカーのコンベアーベルト循環は地球化学・物質循環から見れば存在しないという指摘••

この指摘は、海洋循環に伴う熱・物質のラグランジュ輸送の理論が未だ不十分であることを突いている。この種の問題は大気ではフェレル循環（間接循環）、成層
圏のブリューワー・ドブソン循環の研究（中緯度起源の波による運動量収束）で理解できたようだったが、最近、残差循環（one-cell residual overturning）の存
在が対流圏界面周辺で明確となり、熱帯起源の定在ロスビー波で形成されているのではないかというホットな話題になっている。
地球の熱・物質のプールである海での大循環ラグランジュ輸送を担うプロセスと仕組みの診断、メカニズムの解明は、他圏との相互作用とともに、人類史的課題である地球環境の根幹的要素。観測的知見・発見、その有要情報を拡充・利用できるハード・ソフト一体の技術の革新が鍵（2） 無機と有機の統合バーチャル海洋
地球環境システム学の環海の構造はおおよそわかった。海の変化の法則と連鎖の仕組みを知り （予測科学・予防科学）、海の現代史を統合的に理解できる突破口が要請• 本課題はより長いレンジの課題で、地球環境学を結節する要素。温暖化時での『海の酸性化』と関連して推進『海の変化と気候や生態系への影響解明』の情報発信ができる• 海洋物理学：「海の動態解明に関する知の体系」だと定義すれば、従前の物理的動態に加え、異分野複合動態の物理的側面の解明も時代の要請。前者
は物理法則を知るものであり、後者は連鎖複合系の変動メカニズムの解明。
この成果を体系化し、学問分野として認知されれば、若手も集積。「目の前の不可思議な現象を解明するのが科学」•• Ocean OBS2009: important target 『Integrated Earth System
Syntheses』, e.g., K7 4DVAR coupled data assimilation
ブロードバンドの輸送船機能を担うことが現代海洋物理学に要請

海の現況診断の重要性• 正しい現状認識はメカニズムの解明、適応対策、精度の高い将来予測の基本• それには、全球全層の現況診断（海面から海底まで、赤道域から極域まで）と、過去からの経緯の解読が必要• 過去を材料に物理を解明。既知である過去を復元・予測（hindcast <->forecast)して予測能力を判断。
過去の解読Æ現況の診断Æ将来予測の一体的推進「海を知る2大手段」: (a) 観測 と (b) モデル
革新的統融合（総力戦）：データ同化(a1) 人工衛星観測：
特徴 広域同時性に優れるが電波計測ゆえ海面状態に限定
海面水温(SST)、海面高度(SSH)、海上風、降水量、雲など(a2) 現場観測: 船舶やブイ等
特徴 時空間的に断片的だが海洋内部構造を観測（水温、塩分、
流速

先端観測例

水位上昇の他に、深層の温暖化長期監視、極域
氷、海の無機・有機の小宇宙調査、海底のメタン
ハイドレード等多様な課題への挑戦が始まった

人口衛星によるocean state(海面水温と海面高度等)
http://ioc3.unesco.org/oopc/state_of_the_ocean/all/, http://www.noaa.gov/

自働ブイ「ARGO」による水温、塩分プロファイリングÆ炭素、酸素もhttp://www.pac.dfo-mpo.gc.ca/sci/osap/projects/argo/graphics_e/thm

戦略的海洋監視
海洋循環，熱・物質循環の変動把握
Argoの効率的な維持

船舶観測

研究G間
の連携

国際ArgoGEOSS 国際協力 フロート展開
協調
GEO
連携
他

データ
品質管理

海洋観測基盤としてのArgoの維持

衛星観測

係留ブイ観測船舶
時系列観測

他の研究チーム（観測・モデル）と連携して、海洋循環や熱・物質輸送の実態把握

観測基盤としてのArgoは維持した上で・ 海洋環境変動研究の「カギ」となる海
域・プロセスを、フロートを中心とした多様な(自動)観測機器を用いて戦略的に監視。
・ Argo計画実行により蓄積された知見を、監視システムの構築・運用に活用。
MARITECとの協力

