平成21年度 地球シミュレータ利用報告会

地球環境変化に伴う生態系変動の診断と予測に関する研究

発表資料 (3.3MB)

1. プロジェクト名

地球環境変化に伴う生態系変動の診断と予測に関する研究

Study on the diagnostics and projection of ecosystem change associated with global change

2. プロジェクト責任者名

岸 道郎 (海洋研究開発機構 地球環境変動領域 物質循環研究プログラム 海洋生態系プロセス研究チーム)

Michio Kishi

3. プロジェクトの目的

空間解像度や複雑さの異なる複数の海洋生態系モデル、海洋大循環モデルを用いて、現在の気候条件における生態系変動再現実験、及び、温暖化気候における将来予測実験を行う。これら実験を通して、中規模海洋現象の生態系への影響、季節～年々変動に対する生態系変動の変動特性の定量化、現在気候から温暖化気候における生態系の将来予測、海域による海洋生態系の違いや卓越種の再現を目指した生態系モデル開発、を実施する。観測データによる結果の検証、モデル間相互比較を通じて、将来予測の高精度化を目指すとともに、沿岸域から外洋まで含んだ水産資源の将来予測へのデータ提供を目指す。

4. 今年度当初の計画

(i) 高解像度海洋大循環モデルを用いた海洋生態系・物質循環研究

渦許容解像度(1/4度)でのトレーサー実験を行い、共同で研究を進めている課題「海洋微細構造が生み出す気候形成・変動メカニズムの解明」（代表者：大淵 済）との協力により開発された渦解像度OFES(1/10度)トレーサーモデル実験との比較により、解像度の違いによるトレーサー輸送やモデルによる分布の再現性への影響を調べる。また、高解像度OFES-NPZD (Nutrient-Phytoplankton-Zooplankton-Detritus) モデルによるクロロフィルの年々変動を解析するとともに、渦許容解像度での長期変動実験のためのテスト計算を実施する。

(ii) 海洋生態系プロセスモデリング

海域別に異なるモデル構成やパラメータを導入したモデルの開発に着手するとともに、国際研究計画MAREMIP(MARine Ecosystem Model Intercomparison Project)に対応して、1996年～2007年をターゲットとしたCOCO-NEMUROモデル(CCSR Ocean Component Model-North Pacific Ecosystem Model for Understanding Regional Oceanography)による実験を、他グループのモデルや観測データと比較、評価を行う。さらに、オフライン版COCO-NEMUROのES2への移植、テスト計算を実施する。

5. 研究計画に沿った利用状況

(i) 高解像度海洋大循環モデルを用いた海洋生態系・物質循環研究

ES2への移行、テストの準備を進めているところであり、主にこれまでの実験結果の解析を進めた。年度末までにトレーサーの時間積分を実施予定である。

(ii) 海洋生態系プロセスモデリング

COCO-NEMUROモデルのES2への移行、テスト実験を行い問題なく動作することを確認した。オフライン版のCOCO-NEMUROモデルのES2への移植、テスト計算を実施し動作を確認した。

6. 今年度得られた成果，および達成度

成果

(i) 高解像度海洋大循環モデルを用いた海洋生態系・物質循環研究

全球高解像度海洋海氷モデル（1/2度と1/4度）とOFES（1/10度）を用い、空間解像度によるトレーサー(CFC-11)の分布再現性の違いを調べ、全球のCFC-11貯蓄量には大きな差はないが、渦活動が大きい海域（南大洋や西岸境界流）における分布に影響することが分かった。特に、南大洋における亜寒帯モード水や南極中層水形成と分布には、渦活動が重要な役割を果たしており、渦解像度モデルで再現されたCFC11分布から、形成域とその分布が観測に良く対応することが分かった。また、OFESを用いた生態系実験の結果から、東部赤道太平洋域において、ENSOモードに応答した生物生産の変動を再現することができた。SSTが高い年は、水温躍層や栄養塩躍層が平年に比べて深くなるので、生物生産が下がる。低い年は、逆に浅くなるので、生物生産が高くなる。特に、コスタリカドームと言われる亜表層付近の水温躍層の変動がENSOと強く関係し、コスタリカ沖における生物生産の年々変動に見られることが分かった。

