[an error occurred while processing this directive] [an error occurred while processing this directive]

海洋モデリング

地球の表面の約70%を占める海洋は、太陽放射エネルギーを吸収し熱と水蒸気を大気に与え、大気の運動エネルギーの源となっています。また、海洋は温室効果気体を始めとする様々な物質を溶かすため、大気の物質濃度は大気と海洋のやり取りに大きく依存します。出入りする熱と溶存物質は、海洋に生活する生物との間にも重要な相互作用を生み出します。気候システムを理解するためには、この様な海洋の様々な機構を理解し総合する必要があります。海洋モデリング分野はそのような研究をしてきました。

海洋大循環の概要　図1

この図は、現在の知識で推定されている世界の大洋の流れを摸式的に表したものです。各大洋を浅い方から順に表層(深さ約300mまで)、中層(約300−1500m)、深層(約1500−4000m)、底層(海底付近)に分けてあります。大西洋、太平洋、インド洋の各大洋は孤立している訳ではなく、南極を取り巻く極環海やインドネシア多島海などを通る流れによって相互作用しています。気候変動の長期予測には、このような流れを定量的に把握することが不可欠です。

図1：　海洋大循環の摸式図。各層・大洋間の海水のやりとりを矢印で表す。

人為起源物質の海洋吸収　図2

図は、人為起源二酸化炭素濃度・核実験起源炭素放射同位体・フロン11の大西洋・太平洋における南北−深さ断面図を示しています。この種の計算によって、人為起源二酸化炭素がどのくらい海洋に吸収されているかを知ることは将来の地球温暖化予測にとって不可欠の問題です。また、海洋大循環モデルと実際の海洋循環との比較を行うにも重要となります。北大西洋の深層水、南大洋の底層水や中層水の形成に伴って、人為起源物質が深層に広がりつつある様子が分かります。

図2：　大西洋・太平洋における人為起源物質分布の南北−深さ断面図。海洋大循環モデルにより計算されたもの。

海洋と大気による熱輸送　図3

理想化された地形のもとで大気−海洋結合大循環モデルを用い、太陽放射に季節変動が存在する場合(SEASONAL)としない場合(ANNUAL)の実験を行ない、それぞれのケースの定常状態における大気(ATMOS.)・海洋(OCEAN)・大気＋海洋(TOTAL)による北向き熱輸送量を描いたものです。季節変動の存在は大気−海洋結合系の極向き熱輸送において、海洋による熱輸送の割合を高め、大気による熱輸送の割合を低める役割を果たします。

図3：　大気−海洋結合大循環モデルで計算された南北熱輸送。

北太平洋の中層循環　図4

数十年スケールの気候変動に関し重要な北太平洋循環の研究も行なっています。熱的条件は同じにして、風がある場合とない場合の循環の違いを見てみました。図で、循環は等圧面に沿い矢印の向きに流れます。風が形成する流れだけではcaseBの図の実線を横切る流れはできにくいことが知られていますが、caseBには西境界付近に実線を南向きに横切る流れが存在します。一方、caseAにも西境界に沿って南向きの流れが存在しています。つまり、実線を横切る流れは熱的条件により形成される流れの現れと考えることができます。

図4：　海洋大循環モデルにより計算された北太平洋深さ600mの圧力分布。caseAは風がない場合、caseBは風がある場合についてのもの。青は高圧力、赤は低圧力を示す。

海洋生態系のモデル化　図5

温室効果気体を含む物質の海洋中での循環に関し、海洋生態系は大きな役割を果たしています。海洋生態系の食物連鎖は植物プランクトンによる有機物生産を出発点としており、この量の把握は物質循環の解明にとって重要な課題です。この図は有機物生産量を計算機モデルで再現した結果を示したものです。この結果を観測データと比べると、赤道域中央部でモデルの値が大きいほかは概ね良く一致しています。

図5：　数値モデルにより計算された海洋生態系による基礎生産量。

[an error occurred while processing this directive]