(別紙様式１０)２０２０年度 北極域研究共同推進拠点 共同研究等報告書【申請区分】：□萌芽的異分野連携共同研究■共同推進研究□産学官連携フィージビリティ・スタディ□共同研究集会【研究課題名】：□産学官連携課題設定集会

北極域海洋生態系脆弱性評価のための生態系変動解析【研究期間】：2020 年度～2021 年度【共同研究員】
共同研究員

氏名

研究代表者

田中昭彦

（拠点内外）

所属・職名
東海大学清水教養教育セ

専門分野

区分

水中光学

ンター・准教授

(注 2)

研究分担者
（拠点外）
(注 2)

研究分担者

平田貴文

（拠点内）

衛星海洋学

ンター・特任准教授
大塚夏彦

(注 2)

北海道大学 北極域研究セ
北海道大学 北極域研究セ

環境工学

ンター・教授研究協力者

Artur Palacz

Polish Academy of Science・

海洋生態学

助教

(注 2)

Astrid Bracher(注 3)

Alfred-Wegener Institute・

生物海洋学

上級研究員 / University ofBremen ・教授(注 2) 拠点内外については、募集要項別添の北極域研究共同推進拠点を形成する３研究施設の研究者リストをご覧ください。
(注 3) 計画申請書に含まれていなかった方でも結果的に本共同研究に参画された方（招へい者等）が居られれば、研究協力者として記述して下さい。
【研究の内容】(1) 概要を 400 字以内（文字のみ）で記載してください。
本研究は、北極海における「生態系に基づく資源環境管理」に必要な科学的情報として、海洋生態系の脆弱性を評価することを最終ゴールとする。本研究では、脆弱性評価には、(1)自然環境の変動, (2)海洋生態系の変動、(3)人為的負荷の変動 の評価および、それらの依存関係の評価が必要であると考え、そのうち (2)に的を絞って研究を行った。特に、既存の異なるプロジェクトで収集され1ている北極海の生物データを編纂統合した。また、これらのデータ解析を行い、北極海における生物多様性指標を算出したのに加え、一次生産量の衛星データ解析を用いて、生態系を質（多様性）と量（一次生産量）の両点を考慮する生態系指数を算出した。その指標によれば、質と量を加味した生態系変動は海域ごとに大きく異なり、特に、北極海の海氷縁辺や沿岸では、現在のところ環境変動に起因すると思われる生態系顕著な変動が起きていることが示された。
(2) 図表や写真も交えて、研究の内容や成果等を 2000 字程度でまとめてください。
1. 北極域生態系データの編纂
現場観測データに加え、衛星データや数値モデルデータも処理できるよう、生態系区分を定義する
Large Marine Ecosystems をグリッド化・デジタル化した、生態系マスクファイルを作成した。また、海洋性の魚類、哺乳類、および無脊椎動物に関して、それぞれのデータ収集が AquaMaps プロジェク
トの元で行われているが(https://www.aquamaps.org)1、 これらの分類群別に収集されているデータを編纂し、特に北極海について、生物多様性指標の一つである Shannon Index を算出した。さらに、地球観測衛星に基づく海洋一次生産者データ（Kahru et al., 2016）2 を画像処理し、北極海域ごとの時系列データを作成した。これらのデータを時間平均処理し、気候図を作成した。

図 1. Large Marine Ecosystems (LMEs)の定義（右上, http://lme.edc.uri.edu, Sherman and Hempel(2009)3）より作成した、北極海における各 LME(計 18)のグリッド化マスクファイル。
2. データ解析
本研究では、多様性を表される Shannon Index を生態系の質と解釈し、また、一次生産を生態系における潜在的な最大資源許容量と解釈した。生態系の脆弱性には、これらの両側面のどちらの変動も重要であるを踏まえて、合算した変動を変動成分ごとに表現するために、統計解析（主成分分析）を行った。主成分分析はサンプルに地図上の各グリッド、変数に上記の Shannon Index と一次生産量（共に標準化したもの）をとり、行列を作成した。主成分分析の結果、第１主成分が全変動の 63%を説明した。第１主成分の空間分布をみると、北極海一様な分布にはなっていなかった。特に、沿岸域や海氷縁辺域で（正負にかかわらず）高い数値を示していた（沿岸域 > 2, 海氷縁辺域 < -2）。よって、これらの海域では、最も優占的な変動が顕著であることがわかった。また、符号に着目すると、