(ii) 海洋生態系プロセスモデリング

MAREMIP計画に基づく生態系変動再現実験の解析から、クロロフィル濃度の季節変動や広域的な分布はモデル間で比較的一致しているが、植物プランクトンのグループ構成に違いがあり、生物ポンプの強さや高次生態系（水産資源）への影響の違いが示唆された。海域別に異なるモデルの開発に向けて、北西部北太平洋を対象として安定同位体を含む簡易生態系モデルによる実験、観測データとの比較により食物連鎖に即したモデルの高度化を行った。オフライン版COCO-NEMUROモデルのES2への移植、テスト計算を計画通り実施し今後の長期積分への目途を立てることができた。

達成度

  • (i) 高解像度海洋大循環モデルを用いた海洋生態系・物質循環研究 30%
  • (ii) 海洋生態系プロセスモデリング 80%

8. 研究成果一覧 (投稿中の論文、予定講演の場合はその旨記載のこと)

a. 原著論文 (査読あり)

  • 1. Aoki, K., A. Kubokawa, H. Sasaki, and Y. Sasai, 2009: Midlatitude baroclinic Rossby waves in a high-resolution OGCM simulation. J. Phys. Oceanogr., 39 (9), 2264–2279.
  • 2. Aoki, S., Y. Sasai, H. Sasaki, H. Mitsudera and G. D. Williams: The cyclonic circulation in the Australian-Antarctic basin simulated by an eddy-resolving general circulation model, Ocean Dyn., accepted.
  • 3. Hashioka, T., T. T. Sakamoto and Y. Yamanaka, 2009: Potential impact of global warming on North Pacific spring blooms projected by an eddy-permitting 3-D ocean ecosystem model, Geophys. Res. Lett., 36, L20604, doi:10.1029/2009GL038912.
  • 4. Iskandar, I., H. Sasaki, Y. Sasai, Y. Masumoto and K. Mizuno: A numerical investigation of eddy-induced chlorophyll bloom in the southeastern tropical Indian Ocean during Indian Ocean Dipole - 2006, Ocean Dyn., submitted.
  • 5. Itoh, S., Yasuda, I., H. Nishikawa, H. Sasaki, and Y. Sasai, 2009 : Transport and environmental temperature variability of eggs and larvae of the Japanese anchovy (Engraulis japonicus) and Japanese sardine (Sardinops melanostictus) in the western North Pacific estimated via numerical particle tracking experiments, Fish. Oceanogr., 18, 118-133.
  • 6. Ito, S., N. Yoshie, T. Okunishi, T. Ono, Y. Okazak, A. Kuwata, T. Hashioka, K. A. Rose, B. A. Megrey, M. J. Kishi, M. Nakamachi, Y. Shimizu, S. Kakehi, H. Saito, K. Takahashi, K. Tadokoro, A. Kusaka, H. Kasai, 2009: Application of an automated approach for calibrating the NEMURO nutrient-phytoplankton-zooplankton food web model in the Oyashio region, Progr. Oceanogr. (submitted).
  • 7. Kishi, M. J., K. Nakajima, M. Fujii and T. Hashioka, 2009: Environmental factors which affect growth of Japanese Common Squid, Todarodes pacificus, analyzed by a bioenergetics model coupled with a lower trophic ecosystem model, J. Marine Sys. 78, 278-287, DOI:10.1016/j.jmarsys.2009.02.012.