・ 監視システムの高度化に不可欠な「次世代自動昇降型ブイ」を開発。
戦略的海洋監視システムの開発・パイロット運用

衛星計測による海面水温全球分布：2008年10月01日

衛星海面高度計による観測例
暖色系の海域が海面の盛り上がりを示す
衛星計測は広域同時観測に優れているが海洋内部には適用できない観測データ数はどれくらい中・深層の観測データは少ない
水温の経年成分の分散Æ では、どうするか？

各層の観測数（水温）0-100m100-400m
400-700m
700-2000m
2000m-（海面の衛星観測データは数えていない。）

[
[
[
[
[

] 1957-1966] 1967-1976] 1977-1986] 1987-1996] 1997-2006[blue] an OI dataset[yellow] a model free run[red] our 4D-VAR reanalysis
interannual variance (K2)

OIデータは観測数にともなって変動性が異なる。モデルシミュ
レーション、同化結果は変動性が大きく、最近のOIデータに近い。

ＥＳで高分解能大循環モデルの実行が可能になった赤道海面水温アノマリーの季節変化：
大気と海洋の相互作用を正しく反映できない

海・空・陸・海氷のモデル改良時間

WOA98（観測）

インド洋

太平洋

４DVAR： 良好なモデル

経度

大西洋

CFES（モデル）

インド洋

太平洋

大西洋

データ同化によりモデル性能の一層の向上

革新的手法： データ同化「観測データとモデルの統合」

観測データ

数値モデル

長所

正確（現実そのもの）

時間、空間的に均一（グリッド）

短所

時間、空間的に偏り

現実からのずれが有る

四次元変分法データ同化の利点：
多種多様大容量の地球観測デー
タにフィットするモデルの時空間ト
ラジェクトリが得られる

数値モデルと観測データを補完して、未観測量も含め、グリッド化
数値モデルを、観測データに合うように修正し、グリッドされた統合データセットを得ることにより、信頼性のある過去の解化された出力を、データセットとして得ること
読と将来予測精度の向上に貢献

熱放出

四次元変分法 （４Ｄ ＶＡＲ）
による同化 とは？

風

海面

海面

ΔT＝Tmodel － Tobs
方程式があれば変量は何であろうと多変量同時同化が可能 ：Integrated Earth System

観測がある時刻までモデルを駆動

Synthesis

モデル水温と観測水温の差を検出モデルの時間を遡り水温を決めた原因を修正

モデルを観測の時刻まで前方に駆動

メリット： 海洋内部での力学的整合性が保たれている＞ 現象の力学的理解 ＆ 水の追跡ができる

太平洋赤道上130ｍ水温の時間変化の同化（19961999）
観測データ
（連続）

モデルの出力
（連続）

時間

Æ

同化の出力

（離散的）

Æ

経度

=> 時空間的に不連続なデータを力学的に補間四次元フル結合データ同化システム:
季節内、季節、経年変動予測・再現実験
結合モデルと変分法で連続同化

初期ショックなしで結合予報(大気モデル)(カップラー）(海洋モデル)

初期値化(カップラー)

ワンサイクル
の結合同化
で海面水温
の精度の良
い連続的初
期値化がで
きる

深さ

経度

海洋観測データ -> モデル海洋の状態を改善 – カップラー -> モデル大気の状態を改善 データの大気観測データ ->モデル大気の状態を改善 –カップラー -> モデル海洋の状態を改善 フル活用

随伴確率密度分布
力学・熱力
学に基づ
いた大気
海洋相互
作用

結果から原
因を逆算して
確率的に推
定できる

MT

？

逆解析による水･熱エネルギフロー･ルートの解明

地球観測データを用いて顕著年結合再解析を実施
精緻化データを作成し、例えばエルニーニョの進化の詳細を記述

結合再解析データセットでは1992,1997/98のエル･ニーニョ現象をはじめとし、過去の研究から指摘されている気候変動がよく再現されており、同化結果の精度はシミュレーション結果と比べると海面
水温で約二倍程度向上している。

ＪＧＲから発表
予測のlead timeごとの予報のアンサンブル
平均と観測との相関シミュレーション

海洋同化を用いたIAU予測～１年半の先行予測性能

同化結果

Red: from Jan.

結合同化による予測

Persistent

Blue: from Jul.
Black: Obs.

