環境研究機関連絡会交流セミナー

2020/12/25

気候変動がワカメ養殖場の栄養塩濃度に及ぼす影響の将来予測〇筧 茂穂1，佐々木 実紀2，西川史朗3，若松 剛4，石川 洋一3，内記 公明5，瀬川叡6（1水産機構・資源研，2日本エヌ・ユー・エス（株），3JAMSTEC，4ナンセン環境リモートセンシングセンター，5岩手県内水面水産技術センター，6岩手県水産技術センター）
キーワード：栄養塩・気候予測モデル・鉛直一次元モデル・ワカメ養殖場
環境省「地域適応コンソーシアム北海道・東北地域事業委託業務」の一環として実施しました．

背景
ワカメ養殖において、保苗・本養成期(秋季：9月～11月)や収穫期(春季：1月～4月)に水温、栄養塩が大きく変動すると、芽落ちや品質低下等の影響が生じる．
ワカメ養殖場への栄養塩は，無光層における分解で生じた栄養塩が混合層の形成に伴い表層にポンプアップされることによって供給されている．
また春には，成層がセットアップされ，上層での栄養塩消費（主に珪藻）により，栄養塩が枯渇してゆく．
今後、気候変動により表層の海水温が上昇すると，秋季の混合層深度の発達が遅れ，春季の成層の形成が早期化し，表層付近の栄養塩濃度がワカメ養殖に適した期間が短くなる可能性がある．

目的
現在・将来の海面総熱フラックスを用いて，栄養塩供給・枯渇一次元モデル（Kakehi etal., 2018）で栄養塩が供給される期間を現在と将来で比較し，気候変動がワカメ養殖に及ぼす影響を評価する．

方法

将来予測モデルについて
・MRI-RCP8.5を使用
・出力結果
1996/1/1～2100/12/31（2005/12/31までが現在，これ以降が将来予測）の海面におけるdailyの下向きの短波長放射，長波長放射，潜熱，顕熱，降水・海面総熱フラックス（Net Heat Flux: NHF）＝短波+長波+潜熱+顕熱，降水・鉛直一次元栄養塩供給・枯渇予測モデル（Kakehi et al., 2018）で使用している
NCEP/DOEでは142.5E，39.05Nの格子のデータを使っているので，MRIについてもここに最も近い，142.5E 39.06Nの値を抽出して比較．
1996～2005年を現在
2031～2050年を21世紀中頃
2086～2100年を21世紀末として気候値を作成．

方法

鉛直一次元栄養塩供給・枯渇予測モデルについて
冷却

栄養塩供給0m

加熱

栄養塩枯渇0m
鉛直混合

熱・塩の出入り

熱・塩の出入り150m
海面冷却による混合層深度の発達により，混合層内の栄養塩濃度が上昇するのを予測

150m
海面加熱による成層の発達により，混合層内の栄養塩濃度が下降するのを予測．
現地観測による成層化した上層での栄
養塩消費速度を使用

供給，枯渇のどちらも，観測（現在）に基づく水温，塩分，栄養塩濃度の初期値を使用

モデルの結果 秋
水温30

2016年

NOx
3525302025
present_T
現在

2021世紀中頃
Y2031_T
21世紀末 15
Y2086_T

15101055017131925313743495561677379859197171319253137434955
6167737985919702545

2017年

20403530

152510201551059791

85797361675549

4337

3125

197130117131925
3137
434955616773
7985
91
97

0

水温の違いはほぼ無し．20μg/Lを越える日は2016年で3，3日，2017年で5，15日早い．

モデルの結果 春
水温

20

2017年

1880

NOx

70

1660

1412

present_T

現在

10Y2031_T
21世紀中頃

8Y2086_T
21世紀末

650
4030
20421000

1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61 65 69 73 77 81
16

1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61 65 69 73 77 81
140142018年

12101201008086604402200
1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61 65 69 73 77 81

01 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61 65 69 73 77 81

21世紀中期は水温上昇が著しい．21世紀末の水温は現在よりも低い．栄養塩が枯渇する
日は2017年で8，3日，2018年で12，1日早い．

気候値フラックスを与えた計算のまとめ
・21世紀中期の春には，現在よりも早期に高水温，貧栄養となるため，色落ち，生物付着による品質低下が発生することが懸念される．
・秋には将来と現在で差はあまりなかった．

この結果では21世紀中期と21世紀末で差は小さかったが，21世紀末はデータのばらつきが大きくなる，つまり極端現象が起きやすくなると言われている．これにより、養殖管理が難しくなるという可能性があるのであるのではないか？
年ごとのデータで計算してみる．