2海氷縁辺域と沿岸域（や沖合域）で逆転しており、これら海域では第１モードで表される変動が相対して存在していることがわかった。LME 別にみると、沿岸域としては Laptev Sea、海氷縁辺域ではBeaufort Sea が変動が大きい領域を相対的に最も多く含む結果となった。

図 2. 北極海における生物多様性(Shannon Index)と一次生産量を主成分分析した結果得られた第１モード。符号の正負にかかわらず数値が大きいところが変動が大きい。
3. 独自データの収集
当初予定によれば、独自データとして、北極を観測する地球観測衛星データの検証のための現場観測を駿河湾（静岡県）で行うことを予定していた。一方、コロナ対策として、駿河湾での観測が中止になった。そこで、予定していた全ての項目ではないものの、一部の変数を観測するためのを忍路湾（北海道）で行った（図 3）。この観測は、紫外および可視域における太陽放射を海上および水中で測定するものであり、海洋生物への紫外線ストレスや有光層深度といった一次生産を現場レベルで推定する上で（また、それを元に衛星観測データを検証する上で）重要な項目である。

3

図 3. 忍路湾での現場観測点（北緯 43°13’, 東経 140°52’）
4. 結果
衛星データとのマッチアップがとれなかったものの、現場レベルでの環境変動による生物への影響を示唆する上で必要な環境データを収集した。特に、紫外線は大気から水中へ入射することで急激な減少を示すことが知られているが、忍路湾は中緯度に位置するものの７月の海面近くでの水中紫外線は海面下数メートルに達する場合があることが示された（図 4）。また、可視放射は一次生産に必要なエネルギーとなるが、水中でのスペクトルは 470-550nm ほどまで幅広い波長帯で大きな値となる特徴的なスペクトルであった。
Intensity [mW/m2 nm] at 11:24:17

Intensity [mW/m2 nm] at 11:26:15
1000

1400

900
800

Intensity[mW/m2 nm]

Intensity[mW/m2 nm]

1200
1000
800
600
400

700
600
500
400
300
200

200

100
0
279.0480691
294.082975
309.1264345
324.1767039
339.2320393
354.2906971
369.3509334
384.4110046
399.4691669
414.5236765
429.5727897
444.6147627
459.6478518
474.6703132
489.6804032
504.6763779
519.6564937
534.6190069
549.5621735
564.48425
579.3834925
594.2581572
609.1065006
623.9267786
638.7172478
653.4761641
668.201784
682.8923637
697.5461594
712.1614273

279.0480691
294.082975
309.1264345
324.1767039
339.2320393
354.2906971
369.3509334
384.4110046
399.4691669
414.5236765
429.5727897
444.6147627
459.6478518
474.6703132
489.6804032
504.6763779
519.6564937
534.6190069
549.5621735
564.48425
579.3834925
594.2581572
609.1065006
623.9267786
638.7172478
653.4761641
668.201784
682.8923637
697.5461594
712.1614273

0Wavelength [nm]Wavelength [nm]図 4. 忍路湾における 2020 年 7 月 17 日での下向き太陽放射輝度スペクトル（左：海面直上、右：海面下 1m）【引用文献】
1. Kaschner, K., K. Kesner-Reyes, C. Garilao, J. Segschneider, J. Rius-Barile, T. Rees, and R.
Froese. 2019. AquaMaps: Predicted range maps for aquatic species. World wide web electronicpublication, www.aquamaps.org, Version 10/2019, 20194

2. Kahru, M., Z.-P. Lee, B.G. Mitchell and C.D. Nevison, Effects of sea ice cover on satellite-detectedprimary production in the Arctic Ocean, Biology Letters, https://doi.org/10.1098/rsbl.2016.0223, 2016.