結合再解析データによる1997/98エルニーニョの初期値化予測：
2年先行予測が可能に。

長期海洋再解析データ
全球的な気候変動、水産資源の長期変化に大きな影響を持つことが知られているPacific Decadal
Oscillation (PDO) をはじめとする海洋長期変動の精緻な解析を行うため4D-VAR海洋同化システ
ムを用いて1970-2006年の事象解読が可能な再解析データを作成。

エルニーニョ不規則性理論モデルの構築：ＪＧＲ週間download No.4
Nino3 SST

DMI
赤線：Reynoldsの再解析SST場から見積もられた値

ITF mass transport(10-18Sv)(Masuda et al. 2008)

ACC masstransport(150-160Sv)**

Atlantic MOC(16-20Sv) 再解析データを用いて社会的インパクトの大きいENSO現:Bryden et al. (2005)の観測から見積もられた値***
さまざまな気候変動指標から現実的な変動場の再現性を確認。

象の力学研究を行いその時間発展プロセスに重要な示唆を与える知見を得た：3振動成分系のため不規則

4D-VARによる水塊形成や変動の起源の解明：亜寒帯水の起源

供給域：黒潮続流域とアラスカ循環域
経年変動：統計解析はＭＥＩを示唆、つまり、赤道域のＥＮＳＯが大気を架け橋として高緯度域の大気海洋結合変動を引き起こしている降雨イベントによって水蒸気起源に大きな違い（その1）インド半島（その２）バングラディシュ

感度解析結果（蒸発散量）

感度解析結果（蒸発散量）

7月9日－7月16日

6月29日－7月6日

ジェットで運ばれる

ローカルな循環（リサイクリング）Pathway and origin of deep water warming signal

The estimate of the adjoint solution shows
the origin of deep water warming lies
mostly in the sea surface offshore Adelievariable of T in the case of anland. (Heat flux values beforeAdjoint
50 years.)`artificial cost' input at a location where
deep ocean (47oN, 170oE, 5500m-depth).

北太平洋10年スケール変動 (Pacific Decadal Oscillation: PDO)

10年スケールの
気候変動：
上図：温暖期と寒冷期の典型的な
冬季海面水温（カラー）、海上気温（等値線）、海上風（矢印）。
下図：PDO指標の月変化。

ＰＤＯ：北太平洋の水産資源変動に決定的影響
再現と予測にほぼ成功

1970年半ばにレジームシフト発生

結合同化システムによる再解析データの拡長と気候変動予測１９８０年代からの気候場の再現により、より多彩な経年スケールから10年スケールの現象に対する気候変動の予測研究に利用可能となった。
エルニーニョ

黒線が観測値
色線が再解析値

4D-VAR結合同化システムによる気
候予測
大気観測.
大気観測データ

減
の軽
ク
ッ
ョ

Coupling
結合

AGCM
大気モデル

シ
初期

OGCM
海洋モデル

予測？
高い予測精度
時間
発展
の再
現

海洋観測
海洋観測データ

北太平洋十年振動（PDO）

世界初の4次元変分法フル結合同化システム

４次元変分法結合同化システム
は世界に先駆けてJAMSTEC/K7
グループが完成させたデータ同化システムで、S-I現象予報開始時
刻までの正確な時間発展再現性と初期ショックの軽減により高い予報精度を持つことが知られている。

１９９３年１月から１９９８年のレジー
ムシフトを予測

北太平洋の多魚種の漁獲量
変動に影響

海洋再解析データの延長
全球的な気候変動、水産資源の長期変化に大きな影響を持つことが知られているPacific
Decadal Oscillation（PDO）をはじめとする海洋長期変動の精緻な解析を行うため4DVAR海洋同化システムを用いて1970-2006年を対象とした再解析データを作成した。

期間を拡張して得られたプロダクトは1970年代半ばのレジームシフトに関する海洋環境場を良く再現しているのみならず、亜寒帯海域における傾圧ロスビー波の伝播（図）や西岸境界流の移流効果などその海水温変化の力学機構についても最新の研究成果と整合的な描像を呈しており、GODAE国際会議などで高く評価された。

海洋物理環境変動の影
響評価と適応策

なぜ、イカに注目するのか●人類や大型魚類にとって、重要なサスティ
ナブルな食糧資源●物理環境変動の影響をとらえやすい気候ｊ変動、海の物理環境変動の影響を評価しやすいアメリカオオアカイカの資源変動とエルニーニョ
CPUE(トン/日）
CPUE(トン/日）

