長期海洋再解析データによる日本海の海洋環境再現性評価と海峡流量解析

長期海洋再解析データによる 日本海の海洋環境再現性評価と 海峡流量解析 二 宮 順 一 ¹ ・ 浜 野 竜 太 朗 ² ・ 森 信 人 ³ ・ J o s k o Tr o s e l j ⁴ ・ 石川 洋一⁵・西川 史朗⁵ 1 正会員 金沢大学助教 理工研究域環境デザイン学系 2 金沢大学大学院 自然科学研究科環境デザイン学専攻 3 正会員 京都大学准教授 防災研究所 4 正会員 京都大学 防災研究所 5（ 国 研 ） 海 洋 開 発 研 究 機 構 地球情報基盤センター

発表概要 1. 研究背景 2. 使用データの概要 ◦ FORA‐WNP30 ◦ JCOPE2 ◦ WOA13 V2 ◦ 気象庁海洋気象観測船による観測結果 3. 再解析データの再現性評価 ◦ 長期変動 ◦ 短期変動 4. 日本海海況解析 ◦ 水温長期変動 ◦ 海況流量長期変動 まとめ

1. 研究背景 日本：海洋に囲まれている 海洋の環境，構造の理解が重要 ・温暖化影響 ・環境，防災対策 ・資源開発 一方，日本海の海洋環境に関する研究は… 太平洋側と比較して解析が遅れている（内山ら,2012,2014） 国際的な観測体制の立ち遅れ 研究目標 長期海洋再解析データにより日本海の海洋環境への理解を深める 3/12

1. 研究背景 再解析データの特徴 予報 ・再解析： 過去のデータを対象とした解析（図‐1） ・観測との違い 同化により観測地点だけでなく周辺の環境も再現 水塊流入など大きなスケールの現象を表現 修正 予報 修正 同化 予報値 観測値 解析時刻 図‐1 解析の原理 時間 本研究で用いた再解析データセット：FORA‐WNP30 日本海の海洋環境（水温，塩分）の再現性の検討が十分でない ・FORA‐WNP30の日本海における水温，塩分の再現性を評価 ・水温，海峡流量の日本海の海況解析（温暖化等） 4/12

2. データ概要（FORA‐WNP30） FORA‐WNP30 同化期間：約30年（1982/01/01‐2012/12/31） 誤差小 同化範囲：北西太平洋（117‐160°E, 15‐65°N） 水深54レベル（0‐6500m） 同化手法：4次元変分同化（図‐2） パラメータ：水温，塩分，流速，(海面高度) 予報 修正 観測値 予報値 解析期間 時間 図‐2 4次元変分同化 水平解像度：1/10度 ・3次元（東西，南北，高さ）に時間を追加 時間解像度：1日 ・期間内全ての観測値に近づくように修正 FORA‐WNP30の利点 1) 同化期間が長期間（約30年） 2) 日本近海を対象とし，解像度が高い 5/12

2. データ概要（再現性評価用データ） ・WOA13 V2 ・JCOPE2（再解析データ） 全球観測データをベースにした10年気候値 FORAとの違い 解像度：1/4° ・FORAよりも解像度が高い（1/12度） 期間：1985‐1994,1995‐2004,2005‐2012 ・期間が短い（約20年） 年間平均と季節毎のデータを使用 ・同化手法（3次元変分同化） 長期的な平面分布の評価 FORAの再解析データとしての精度を比較 ・気象観測船観測データ その他の観測データ 気象庁の気象観測船によるCTD観測結果 期間：1997‐2009（日本海対象） ・韓国気象庁観測データ ・石川県水産総合センター沖合観測データ 各年季節毎の鉛直分布データ 短期的な鉛直分布の評価 6/12

3. 再現性評価（長期変動） ・長期的変動（WOA13 V2) WOA13 V2と再解析データ（FORA，JCOPE2)との表層平面水温，塩分の相関から評価 水温：全期間で0.9を超える高い相関 長期的変動について 高い再現性を有する 塩分：相関あり JCOPE2：水温は同程度， 塩分はJCOPE2の方が高い相関 表‐1 WOA13 V2と再解析データ（FORA，JCOPE2）の水温（上）及び塩分（下）の相関係数 水温 相関 1985-1994 1995-2004 2005-2012 相関 1985-1994 1995-2004 2005-2012 年平均 FORA JCOPE2 0.991 0.989 0.988 0.985 0.987 冬平均 FORA JCOPE2 0.983 0.987 0.987 0.972 0.976 年平均 FORA JCOPE2 0.820 0.716 0.871 0.685 0.871 冬平均 FORA JCOPE2 0.796 0.694 0.912 0.569 0.826 春平均 FORA JCOPE2 0.991 0.981 0.973 0.990 0.983 塩分 春平均 FORA JCOPE2 0.679 0.670 0.867 0.731 0.918 夏平均 FORA JCOPE2 0.976 0.967 0.965 0.945 0.956 秋平均 FORA JCOPE2 0.988 0.986 0.985 0.985 0.988 夏平均 FORA JCOPE2 0.903 0.795 0.838 0.836 0.853 秋平均 FORA JCOPE2 0.796 0.772 0.841 0.689 0.854 7/12

3. 再現性評価（短期変動） ・短期的変動（観測船） 水温，塩分の観測船観測結果の鉛直分布との季節毎平均相関，RMSEから評価 相関：ほぼ全ての期間で0.9以上 水温 RMSE：2~3程度 短期的変動について JCOPE2：同程度以上の精度 高い再現性を有する 相関：水温と比べると低い 塩分 RMSE：ほとんどの期間で0.1以下 JCOPE2：同程度以上の精度 図‐ 3 水温（左）及び塩分（右）観測結果とFORA，JCOPEの相関（上），RMSE（下） 8/12