  • 8. Kitagawa, T., S. Kimura, H. Nakata, H. Yamada, A. Nitta, Y. Sasai, and H. Sasaki, 2009: Immature Pacific bluefin tuna, Thunnus orientalis, utilizes cold waters in the Subarctic Frontal Zone for trans-Pacific migration, Environ. Biol. Fish., doi:10.1007/s10641-008-9409-8, 84, 193-196.
  • 9. Masuda, Y., Y. Yamanaka, Y. Sasai, M. Magi, and T. Ohsumi (2009): Site selection in CO2 ocean sequestration: dependence of CO2 injection flux on eddy activity distribution. Int. J. Greenhouse Gas Control, 3, 67-76.
  • 10. Okunishi, T., T. Hashioka, T. T. Sakamoto, N. Yoshie, H. Sumata, S. Ito, Y. Yara, N. Okada and Y. Yamanaka, 2009: Impacts of climate change on growth and migration of Japanese sardine (Sardinops melanostictus) in the western North Pacific, Climatic Change (submitted).
  • 11. Rodgers, K. B., R. M. Key, A. Gnanadesikan, J. L. Sarmiento, O. Aumont, L. Bopp, S. C. Doney, J.P. Dunne, D. M. Glover, A. Ishida, M. Ishii, A. R. Jacobson, C. L. Monaco, E. Maier-Reimer, N. Metz, F. F. Perez, A. F. Rios, R. Wanninkhof, P. Wetzel, C. D. Winn, Y. Yamanaka: Altimetry helps to explain patchy changes in hydrographic carbon measurements. J. Geophys. Res., doi:10.1029/2008JC005183.
  • 12. Sasai, Y., K. J. Richards, A. Ishida, and H. Sasaki: Effects of mesoscale eddies on the marine ecosystem in the Kuroshio Extension region using an eddy-resolving coupled physical-biological model. Ocean Dynamics. (accepted)
  • 13. Sumata, H., T. Hashioka, T. Suzuki, N. Yoshie, T. Okunishi, M. N. Aita, T. T. Sakamoto, N. Okada and Y. Yamanaka, 2009: Effect of eddy transport on the nutrient supply into the euphotic zone simulated in an eddy-permitting ocean ecosystem model, J. Marine Sys. (submitted)
  • 14. Yamanka, Y., T.Hashioka, T. Okunishi, 2009: Challenges of integrated ocean modeling linking fish with climate: Future projecting marine ecosystem, Progr. Oceanogr. (submitted)
  • 15. Zenimoto, K., T. Kitagawa, S. Miyazaki, Y. Sasai, H. Sasaki and S.Kimura, 2009: The effects of seasonal and interannual variability of oceanic structure in the western Pacific North Equatorial Current on larval transport of the Japanese eel Anguilla japonica, Journal of Fish Biology (2009) 74, 1878–1890.

