海洋・水産

水産資源管理への応用

はじめに

データ統合・解析システム「海洋における熱・水・物質循環過程の診断と気候変動に対する影響評価並びに水産資源データとの融合による応用機能開発」課題ではJAMSTEC/FRCGC海洋データ同化グループで開発された空間3次元に加え時間軸方向にも力学・熱力学的に整合性のとれた4次元データを、未観測量も含めて作成できる先端的な四次元変分法データ同化(4D-VAR)手法による再解析データセットをベースに海洋物理環境情報と水産資源情報との統合解析を可能にする異分野融合・協働プラットフォームを構築し、漁業管理者や水産関係者へ向けた持続的水産資源管理に有効な情報発信を行うための応用機能開発を行っている。ここでは、水産総合研究センター遠洋水産研究所及び北海道大学水産科学研究院との協働により得られた、アカイカ及びアメリカオオアカイカ資源変動の統計モデル化についての初期成果について紹介する。

4D-VARデータ同化による海洋物理環境場の推定

本課題で開発された四次元変分法(4D-VAR)データ同化システムは海洋大循環モデルGFDL・MOM3をベースに作成された。モデルの空間解像度は緯度1°＊経度1°で鉛直36層である。FNMOC、OISST、ARGOフロート、 TAO/TRITON、PIRATAデータセットの水温・塩分及びTOPEX/POSEIDONによる海面高度(SSH)アノマリデータを同化データとして用いた。さらに海洋観測データ数が少ない領域についてはWorld Ocean Database 2001水温・塩分の気候値をバックグラウンド値として用いた。世界中で行われた各種の海洋観測データと数値モデルシミュレーション結果を、時間変化も含めて力学的に矛盾のない状態で統合することが可能な同化手法を用いることにより、エルニーニョや北太平洋十年スケール振動などの主要な海洋変動が現実に近い状態で再現された海洋再解析データセットを作成することができた。

図1. (上)4D-VARデータ同化システムにより最適化された 1990年代における2S-2N平均の東西風応力、海面高度アノマリ、海水面温度の経度－時間断面図。 (下)NINO3領域平均の海水面温度時系列。黒色が観測値、赤色がシミュレーション結果、緑色が同化結果。

図1(上)は4D-VAR海洋データ同化システムにより再現された赤道付近の東西風応力、 SSHアノマリ、海水面温度(SST)の経度－時間断面図である。これらの結果は過去のエルニーニョについての知見とよく一致しており、同化により再現された1990－2000年におけるNINO3領域平均SSTのRMS誤差は0.73Kで、モデルシミュレーション結果と比べてはるかに正確な値を示している図1(下)。

4D-VAR海洋再解析プロダクトを用いたペルー沖のアメリカオオアカイカ資源変動解析

アメリカオオアカイカは東部太平洋に広く分布するアカイカ最大の種(外套長120cm以上)である。ペルー沖はその主要漁場であり1990年以降、主にペルー・日本・韓国の漁船が操業しているが、漁獲量の年々変動が非常に大きく、遠距離の往復を強いられる日本漁船にとっては操業リスクが高い。過去の研究でエルニーニョがアメリカオオアカイカ資源変動に影響を与える可能性が議論されてきたが、特にエルニーニョの前年(1996年)に資源が激減した原因についての言及は皆無であり、変動要因についてはこれまで殆ど明らかにされていない(図2)。		図2．ペルー沖のアメリカオオアカイカ漁獲量と NINO1-2領域におけるSST偏差の時系列 (Waluda et al., 2006; Ichii et al., 2002)。
本プロジェクトではペルー沖漁場におけるアメリカオオアカイカ漁獲量と海洋物理環境の年々変動との相関解析を行い、水深30-100m 付近の水温との間に有意な負の相関が1年以上継続して見られることを発見した(図3)。さらにこの水温変動は南半球側から流入するペルー海流とそれに伴う沿岸湧昇の年々変動に対応していることが分かった (図4)。これらの結果は、アメリカオオアカイカの寿命(約1年)より長期間継続した海洋環境変動に伴う摂餌環境の変化が1990年代中頃に見られるアメリカオオアカイカ漁獲の激減に影響を及ぼした可能性を示唆しており、今後この成果を踏まえてアメリカオオアカイカ資源変動予測のための統計モデルを構築する。将来的には、生態系モデルを海洋同化システムに組み込み摂餌環境そのものの復元することにより、南米大陸東岸における水産資源変動メカニズムの解明に資することを目指す。
図3.(左)ペルー沖アメリカオオアカイカ漁場における漁獲量（CPUE）と混合層深との相関係数分布、及び(右)ラグ相関係数の鉛直プロファイル。		図4．アメリカオオアカイカ漁獲量と 1年前の海洋物理場との相関

4D-VAR海洋再解析プロダクトを用いた北太平洋のアカイカ資源変動解析

北太平洋におけるアカイカ秋生れ群の漁獲量は1999年以降に激減している(図5)が、その原因として海洋のレジームシフトとそれに伴うクロロフィル前線(TZCF)の変動の影響が指摘されている。TZCFの位置は海水面温度(SST)18°C の位置で近似できることから、北太平洋(180-160W)におけるSST18°C線の位置の年々変動に回帰分析を適用し、アカイカの漁獲量変動の復元を試みた。		図5. アカイカ秋生れ群生息域と漁獲量の年々変動
図6は北太平洋におけるアカイカ秋生れ群の漁獲量のうち流し網漁を停止した1994年以降の期間について、海洋再解析データ及び衛星観測データから算定したSST18°C線の南北変動成分との回帰から得られたアカイカ漁獲量の時系列である。 2種類のデータは共にレジームシフトを良く表現できており、1999年前後のコントラストは回帰結果に反映されているにもかかわらず、観測のアカイカ漁獲量の再現性は必ずしも良いとは言えない。しかし海洋再解析から得られた躍層付近の水温・塩分の年々変動はアカイカ漁獲量と高い相関を示しており (図7)、これらの結果を用いた回帰からは精度良くアカイカ漁獲量を再現することができる。このようにアカイカの摂餌環境に直接的に影響を及ぼす可能性のある海洋物理パラメータを指標にすることで、従来の海表面データのみを使った方法よりも精度の高い資源変動復元が可能となる。
図6. TZCF年々変動と回帰分析から復元したアカイカ漁獲量		図7. 躍層付近の水温・塩分との回帰から復元したアカイカ秋生れ群漁獲量の年々変動