特集 黒潮
日本近海の海洋変動予測システム
黒潮は暖かい海水を東シナ海から日本の南へ運ぶ海流です。しかし時として、黒潮は付近に発生する大きさが数百kmもの渦などによって流れる経路が変わり、そのことが日本の気候に大きな影響を及ぼしています。
地球フロンティア研究システムと地球観測フロンティア研究システムでは、気候変動を明らかにするため、 この黒潮についても観測やその変化の予測などを研究しています。
宮澤研究員が、海の状態を予測する日本近海の海洋変動予測システム「海の天気予報」について紹介致します。
地球フロンティア研究システム気候変動予測研究領域
宮澤泰正


「海の天気予報」を目指した海洋変動予測システム
　ARGOフロート*1を始めとする近年の全球規模観測システムの発達によって、リアルタイムかつ効果的に海洋の状態を予測することが可能になってきています。日本沿海予測可能性実験（JCOPE: Japan Coastal Ocean Predictability Experiment）の一環として、私達は高解像度の海洋変動予測システムを開発してきました。このような海洋変動の日常的な予測（「海の天気予報」）は、現場観測による検証とあいまって、より長期の気候予測のための大気海洋モデルの改良や漁業、海洋環境保全等に著しく貢献することが期待されます。

高解像度海洋大循環モデル
　予測システムで使用している海洋モデルは、世界でもよく使われているプリンストン海洋モデルを基盤としています。水平1/12度、35層の高解像度領域モデルが、1/4度、21層の中解像度の海盆スケールのモデルに埋め込まれています（図1）。高解像度モデルは北西太平洋（117E-180E, 12N-56N）を対象としており、側面境界条件を中解像度モデルから単方向ネスティングによって与えています。モデルは風応力、海表面の熱フラックスおよび塩分フラックスによって駆動されています。このうち風応力と熱フラックスは6時間間隔のNCEP/NCAR再解析データ*2およびQuikSCAT*3準リアルタイムデータからバルク公式等を用いて算出します。海表面における塩分は30日の時間スケールで月平均気候値に緩和させています。高解像度モデルによって、北西太平洋における海流や渦などの海洋変動がよく再現されています。



図1 JCOPEモデルの地形

海洋の変動を予測するシステム
　データ同化のために、衛星海面高度偏差データ（Jason-1, Geosat Follow On）、衛星海面水温データ（NOAA/AVHRR）、およびARGOフロートを含む海面下水温・塩分プロファイルから、最適内挿法を用いてこれらの週平均データを作成します。多様な種類のデータをモデルに対して整合的に同化するために、多変数最適内挿法を用いて各鉛直コラム内の水温・塩分解析値を推定します。水温・塩分解析値はIncremental Analysis Update（IAU）法によってモデル内に円滑に導入されます。このようにして作成した同化結果を初期値とし、月平均気候値外力によって駆動する2ヵ月予測を週毎に更新しています。データ同化により、水温観測値に対しては約1℃、塩分観測値については約0.2psuの平均自乗誤差となる初期値を作ることができました。平均自乗誤差の大きさはシミュレーションの能力や、データ同化手法、観測データの品質に依存するものですが、平均的に最適内挿法の内挿誤差とほぼ同程度のものを得ることができています。

予測の現状と課題
　2003年におけるリアルタイム予測実験において、JCOPE 海洋変動予測システムは約1ヵ月の予測スキルを持つことが分かりました。特にJCOPEシステムは、2003年3月から5月にかけて日本南岸の黒潮に沿った小蛇行の伝播の予測に成功しました（図2）。しかし、システムは6月の小蛇行の減衰の予測はできませんでした。モデルの鉛直層数を増やすなどの改良を行って、予測スキルの改善に取り組んでいます。


図2　2003年4月26日から5月9日にかけての海面水温のスナップショット。
上図: NOAA衛星海面水温（出典:海上保安庁ウェブサイト）。
下図: JCOPEシステムの予測結果（2003年4月26日から予測）。
*1 水深2,000mから海面までの間の水温・塩分値を観測することが出来る自動昇降型フロート
*2 米国National Centers for Environmental Prediction（NCEP）/ National Center for Atmospheric Research（NCAR）が作成した気象データ
*3 米国航空宇宙局（NASA）が打ち上げた海上風観測のための人工衛星
　C l o u m n
日本近海の海洋変動予測システムのデータ提供開始

気候変動予測研究領域の日本沿海予測可能性実験グループ（JCOPEグループ）では、現在、同システムにより1週間（毎週土曜日）毎に観測データを取り入れて海況現状を更新し、それを初期値として予測を行っており、逐次更新している予測結果をウェブサイト（図参照）に掲載しています。今回、これまでに行った海洋変動予測システム「海の天気予報」の計算結果データ（2002年11月14日以降のデータ（水温、塩分、水平流速、水位の2日平均計算格子データ））を希望者に提供することにしました。

JCOPEグループはデータ利用者のご意見なども参考にしながら今後ともデータの精度向上に努めていきます。同時に試験的に実行してきた2ヶ月予測のこれまでの結果も提供し、その妥当性、有効性について関係者の方々に検討していただく事も期待しています。

同データの入手のお申し込みは、下記地球フロンティア研究システムのウェブサイトからお願いいたします。

JCOPEデータ配布のご案内: http://www.jamstec.go.jp/frsgc/jp/jcope/distribution/index.htm
Frontier Newsletter/No.24
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