b. 原著論文 (査読なし、および雑誌等寄稿)

  • 1. 橋岡豪人, 坂本天, 山中康裕: 海洋低次生態系の温暖化に対する応答　～NEMUROによる予測～, 水産資源管理談話会報, 2009.

c. 学会等発表 (ポスターセッションの場合はその旨記載)

  • 1. 石田 明生, 笹井 義一, 増田 良帆, 山中 康裕, 佐々木 英治: 仮想トレーサーを用いたアラビア海における水塊輸送の研究, 2009年度日本海洋学会春季大会, 東京, 2009年4月.
  • 2. 奥西武, 伊藤進一, 吉江直樹, 山中康裕, 須股浩, 屋良由美子, 橋岡豪人, 坂本天: 海洋生態系-水産資源モデルによる地球温暖化の影響予測. 2009年度日本海洋学会春季大会, 東京, 2009年4月.
  • 3. 笹井 義一, 石田 明生, 山中 康裕, 佐々木 英治: 渦解像海洋大循環モデル (OFES) を用いた SAMW と AAIW の形成と分布, 2009年度日本海洋学会春季大会, 東京, 2009年4月.(Poster)
  • 4. 須股浩, 橋岡豪人, 岡田直資, 相田真希, 吉江直樹, 坂本天, 鈴木立郎, 山中康裕: 渦許容全球モデルによる低次生態系の経年変動実験. 2009年度日本海洋学会春季大会, 東京, 2009年4月.
  • 5. Masuda, Y., A numerical study with eddy-resolving model to minimize biological impacts in CO2 ocean sequestration, IGBP Symposium "Frontier of integrated research activities on east Asian and global environment", Otaru, Japan, 14-17 April, 2009 (Poster)
  • 6. Sumata, H., T. Hashioka, N. Okada, M. N. Aita, T. T. Sakamoto, T. Suzuki, and Y. Yamanaka: Nutrient supply in the surface euphotic layer simulated in an eddy-permitting ocean ecosystem model, IGBP Symposium "Frontier of integrated research activities on east Asian and global environment", Otaru, Japan, 14-17 April, 2009 (Poster)
  • 7. 山中康裕: 気候変動から水産資源までを表現した統合海洋生態系モデルによる将来予測, 日本地球惑星科学連合2009年大会, 千葉, 2009年5月16日-21日.
  • 8. 橋岡豪人, 屋良由美子, 坂本天, 山中康裕: 地球温暖化が海洋の低次生態系へ与える影響 ～気候モデルと生態系モデルによる予測から～, 日本応用藻類学会　シンポジウム, 東京, 2009年6月.
  • 9. Vogt, M., M. Racault, S. Vallina, C. Le Quéré, E. Buitenhuis, S. Alvain, O. Aumont, L. Bopp, S. Doney, T. Hashioka, I. Lima, M. N. Aita and Y. Yamanaka: Marine ecosystems and their role for biogeochemical cycling in a changing world, International Symposium on Simulation　Science for Safety, Tokyo, Japan, 19 June, 2009. (Invited)
  • 10. 山中康裕: 気候変動から海洋生態系への応答に関する将来予測, 国際シンポジウム 安全・安心とそのシミュレーション科学, 東洋大学2009年6月19日.
  • 11. Ito, S., N. Yoshie, T. Okunishi, T. Ono, Y. Okazaki, A. Kuwata, T. Hashioka, K. A. Rose, B. A. Megrey, M. J. Kishi, M. Nakamachi, Y. Shimizu, S. Kakehi, H. Saito, K. Takahashi, K. Tadokoro, A. Kusaka and H. Kasai: Lower-trophic-ecosystem monitoring in the Oyashio region and application of an automated approach for calibrating the NEMURO nutrient-phytoplankton-zooplankton food web model in the Oyashio region, 3rd GLOBEC OSM, Victoria, Canada, 22-26 June, 2009.
  • 12. Sumata, H., T. Hashioka, N. Okada, M. N. Aita, N. Yoshie, T. T. Sakamoto, T. Suzuki and Y. Yamanaka: Eddy permitting simulations of 3D-NEMURO in the global ocean, 3rd GLOBEC OSM, Victoria, Canada, 22-26 June, 2009.
  • 13. Okunishi, T., T. Hashioka, T. Sakamoto, N. Yoshie, H. Sumata, S. Itho and Y. Yamanaka: Impacts of climate change on growth and migration of Japanese sardine (Sardinops melanostictus) in the western North Pacific, 3rd GLOBEC OSM, Victoria, Canada, 22-26 June, 2009. (Poster)
  • 14. Yamanaka, Y.: Forecasting and predicting marine ecosystem responses to climate change 3rd GLOBEC Open Science Meeting GLOBEC, Victoria, Canada, 22-26 June, 2009.
  • 15. Yamanaka, Y., S. L. Smith, H. Sumata, N. Yoshie, T. Hashioka, T. Okunishi, M. Shigemitsu, M. N. Aita and N. Okada: New NEMURO-based model incorporating the iron cycle, PICES 18th Annual Meeting, Seoul, Korea, 25-28 Aug, 2009. (Invited)
