北太平洋栄養物質循環の数値モデリング

 研究概要

本研究では、オホーツク海・ベーリング海・親潮など北太平洋西部亜寒帯海域の「豊かな海の恵み」を生み出す仕組みの解明を目的として、栄養物質循環の数値モデリングを行います。これらの海域における高い生産性を解明するためには、海洋の中深層に蓄えられている栄養塩や鉄分がどこで表層に湧き上がり、どの経路を通って西部亜寒帯海域に至るのか、という北太平洋全体の三次元的な物質循環の理解が不可欠です。具体的な研究の目的は以下のとおりです。（1）千島列島、アリューシャン列島、ベーリング海北西部における大きな鉛直混合が、栄養塩や鉄分の三次元循環に果たす役割の解明、（2）潮汐モデルを海洋海氷結合モデルに直接結合し、鉛直混合を起潮力から計算して物質循環を駆動するという、これまでにない北太平洋栄養物質循環シミュレーションの開発、（3）北太平洋の十年規模変動や潮汐の18.6年周期変動の影響の解明。

以上の目的を達成するため、本研究では、以下の２つのタイプの栄養物質循環モデルを用いて研究します。

• 従来型の鉛直混合パラメタリゼーションを用いた西部亜寒帯栄養物質循環モデルによる解析

鉄循環モデルがすでに組み込まれている、水平解像度0.5°の西部北太平洋亜寒帯循環を用いて研究します。その物理コンポーネントに関しては、海洋の中層温暖化など気候変動に対する海洋応答の再現性を確認しています。本研究では熱・淡水フラックス、風応力、潮汐混合を外力として与えて鉄循環モデルを駆動し、物質循環の季節変動実験や、潮汐混合の18.6年周期を含む経年変動実験を行います。また、シミュレーション結果と道東沖のモニタリング定線（A-line）の鉄濃度や親潮海域におけるリン濃度など、親潮域の観測との比較を行います。

• 潮汐モデルと結合した新たな北太平洋栄養物質循環モデルの開発　(Fig. 1、Fig. 2)

北太平洋全領域をカバーし、曲線直交座標を用いることによりオホーツク海の解像度を3㎞～7㎞としたモデルを基盤とします。物理コンポーネント（海洋－海氷－潮汐結合系）は海洋表層と中層をつなぐ北太平洋スケールの三次元的循環を再現しており、本研究ではこれに栄養物質循環モデルを結合します。潮汐による鉛直混合が潮汐モデルの結果として出力されるため、拡散係数として事前に与える必要がなくなり、物質循環モデリングの新たな発展が期待されます。平成28・29年の2年間でモデルの開発を進めるとともに、18.6年周期で起潮力を変動させる実験の実施を計画しています。

Fig. 1　新たに開発している高解像度物質循環モデルにおける表層流速分布。西岸境界流や中規模渦が再現されている。

Fig.2 高解像度物質循環モデルの初期的な結果。オホーツク海における中層の鉄分濃度極大が再現されている。

研究代表者：三寺史夫( 北海道大学 低温科学研究所 附属環オホーツク観測研究センター 教授)