3. Sherman, K. and Hempel, G. (Editors). The UNEP Large Marine Ecosystem Report: A perspective onchanging conditions in LMEs of the world’s Regional Seas. UNEP Regional Seas Report and Studies No.
182. United Nations Environment Programme. Nairobi, Kenya, 2009.

(3) 本共同研究に関する活動・実績等を下表に記入してください。
①研究打合せ、学会参加・集会(注 4)、調査等(注 4)

研究代表者、共同研究分担者、研究協力者、招へい者によるもの

日程(月日)

日数

活動内容

場所

(日)

研究代表者、共同研究分担者、 参加者数
研究協力者、招へい者の参加

(人)

者名・部署
2020.6.10

1 研究打ち合わオン平田貴文・北海道大学 北極域

せ (ECOTIP)

ライ研究センター1ン
2020.7.14

1 学会参加オン平田貴文・北海道大学 北極域(JpGU)

ライ研究センター

1ン
2020.10.14

1 学会参加オン

平田貴文・北海道大学 北極域(PICES)

ライ研究センター

1

ン
②研究論文
研究代表者並びに、研究分担者あるいは研究協力者が著者の関連論文がありましたら可能な限り記載ください。
論文が複数ある場合は、そのフォーマットとして論文 1 の分をコピーして記載してください。
項目記入要項

回答(1)著者名(共著者名含む)、

Alabia ID, Molinos JG, Saitoh S-I, Hirata T, Hirawake T, Mueter FJ.

発行年、論文タイトル、掲載

Multiple facets of marine biodiversity in the Pacific Arctic under

誌名、巻・号、ページ数、future climate. Science of The Total Environment 2020, Vol. 744,

DOI、出版年月日

140913, https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.140913③研究書等著書
著書名・著者名出版年月

5

出版社名

ICES/PICES/PAME

WorkingGroupon

Integrated 2020/9/10

ICES

Ecosystem Assessment (IEA) for the Central Arctic Ocean(WGICA), Jorgensen et al.(他 36 名)④特許等出願
特許、実用新案、商標⑤研究発表(資料添付も可)
発表年月日

発表者名（共著者を含む）

発表タイトル

発表学会等名称

発表地

招待
講演
(〇)

2020.10.14

T. Hirata(Hokkaido Univ・Sensitivity

ARC), Y. Masuda(Hokkaido

Study on

Univ・Faculty ofPlanetary

Environmental Science),

Boundary

Jorge García

Forcing to theMolinos(Hokkaido Univ・

Arctic Marine

ARC), Irene

Ecosystems

PICES 2020

オンライン

Alabia(Hokkaido Univ・ARC), Keiko Sato(HokkaidoUniv・ARC), Toru
Hirawake(Hokkaido Univ・Graduate School ofFisheries Sciences), Eiji
Watanabe (JAMSTEC),
Maki Aita-Noguchi(JAMSTEC) and Sei-Ichi
Saitoh(Hokkaido Univ・ARC)
2020.7.13

T. Hirata(Hokkaido Univ・Development of

JpGU-AGU

オンラ

ARC), Y. Masuda(Hokkaido

the Potential

Joint Meetingイン

Univ・Faculty ofEnvironmental Science),
Jorge García

Vulnerability
Index for the62020

Molinos(Hokkaido Univ・Arctic Marine

ARC), Keiko Sato(Hokkaido

Ecosystems

Univ・ARC), Irene
Alabia(Hokkaido Univ・ARC), Eiji Watanabe(JAMSTEC), Maki AitaNoguchi (JAMSTEC), ToruHirawake(Hokkaido Univ・Graduate School ofFisheries Sciences), SeiIchi Saitoh(Hokkaido Univ・ARC)⑥国際シンポジウム等(資料添付も可)参加をした主な国際シンポジウム等
開催時期（年月）