40
40

CPUE

30
30
20
20
10
10

NINO.1+2海域

04/05
04/05

03/04
03/04

02/03
02/03

01/02
01/02

00/01
00/01

漁期
漁期

99/00
99/00

98/99
98/99

97/98
97/98

96/97
96/97

95/96
95/96

94/95
94/95

93/94
93/94

ペルー
沖漁場

92/93
92/93

91/92
91/92

00

←： エル・ニーニョ←： ラ･ニーニャ

SST偏差エルニーニョの前に資源が激減！
ペルー沖のアメアカのCPUEとSST偏差の年変化

アメリカオオアカイカの生息に適した
海洋物理環境の解析
熱・水輸送時系列変動評価

水産資源変動の統計モデル化

持続的な影響

V
U

TReg. with T

W

流し網漁
の影響

アメリカオオアカイカ資源変動とペルー海流変動との相関関係（U:東西流速、V:南北流速、W：鉛直流速、T：
40m水温）。ペルー海流の年々変動（左下図）がアメリ
カオオアカイカ漁場の水温変動をもたらす（右下図）状
況が一年以上持続する（右上図）ことでアメリカオオア
カイカ資源に影響を及ぼしている。

Reg. with S
Obs（上図）北太平洋アカイカ資源変動と海水温（上）及び塩分（下）との相関関係(1994-2004年)。縦軸は水深、横軸は160Wの南北断面を示す。水温・塩分とも躍層付近で高い相関を示している。（下図）上図の関係に基づく回帰分析から再現したアカイカ資源変動。赤：調査
漁業による観測値、水色：塩分との回帰結果、緑：水温との回帰結果。1993年以前は流し網漁により観測値は低水準であるが、流し網漁を行わなかった場合には高水準が維持されていたと推定される。

有用情報発信：学際科学への貢献

統計予測モデルによるPDO・アカイカ資源予測

水産総合研究センターと協働
アカイカ資源予測値（SSTによる）

北太平洋10年規模振動（PDO）の予測スキル

リードタイムの延長と共にレジーム
シフトのシグナルが埋没

海洋再解析により飛躍的に向上アカイカ資源変動予測スキル
海洋再解析T(155m)による予測

アカイカ資源予測値（海洋再解析T155m）
リードタイムを延長してもシフト前後の差が明瞭

宇宙・海洋観測の複合利用およびハイエンド計算科学による大気海洋結合データ同化を結節すると、診断と予測の向上や経験を確かな技術へ”協働する異分野融合データプ
SSTによる予測
黒線：予測値（1,3,6,9,12ヶ月後）、赤線：観測値
ラットフォームの構築にチャレンジできる
青線：解析値(３月の水温)との回帰結果

水産資源管理に役立つ解析・可視化ツール開発：

アカイカ卵稚仔粒子追跡ツール・喜連川Gと協働・実験開始日時と実験期間を入力数分で作成可能！
・粒子位置と粒子数（100個まで）・粒子の経路を図示（アニメーション）
イカ以外にも応用可
・環境場データの図示

【目標】地球温暖化による海洋の環境変化とその影響を評価・予測するブレークスルーを目指し、①人類の蛋白源である水産資源の変化ならびに②温暖化のリザーバーである海洋全層の応答解明による温暖化長期対策シナリオ作成に貢献する。（これは、海洋基本計画（案）の目標１「海洋における全人類的課題への先導的挑戦」および目標２「豊かな海洋資源や海洋空間の持続的可能な利用に向けた礎づくり」に直接的に応えるものである。）【全海洋の温暖化進行と応答解明】

4次元データ同化システムを高度化・学際機能化して、船舶、ブイ、人工衛星等による多様な物理環境観測データならびに溶存物質など性質の異なるデータをモデル上で統合する手法を開発する。そして相互に矛盾のない
統合データセットを海洋全層にわたり創成することにより、気候変動に果たす海洋の影響評価を加速させる。
【水産資源の将来予測】