  • 16. Okunishi, T., S. Ito, A. Kawabata, H. Kubota, T. Hashioka, H. Sumata and Y. Yamanaka: A multi-trophic level ecosystem modeling for understanding mechanism of the small pelagic fish species alternation, PICES 18th Annual Meeting, Seoul, Korea, 25-28 Aug, 2009 (Invited)
  • 17. Sumata, H., T. Hashioka, M. N. Aita, N. Yoshie, T. Suzuki, T. T. Sakamoto, N. Okada and Y. Yamanaka: Effects of eddy transport on the nutrient supply into the euphotic zone simulated in an ocean ecosystem model, PICES 18th Annual Meeting, Seoul, Korea, 25-28 Aug, 2009.
  • 18. 石田明生, 笹井義一, 増田良帆, 山中康裕, 佐々木英治: 仮想トレーサーを用いたアラビア海における水塊輸送の研究 (II), 2009年度日本海洋学会秋季大会, 京都, 2009年9月.
  • 19. 奥西武, 吉江直樹, 須股浩, 重光雅仁, 橋岡豪人, 山中康裕, 伊藤進一: 複数観測地点データを用いた低次生態系モデルの最適パラメータ推定. 2009年度日本海洋学会秋季大会, 京都, 2009年9月.
  • 20. 笹井義一, 石田明生, 佐々木英治: 東部赤道太平洋における海洋生態系経年変動シミュレーション, 2009年度日本海洋学会秋季大会, 京都, 2009年9月.（ポスター）
  • 21. 須股浩, 橋岡豪人, 岡田直資, 相田真希, 吉江直樹, 坂本天, 鈴木立郎, 山中康裕: 海洋表層の栄養塩収支に対する渦輸送の効果, 2009年度日本海洋学会秋季大会, 京都, 2009年9月.
  • 22. 橋岡豪人, 相田真希, 山中康裕 M. Vogt, E. Buitenhuis, C. Le Quere, S. Alvain, O. Aumont, L. Bopp, S. Doney, I. Lima: 海洋生態系モデルの国際的な相互比較研究, 2009年度日本海洋学会秋季大会, 京都, 2009年9月.
  • 23. Yamanaka, Y., S. Lan Smith, H. Sumata, N. Yoshie, T. Hashioka, T. Okunishi, M. Shigemitsu, M. N. Noguchi, N. Okada: New NEMURO-based model incorporating the iron cycle, PICES 18th Annual Meeting, PICES, Jeju, Korea, 23 October-1 November, 2009.
  • 24. Hashioka, T., M. N. Aita, Y. Yamanaka, M. Vogt, C. Le Quéré, S. Alvain, L. Bopp, E. Buitenhuis, S. Doney, I. Lima: Spatio-temporal differences in plankton compositions among models from the first results of MARine Ecosystem Model Inter-comparison Project (MAREMIP), MAREMIP Kickoff Meeting, Cambridge, U.K., 28 – 30 October, 2009.
  • 25. Vogt, M., C. Le Quéré, S. Alvain, L. Bopp, E. Buitenhuis, S. Doney, T. Hashioka, I. Lima, M. N. Aita, Y. Yamanaka: First results from the MARine Ecosystem Model Inter-comparison Project (MAREMIP), MAREMIP Kickoff Meeting, Cambridge, U.K., 28 – 30 October, 2009.
  • 26. Yamanaka, Y.: Introduction to NEMURO family, MAREMIP Kickoff Meeting, Cambridge, U.K., 28 – 30 October, 2009.
  • 27. Ishida, A., Y. Sasai, Y. Yamanaka and H. Sasaki: Water mass transport in the Arabian Sea: an idealized tracer study using OFES, Second OFES International Workshop and ESC-IPRC Joint Workshop, Honolulu, Hawaii, USA, December 2009.
  • 28. Sasai, Y., A. Ishida, K. J. Richards, and H. Sasaki: Seasonal and interannual variability of marine ecosystem in the Eastern Tropical Pacific with an eddy-resolving physical-biological model, Second OFES International Workshop and ESC-IPRC Joint Workshop, Honolulu, Hawaii, USA, December 2009.
  • 29. Ishida, A., Y. Sasai, Y. Masuda, Y. Yamanaka, H. Sasaki: Transport and mixing of the intermediate water in the Arabian Sea: An idealized tracer study, Ocean Sciences Meeting 2010, February 2010, Portland, U.S.A. (Poster).
  • 30. Sasai, Y., K. J. Richards, A. Ishida, H. Sasaki: Effects of mesoscale eddies on the marine ecosystem in the Kuroshio Extension with an eddy-resolving coupled physical-biological model, Ocean Sciences Meeting 2010, February 2010, Portland, U.S.A. (Poster)

d. 講演

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e. 新聞、雑誌での掲載記事

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