4. 海況解析（水温） 日本海全域水温の年平均変動（図‐5） ・水深0.5m～1800mまで日本海全域 の水温は上昇傾向 各水深帯毎の水温年平均上昇（図‐6） ・66mの水温上昇量が最も大きい ・300m付近までの上昇が顕著 図‐5 日本海全域平均海面水温の経年変動 （数字：凡例ごとの1 年当たり上昇量[℃/year]） ・2000m以深でも2003年以降は上昇 ・秋季の上昇が顕著 気象庁の発表と一致 以上より… 日本海水温の温暖化を確認 図‐6 日本海水深別年平均上昇量 9/12

4. 海況解析（海峡流量） 各海峡の年平均流量の経年変動をSverdrup：10⁶m³/sで表示（図‐8） ・対馬海峡は流入方向に上昇傾向 ・津軽，宗谷，間宮海峡は流出方向に上昇傾向 外洋からの海水交換が活発化 図‐7 日本海各海峡の位置 図‐8 各海峡流量年平均値（正：日本海への流入，負： 流出，範囲：標準偏差，数字：年平均上昇量[Sv/year]） 10/12

4. 海況解析（海峡流量） 各海況の日流量パワースペクトル解析結果（図‐9） ・いずれの海峡も365日，185日の 周期が顕著 ・1年周期：対馬暖流の季節変動 ・半年周期：潮汐影響の可能性 詳細な解析（海流変動， 極前線など）が必要 ・1年を超える周期のピークは確認 されなかった 各海峡の日流量パワースペクトル解析結果 （数字：スペクトルが極値を示した時の周波数） 11/12

まとめ ・FORA‐WNP30の日本海における水温，塩分の再現性は長期変動，短期変動 どちらも高い精度を有している． ・日本海全域の水温は1982‐2012年で上昇傾向にあり，温暖化が顕著に見られた． ・日本海と外洋を接続する各海峡の流量は， ・対馬海峡では流入量が増加 ・宗谷・津軽・間宮海峡では流出量が増加傾向 という特徴があり，日本海と外洋の海水交換が活発化している． ・いずれの海峡も１年周期，半年周期の変動が顕著であり， １年周期については対馬暖流の季節変動によるもの， 半年周期は今後海流や極前線変動などの解析から明らかにする必要がある． 12/12

参考文献 1) 内山雄介・宮崎大・神吉亮佑・宮澤泰正：日本海全域を対象としたダウンスケーリング海洋モデルによる 広域海況評価，土木学会論文集B2（海岸工学） ，Vol70, No.2, I_451‐I_455, 2014. 2) 内山雄介・宮崎大・神吉亮佑・宮澤泰正：日本海におけるサブメソスケール乱流に伴う極前線および対馬暖流の 季節変動について，土木学会論文集B2（海岸工学） ，Vol71,No.2, I_415‐I_420, 2015. 3) Usui, N., T. Wakamatsu, Y. Tanaka, N. Hirose, T. Toyoda, S. Nishikawa,Y. Fujii, Y. Takatsuki, H. Igarashi, H. Nishikawa, Y. Ishikawa,T. Kuragano and M. Kamachi. Four‐dimensional VariationalOcean Reanalysis: A 30‐year high‐ resolution dataset in thewestern North Pacific (FORA‐WNP30). J. Oceanography, 2017. 4) Miyazawa, Y., R. Zhang, X. Guo, H. Tamura, D. Ambe, J.‐S. Lee,A. Okuno, H. Yoshinari, T. Setou, and K. Komatsu: Water massvariability in the western North Pacific detected in a 15‐year eddyresolving ocean reanalysis, J. Oceanography, 65, 737‐756, 2009. 5) Isobe, A., S. Kako, X. Guo, and H. Takeoka: Ensemble numericalforecasts of the sporadic Kuroshio water intrusion (kyucho) intoshelf and coastal waters, Ocean Dynamics, 2012. 6) Locarnini, R. A., A. V. Mishonov, J. I. Antonov, T. P. Boyer, H. E.Garcia, O. K. Baranova, M. M. Zweng, C. R. Paver, J. R. Reagan,D. R. Johnson, M. Hamilton, and D. Seidov,. World Ocean Atlas 2013, Volume 1: Temperature. S. Levitus, Ed., A. Mishonov TechnicalEd.; NOAA Atlas NESDIS 73, 40 pp, 2013. 7) Zweng, M.M, J.R. Reagan, J.I. Antonov, R.A. Locarnini, A.V.Mishonov, T.P. Boyer, H.E. Garcia, O.K. Baranova, D.R. Johnson,D.Seidov, M.M. Biddle. World Ocean Atlas 2013, Volume 2: Salinity.S. Levitus, Ed., A. Mishonov Technical Ed.; NOAA AtlasNESDIS 74, 39 pp, 2013. 8) 気象庁海洋気象観測船による海洋・海上気象観測資料： http://www.data.jma.go.jp/gmd/kaiyou/shindan/index_obs.html ，2018 年4 月現在. 9) 気象庁海面水温の長期変化傾向（日本近海）： http://www.data.jma.go.jp/gmd/kaiyou/data/shindan/a_1/japan_warm/japan_warm.html，2018 年3 月12 日発表 13/11

• http://www.data.jma.go.jp/gmd/kaiyou/shindan/index_obs.html
• http://www.data.jma.go.jp/gmd/kaiyou/data/shindan/a_1/japan_warm/japan_warm.html