国際シンポジウム等名称

招待講演/議長の有無

2020.10.26-10.30

European Polar Science Week

無⑦本共同研究に関し実施(主催、共催、後援等)したシンポジウム・集会(注 6)等(資料添付も可)(注 6) 研究代表者、共同研究分担者、研究協力者、招へい者以外を含む参加募集によるもの
開催日

実施

形態

シンポジ

地

(注 7)

ウム・集（国、県、会等名市など）

称

目的及び概要

対象者

参加人数

(注 7)

(海外(注 8))

(注 7)
形態:シンポジウム、セミナー、公開講座、ワークショップ、その他
対象：一般、地域、学生、研究者(注 8) 海外機関に所属するもの⑧本拠点共同研究に係る成果が科学研究費などの外部資金の応募(予定を含む)やプロジェクトに発展した例があればご記入ください。

7

・プロジェクト名・プロジェクトの主

プロジェクト期間

・プロジェクト概要

・代表者・関係者(所な財源(目的・期待効果、規模、参加属)・金額

国等)

・関係研究者

・これまでの本共同研究との関・予定の場合は、(予連性定)と記載してください(300 字程度)

（採択済）

・内閣府

令和 3 年（単・プロジェクト概要

・プロジェクト名：課題・9,978 千円

年）

目的：亜寒帯回遊魚であるサ解決に向けた先進的

ケの最適放流予測技術ならびな衛星リモートセンシに回帰資源予測技術の開発

ングデータ利用モデル
実証プロジェクト

期待効果：北海道東岸のサケ漁業の温暖化適応策として期・代表者:藤原達也

待される

Digital 北海道研究会
規模：５機関計９名（Digital 北・関係研究者：平田貴海道研究会、日東製網、

文（北海道大学)

G&LI、北海道大学、北見管内
さけ・ます増殖事業協会）
参加国：日本・本拠点の共同研究で整備した衛星データを用いて亜寒帯海域を回遊する特定の生物に（サケ）の生態学的へ応用した。

（応募済）

・JSPS 科学研究費

令和 3 年度～5・プロジェクト概要

・海洋における人為的補助金

年度

目的：北極海の海洋生態系の影響負荷の評価

基礎研究(C)

脆弱性における人為的負荷の影響部分について評価する。

・代表者:平田貴文（北・5,000 千円

海道大学)

期待効果：国際的枠組み(例：
PICES, WGCIA など)での生態・関係研究者：平田貴系に基づく資源管理策への貢文（北海道大学)

献
参加国：日本8

・本拠点の共同研究の枠組みで実施した北極海の海洋生態系解析をさらに発展・応用させた内容である⑨研究成果が一般社会産業界などに還元（応用）された事例や新しい研究分野の開拓や教育活動に反映された事例(資料添付も可）⑩その他国際研究協力活動事例
事業名

概要

受入人数

派遣人数

⑪学会賞等受賞、アウトリーチ、取材、その他
年月日

所在・出典・新聞名等受賞者・関係者(所研究課題名・賞名・内容等属)

記事コピ－等を添付してください。
⑫コロナ禍の影響と対策
本共同研究へのコロナ禍の影響と対策(改善・代替策、計画変更、工夫等)、助成金執行率(%)について記述してください。
影響の事象

対策の有無と内容(計画変更・中止、改善・代替策、工夫等)

欧州員会 ECOTIP 研究集会への参加

有：集会が中止され、非公式の個人レベルでのオンライン打ち合わせを行った。また、上記研究集会参加に付随して予定していた研究協力者への訪問・打ち合わせを中止した。

9

駿河湾における海洋観測無：中止。駿河湾における観測と同じではないが、忍路臨海実験所（北海道小樽市）において予定していたデータのうちの一部を収集することとした。

10