①MRI-RCP8.5シナリオの年ごとの計算
秋の栄養塩供給日の比較
初期値2016年9月

初期値2017年9月

栄養塩供給日（日後）901208511080100757090658060705560
2020

50
2020

2040

平均
分散
観測数
自由度
観測された分散比
P(F<=f) 片側F 境界値 片側

2060

2080

2100

21世紀末
21世紀中期66.93333
68.65
76.78095
36.87105152014
192.082418
0.06857
2.255614

21世紀末の方が分散は大きいが，有意な差ではない（p>0.05，F境界値>分散比）

2040

2060

2080

2100

2120

2120

平均
分散
観測数
自由度
観測された分散比
P(F<=f) 片側F 境界値 片側

21世紀末
91.66667
228.8095
1514

21世紀中期
92.4
35.62105
20196.423435
0.000142
2.255614

p<0.001かつF境界値<分散比なので21世紀末の分散は21世紀中期よりも有意に大きい．

春の栄養塩枯渇日の比較(最初の枯渇日）

栄養塩枯渇日（日後）

初期値2017年3月

初期値2018年3月

8080707060

60505040403030

2020101002020

2030

2040

2050

2060

2070

21世紀末
平均
分散
観測数
自由度
観測された分散比
P(F<=f) 片側F 境界値 片側34.2
172.1714
15141.968265
0.084643
2.255614

2080

2090

2100

02110 2020

2030

2040

21世紀中期2287.47368
20
19

21世紀末の分散は21世紀中期に比べ有意ではないものの大きい．

2050

2060

2070

21世紀末
平均
分散
観測数
自由度
観測された分散比
P(F<=f) 片側F 境界値 片側34.2
213.6
15143.183558
0.010185
2.255614

2080

2090

2100

21世紀中期16.667.09474
2019

21世紀末の分散は21世紀中期に比べ有意に大きい．

2110

年ごとの海面フラックスを与えたケースのまとめ
MRI-RCP8.5 年ごとの計算
・秋の栄養塩供給日，春の栄養塩枯渇日ともに21世紀末の方が21世紀中期よりも分散が大きかった．半数は有意な差が見られた．

21世紀末では21世紀中期に比べ，極端現象が起きやすくなり，養殖管理が難しくなる可能性を示す

年々変動が大きくなることに対する対策①予測情報の発信
Kakehi et al. (2018)による栄養塩供給予測（50日先まで）．
現場観測による水温，塩分，栄養塩分布から混合層深度の発達（秋），成層の形成（春）を予測する

短期的な予測で，今年の作業スケジュールを調整年々変動が大きくなることに対する対策②リアルタイム栄養塩データの発信
栄養塩センサーをワカメ養殖場に設置し，測定値をスマホで閲覧するシステム
携帯電話電波で送
信通信型ブ
イ

水温塩分計
水深4m
硝酸センサー
水深5m
水温塩分計
水深30m

錘

最終的な作業開始の判断に使用する
12

まとめ・気候値フラックスを与えた計算では21世紀中期の春には，現在よりも早期に高水温，貧栄養となるため，色落ち，生物付着による品質低下が発生することが懸念される・年ごとのフラックスを与えた計算では21世紀末では21世紀中期に比べ，極端現象が起きやすくなり，養殖管理が難しくなる可能性がある
・対策①その年の芽付け時期および刈り取り時期に栄養塩の供給，枯渇を50日先まで予測し，発信している．
→短期的な予測で，作業スケジュールの調整②栄養塩リアルタイムブイを設置し，日々の値を閲覧できるようにした→最終的な作業実施の判断に使用．
今後の課題①は県の事業として実施しているが，②についてはS-18の研究予算の枠組みで実施．将来にわたってブイの維持は困難．県，漁協，国研等による持続可能な運用システムの構築が不可欠．

鉛直一次元栄養塩供給・枯渇モデルへの適用
観測データ初期値
2016年9月OZ10，2017年3月船越湾AAQ，2017年9月OZ10，2018年3月船越湾AAQ
海面熱フラックス，降水として（気候値で計算）①NCEP/DOEのみ②NCEP/DOE+（MRI21世紀中頃－MRI現在）③NCEP/DOE+（MRI21世紀末－MRI現在）を与えて計算．

250200150現在との差

10050

dif_2031
21世紀中頃－現在

0-50-100-150-200-250

012345678910 11 12 13

21世紀末－現在
dif_2086

春は正，秋は負＝将来，春は加熱が強く，秋は冷却が強まると考えられる
特に，21世紀中期の春，21世紀末の秋が顕著

一次元モデルの再現性① NCEP/DOEのみで駆動したケースの2ヶ月後の観測値との比較
観測値（9月，11月）

モデルによる11月の鉛直分布（ 9月の観測値）

混合層深度の深化，混合層内のT，Sをよく再現．

春の栄養塩枯渇日の比較(最終的な枯渇日）栄養塩枯渇日（日後）

初期値2017年3月

初期値2018年3月

90908080707060605050404030302020101002020

2030

2040

平均
分散
観測数
自由度
観測された分散比
P(F<=f) 片側F 境界値 片側

2050

2060

2070

21世紀末
41.13333
380.4095
15145.688702
0.000325
2.255614

2080

2090

2100

21世紀中期
25.35
66.871052019

21世紀末の分散は21世紀中期に比べ有意に大きい．

02110 2020

2030

2040

平均
分散
観測数
自由度
観測された分散比
P(F<=f) 片側F 境界値 片側

2050

2060

2070

21世紀末
41.73333
382.9238
15142080

2090

2100

21世紀中期
23.75
271.25
20191.411701
0.238436
2.25561421世紀末の分散は21世紀中期に比べ有意ではないものの大きい．

初期値の違いが栄養塩の枯渇パターンに違いを引き起こす

2110