海洋生態系モデル班
西部北極海生態系モデルで再現された暖水渦の生物化学的特性
渡邉 英嗣（1）
岸 道郎（1, 2）
石田 明生（1, 3）
野口(相田) 真希（1, 2）
（1）海洋研究開発機構 地球環境変動領域
（2）北海道大学 水産科学研究院
（3）富士常葉大学 社会環境学部
北極海における近年の急激な海氷縁後退は大気場や生態系の応答も含めて重大トピックの１つとなっている。ベーリング海峡から流入する太平洋起源水は北極海 の熱・淡水・栄養塩の主要な供給源であり、その輸送は西部北極海の海氷変動や海洋生態系と密接な関係にある。チャクチ陸棚域からカナダ海盆域への陸棚海盆 間輸送には傾圧渦が重要な役割を担っていることが多くの先行研究から示唆されており、Nishino et al. [2011] では海洋地球研究船みらいによる北極航海で観測された巨大暖水渦の生物化学特性について詳しく報告されている。しかし報告された特性が陸棚域からの移流を 反映しているのか、渦内部の局所的な基礎生産によって形成されたものなのかはまだ明らかでない。そこで本研究では陸棚海盆境界域の渦活動が生物化学過程に 及ぼす影響について、衛星データと海洋生態系モデルの出力結果を解析した。MODIS画像では、２００３年９月と２０１０年８月に渦状にクロロフィル濃度 が高い分布がカナダ海盆南部で捉えられており (Figure 1)、同じシーンの海面水温も渦状に高いことから、暖水渦と植物プランクトンバイオマスが密接に関係していることが示唆される。次に西部北極海を対象にし た渦解像可能な海氷海洋結合物理モデルCOCO [Hasumi, 2006] に既存の海洋低次生態系モデルNEMURO [Kishi et al., 2007] を結合させ、夏季の生態系プロセスに着目するために３月から１０月まで８ヵ月間積分した結果を解析した。背景物理場の詳細はWatanabe [2011] で議論しているが、主な特徴として、夏季にノースウィンド海嶺付近まで海氷縁が後退し、７月から９月にかけて陸棚海盆境界域で複数の暖水渦が生成されるこ とが挙げられる。生物化学過程に着目すると、６月初旬にチャクチ陸棚域で海氷縁後退とともに植物プランクトンブルームが生じ、その下流域であるバロー峡谷 以北で渦生成が活発化する７月下旬までに陸棚域のかなりの海域で硝酸塩が枯渇する。その結果、渦生成直後には暖水渦が貧栄養化した陸棚水をカナダ海盆域に 輸送していた (Figure 2a)。暖水渦内部で硝酸塩濃度が低いことは２０１０年のみらい観測の結果とも整合的である。同時に、チャクチ陸棚域で増殖した植物プランクトンが暖水渦 に取り込まれることで渦状のバイオマス極大が出現する。但し、この時点では既にバイオマスが減少傾向にあり、渦成長期には、栄養塩枯渇に伴う基礎生産抑制 に加えて、動物プランクトンに捕食されることで植物プランクトンバイオマスがさらに減少する。一方で、その後の渦成熟期には、渦の外縁部で生じる湧昇流に よって下層の栄養塩が有光層に供給されることで、渦内部で植物プランクトンが増殖するといったプロセスも続く (Figure 2b)。このように西部北極海の暖水渦は海盆域の生物活動に寄与することがわかった。一連のプロセスには、海氷縁後退に伴ってチャクチ陸棚域で生じるブ ルームとバロー峡谷の下流域で起きる渦生成のタイムラグが重要な意味を持っており、このタイムラグの長短によって暖水渦内部の生物化学特性が大きく変化す る可能性もある。
Figure 1. MODIS 8-day level-3 composites of chlorophyll-a concentration on (a) 6-13 September 2003 and (b) 21-28 August 2010 [mg/m3]. Scene ID is (a) A20032492003256 and (b) A20102332010240. 
Figure 2. (a) Vertical profiles of (shade) phytoplankton and (contour) nitrate concentration across an individual warm shelf-break eddy on July 31 [μM]. (b) Total phytoplankton biomass in the top 60 m on September 25 [μM m]. Black contours show bottom bathymetry. 1μM≡1mmol-N/m3.
謝辞： 本研究は科学研究費補助金・基盤研究S 『北極海の海氷激減 ～海洋生態系へのインパクト～』 （研究代表者 原田尚美／海洋研究開発機構）において実施されている。
