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| 東北沖暖水渦が世界最大規模の熱を放出 | |||||||||||||||||||||||||||
| 学術的背景 東北沖の黒潮・親潮混合水域（以下，混合水域）では冬の間に海から大気に向けて膨大な熱が放出されています（図1）。その値は400 W/m2 以上でありこれは世界最大規模です。混合水域から放出される膨大な熱は、上空を通過する温帯低気圧等の多くの大気現象（偏西風経路等）に影響する可能性が指摘されています。 従来、中・高緯度海域での熱放出要因は、大気変動、すなわち海上を吹く風にあるとされていました。一方で、混合水域に限っては海面水温も主因になりうるという主張もなされていました（Tanimoto et al. 2003）。このように相反する主張が展開されており、明確な回答は得られていませんでした。 |
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| 混合水域での大気海洋間の熱交換関係の実態を調べ、その要因を明らかにすることは、地球物理学的な知見にとどまらず、気象監視・予測の観点でも重要な研究課題です。 そこで本研究では、近年整備されてきた観測資料（大気再解析資料・人工衛星観測資料等）を用いることで混合水域海面乱流熱フラックスの時間変動特性の解明を目指しました。そして、同海域の乱流熱フラックス決定に果たす海面水温の役割を定量的に評価することで、東北沖での大気海洋関係の実態解明を試みました。 研究成果① 混合水域海面乱流熱フラックスの時間変動特性 本研究では混合水域を東経142度から150度、北緯35度から40度の領域と定義しました。 まず、混合水域での海面乱流熱フラックスの年々変動を調べました。図2は混合水域平均の海面乱流熱フラックスの時系列を表しています。この図から、混合水域の熱放出量は、2000年頃や2000年代後半に多いことがわかり、約10年周期という長い時間スケールで緩やかに変わることがわかりました。 |
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| つづいて、この海面熱フラックスの長期変動要因の同定を試みました。海面乱流熱フラックスは、海面水温・海上気温・海上風・海上比湿の4変数にもとづいてバルク公式より計算されます（式の詳細は省略）。そこで、海面乱流熱フラックス決定に寄与する各変数間の相対的な役割を明らかにするために、日別値と長期平均値を併用してシンプルな評価実験を行いました。各変数の組合せは表1の通りです。 |
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| 観測値と実験結果を位相・振幅の再現性の観点で比較・検討を行いました。その結果、混合水域での熱放出量変動の主因が海面水温であることが明らかになりました。 一連の結果は、混合水域では海面水温が高いときほど大気に向けて多くの熱が放出されることを表します。言い換えれば、混合水域の海面水温は、大強制によって作られていないことを意味しています。それでは、何が混合水域の海面水温を決めるのでしょうか？ そこで、海洋場に焦点をあて、要因解明を目指しました。 研究成果② 混合水域海面水温変動要因の同定 本課題では、混合水域の海面水温変動要因として直径300km程度の暖水渦に着目しました。この暖水渦は、その空間規模が小さいがゆえに従来の船舶観測ではその分布などの特性を面的にとらえることは極めて困難でした。しかしながら、現在、時空間分解能が優れた衛星観測データが利用可能にになり、暖水渦を面的にとらえられるようになりました。例えば、図3は、1999年1月20日の事例です。この図では、周囲より海面高度が高い箇所は高気圧性の渦であることを意味しています。混合水域近辺では、多くの高気圧性渦が分布することがわかります。そして、同時期の海面水温偏差（時間平均値からの差）と比較すると、その分布がじつによく類似していることがわかります。すなわち、この高気圧性は、いずれも「暖水渦」だったのです。 |
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| 以上，この暖水渦が混合水域海面水温変動の要因であると推測されました。そこで、この暖水渦の活動度を評価するために、混合水域での渦運動エネルギーを算出しました（図4）。その結果、この渦運動エネルギーは2000年頃に高い状態にあることがわかり、この時間的振る舞いは混合水域海面水温および乱流熱フラックスと位相が一致していました。以上より、混合水域海面水温変動の主因は暖水渦であると結論付けました。 |
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| 最後に、この暖水渦の生成要因を調べました。まず、この暖水渦を時間的に遡った結果、そのいずれもが混合水域南方を流れる黒潮続流（図3の海面高度等値線が密になっている箇所）から切離したものであることがわかりました。そこで、この黒潮続流に着目して研究を行いました。 黒潮続流は、大きく2種類の変動特性をもつことが知られています。一つは流軸の南北位置変動、もう一つが流路形態変動（蛇行・非蛇行）です。そこで、この黒潮続流の変動を海面高度から指標化し、混合水域渦運動エネルギーとの関係を調べました。その結果、流路形態変動と有意な関係にあることがわかりました。つまり、黒潮続流が蛇行流路をとる時期ほど多くの暖水渦が切離し、結果、混合水域海面水温が増加し、大気への熱の放出源になるという大気海洋系の新シナリオを提案しました。 おわりに 混合水域上では偏西風が大きく蛇行しています。さらに、この海域上を通過する移動性温帯低気圧は，短時間で急速に発達し、爆弾低気圧になることが報告されています。すなわち、本研究課題で得られた成果は、海洋物理学の知見にとどまらず、気象学分野の進展に資するものです。 今後は、この暖水渦による熱放出が大気に与える影響の実態を解明することで、天気予報の改善に貢献すると同時に、気候形成に果たす海洋の役割を明らかにすることが重要です。 関連する発表論文 Sugimoto, S., and K. Hanawa, 2011: Roles of SST anomalies on the wintertime turbulent heat fluxes in the Kuroshio-Oyashio Confluence Region: Influences of warm eddies detached from the Kuroshio Extension. Journal of Climate, 24, 6551-6561. Sugimoto, S., and K. Hanawa, 2012: Relationship between the path of the Kuroshio in the south of Japan and the path of the Kuroshio Extension in the east. Journal of Oceanography, 68, 219-225. 研究費 文部科学省科学研究費補助金 新学術領域研究（気候系のhot spot: 熱帯と寒帯が近接するモンスーンアジアの大気海洋結合変動）・公募研究 （23106501） （代表） ［黒潮親潮混合域における海面乱流熱フラックス変動に果たす海面水温変動機構の解明］ 2011年度～2012年度 関連する解説・情報 気候系のhot spot: 熱帯と寒帯が近接するモンスーンアジアの大気海洋結合変動（新学術領域研究：平成22年度～26年度）[プロジェクト紹介ページ] 日本東岸沖の海と大気は10年で変わる ～その原因は黒潮続流にあり！？～ [杉本 記事] 海と大気が織りなす美しい物語 [杉本 記事] |