4次元変分法を応用した影響と原因の逆追跡北太平洋（北緯47度）の底層で日本が発見した水温上昇は、時間を遡って解析すると南極周辺からの影響であることがわかった。

学際科学適応策の探求：
分野横断のデータとモデルを組み合わせた赤池数理モデルにより、経験的知
地球観測データ
恵を技術化し、継承と発展を目指す。
の高度かつ包括的融合による
温暖化による異分野の要素の変化をデータ創生反映したシステム応答科学を研究
クロマグロ稚仔生残環境推定（木村他,2007）
スルメイカ再生産仮説（桜井他,2005）
・水深100-500mの陸棚域・混合層下部が中層に存在・卵・幼生の生残適水温は18-23℃
温暖化によるSST上昇に伴い、産卵盛期が秋～冬から
冬～春にシフトできれば大幅な資源減少は避けられるが、この解析では資源豊度を精度良く推定することはできない(桜井他,2007)。

卵稚仔生残適水温が24-28℃に限定されるクロマグロは温暖化に伴い産卵海域の変更を迫られ、物理・生態系環境次
第で生残率も顕著に減少する可能性がある。

国際連携でのマルチ
モデルアンサンブルによる不確定性も低減
が確度の高い水産資源予測に効果的海洋再解析をベースにした海洋低次生態系プロダクト
海洋低次生態系モデルNEMURO(Kishi et al.,2007)

・窒素サイクル＋シリコンサイクル(大型の動物、植物プランクトン)
・ZLは季節移住性をもつ
JAMSTEC/K7 4D-VAR
全球全層海洋再解析データ

カップリング

11コンパートメント

生態系モデルの再現性は物理環境場に大きく依存
水温：プランクトンの活動度を決める
鉛直移流、拡散：栄養塩の表層への供給
水平移流、拡散：亜熱帯と亜寒帯の海水交換・海洋低次生態系モデルNEMUROを4D-VAR海洋データ同化シス
テムに組み込み、オンラインで長期間データが作成できるようにした。
・低次生態系プロダクトの品質向上のためのパラメータチューニング
を実行中

SeaWiFS chl-a

大型植物プランクトン[低次生態系プロダクト]

多種多様な地球観
測データをモデルに取り込み、時空間的に空白が無い物理的に整合のとれた全球データセット
ラニーニャ時（1999年10月）のクロロフィル分布を再現

黒：衛星海色データ（観測）
赤：４ＤＶＡＲ
緑：ナッジング
青：予報シミュレーション
4DVAR統合パラメータ調節後、データは海洋環境変動Ｐ、生命情報バンク、バーチャル海洋へ利用

衛星海色データとの比較
1997年9月以降
98から99への増加、以降の減少、06の増加という経年変動をG-4DVのみがある程度再現している。

海洋再解析場を用いたトレーサー実験による
北太平洋におけるＣＦＣの極小構造の再現と形成メカニズム
観測モデル→CFC-113の極小層の形成は、 亜熱帯モード水又は北太平洋中層水形成に係わる２つの独立した水塊経路の存在に起因する。

GOSAT(温室効果気体)

M-TRITONを改良して強流域での表層係留が可能に。海面での熱交換やフラックス測定、二酸化炭素濃度のSeatruthデータとして、活用可能。

溶存酸素センサー、クロロフィル
センサーなどを搭載した高機能Argo
の展開。

海面熱交換

船舶による多項目観測

グライダー型観測機器に生物化学
パラメータセンサーを搭載して係留系の周囲を面で観測。

データ統合解析にむけた
新たなセンサーを用いた低次生産の係留観測

生物・化学観測網の構築

有用さを示すデー
タと一体的公開

連携拠点構築海洋・結合再解析データの国際的な貢献
OceanObs’09 conference in Venezia

OceanObs’09においてProf.Stammerによりこの10年間の全球を対象とした長期観測データ統合研究の総括があった。日本からはK-7 (JAMSTEC/K7:DIAS）プロダ
クトが上位同化システムの一例としてエントリーされた。

Sugiura et al. (2008)
OceanObs’09でのkeynote speech (Dr.Rienecker)では“Integrated Earth System Analyses”に向けた先駆的な研究としてK-7結合同化システムが紹介された。

地震解析への適用へ先鞭をつけたい同化モデルによる再解析データの将来像

観測情報の統合、昇華

Vi
rtu
al
O
ce
海洋・気候・水産に関するan

融合知のブレイクアウト
観測の高度化

ヴァーチャル海洋の精密化

科学の謎解き・社会への貢献