海洋地球研究船　「みらい」長期観測研究計画

JAMSTEC

海洋地球研究船「みらい」長期観測研究計画

平成17年2月改定

別紙1

海洋地球研究船「みらい」長期観測研究計画の中間見直しに当たって
（参考）海洋地球研究船「みらい」長期観測研究計画の策定に当たって（初版）
1.　観測研究の課題
　 1.1 熱循環の解明
　　1.1.1 目　的
　　 1.1.2　研究課題
　　　(1)太平洋・インド洋熱帯域の観測研究
　　　(2)大気−海洋相互作用に係る観測研究
　　　(3)海洋大循環の長期的変動に関する観測研究
　　　(4)北極海域の観測研究
　1.2　物質循環の解明
　　1.2.1 目　的
　　 1.2.2 研究課題
　　　（1）大気−海洋間の物質交換過程
　　　（2）生物活動と物質循環の関係
　　　（3）物質の水平・鉛直輸送過程
　　　（4）深海−海底間での物質交換過程
　　　（5）古環境復元
　1.3　海洋生態系の解明
　　1.3.1 目　的
　　 1.3.2 研究課題
　　　(1)表層から深海域における生物群集構造に関する研究
　　　(2) 物質変換（生産・分解・無機化）過程と食物連鎖系に関する研究
　　　(3) 環境条件により変動する生物ポンプ作用に関する研究
　 1.4　海洋底ダイナミクスの解明
　　1.4.1 目　的
　　 1.4.2 研究課題
　　　(1) 海洋底ダイナミクスの解明についての観測研究
2.　その他の推進すべき事項
　2.1　連続観測の実施

海洋地球研究船「みらい」長期観測研究計画の中間見直しに当たって

　現行の海洋地球研究船「みらい」長期観測研究計画（以下「長期観測研究計画」という。）は、平成9年に科学技術庁に設置された「みらい」運用体制検討委員会が定めた海洋地球研究船「みらい」利用計画（平成9年9月16日）に則り、翌10年２月に海洋科学技術センターに設けられた「みらい」運用検討委員会で策定されたものである。この長期観測研究計画には、平成５年12月の海洋開発審議会第４号答申「我が国の海洋調査研究の推進方策について」で示された４つの重点基盤研究テーマ（熱循環の解明、物質循環の解明、海洋生態系の解明、海洋底ダイナミクスの解明）を骨格として、今後10年間程度を見通した「みらい」を用いて実施すべき観測研究について科学的目標、課題などの指針が示されている。また長期観測研究計画は、海洋地球研究船「みらい」利用計画において、原則として5年毎に見直すとも述べられている。この長期観測研究計画に基づき、「みらい」は北太平洋を中心に北極海、インド洋東部、更に平成15年度には約７ヵ月間の南半球周航観測航海（BEAGLE 2003）を行うなど、正に地球規模の観測を実施し多大な成果を上げてきた。平成14年度までの観測航海とその主な成果は「月間海洋、号外34号」（2003）にまとめられている。
　平成10年度以降、我が国における海洋観測研究の推進体制は大きく変わりつつある。平成13年度に制定された第二期科学技術基本計画では、戦略的に推進すべき4分野の１つとして「環境分野」を挙げ、とりわけ地球規模の観測等の推進の重要性を指摘している。これに対する対応として科学技術・学術審議会は、答申「21世紀初頭における日本の海洋政策」（平成14年8月1日）において、「地球温暖化、気候変動等のメカニズム解明」を海洋研究の推進方策の一つに挙げている。また、現在検討中の総合科学技術会議「地球観測の推進戦略」では、海洋環境変動の長期観測、海洋二酸化炭素観測網の整備、環境汚染物質の海洋生態系への影響把握および海洋生物資源の包括的観測体制の整備、観測空白域のない地震・津波の定常的・長期的観測網の構築などを戦略的重点課題として取り上げる見込みである。国際的には、平成15年G8サミット（エビアンサミット）において採択された「持続可能な開発のための科学技術」行動計画に基づいて、「第2回地球観測サミット」（平成16年4月25日、東京）において地球観測システム確立のための実施計画の枠組が決定された。平成17年には第3回地球観測サミットで「地球観測10年実施計画」が発表される見込みである。この様に7年前の本長期観測研究計画の策定時に比べて国内外の状況は大きく様変わりしており、地球規模の観測に対する要求の高まりと共に、海洋観測に果たす「みらい」への期待も従来に増して大きいものとなっていると考えられる。
　長期観測研究計画の見直しは5年を目途に行われるはずであったが、「みらい」の運航母体である海洋科学技術センターが「独立行政法人海洋研究開発機構」へと改組される時期と重なったため作業を遅らせた経緯がある。今回の見直し作業にあたり、「みらい」運用検討委員会では、以上のような「みらい」にかかわる国内外の環境をつぶさに俯瞰し、本長期観測研究計画の残りの期間に焦点を当てながらその見直しを鋭意検討してきた。その結果、先に示された４つの重点基盤研究課題は踏襲しながらも、就航以来約7年間に「みらい」が挙げた成果を踏まえた上で近年の国内外における科学的、社会的動向や要求、特に「地球観測10年実施計画」に盛り込まれる課題を考慮して研究課題の内容に関して多少の調整を行った。
なお、「独立行政法人海洋研究開発機構」はその運営の中期目標が5年間（平成16年度から20年度まで）と定められていることから、今回見直した長期観測研究計画の適用期間は平成20年度までとすることが適当である。

平成17年2月8日

「みらい」運用検討委員会委員長
半　田　暢　彦
（名古屋大学名誉教授）

（参考）海洋地球研究船「みらい」長期観測研究計画の策定に当たって（初版）
この長期観測研究計画の目的は、平成９年９月「みらい」運用体制検討委員会でとりまとめられた「みらい」利用計画に従い、今後10年間程度を見通した「みらい」を用いて実施すべき観測研究について科学的目標、課題を設定し、「みらい」中期運航計画作成の際の指針を示すことにある。
基本的には「みらい」はできるだけ一般に広く利用されることが望まれるが、一方科学的目標をしぼり込んで研究成果を着実に上げていく必要がある。そこで、この長期観測研究計画の作成の方針を以下の通りとした。

（１）平成５年12月の海洋開発審議会第４号答申「我が国の海洋調査研究の推進方策について」で示された４つの重点基盤研究テーマ（熱循環の解明、物質循環の解明、海洋生態系の解明、海洋底ダイナミクスの解明）を骨格とする。
（２）地球科学技術フォーラム／地球観測委員会の「みらい」観測計画分科会において、広く意見をもとめ本計画に反映させる。
（３）「みらい」の特徴を活かした観測研究の大筋を示すことに主眼を置く。

熱循環の解明においては、大気の1000倍以上の熱容量を持ち地球上の98％の水が集中する海洋は、表層から深層にわたる複雑な海水循環や大気との熱のやり取りを通じて地球全体の熱平衡に重要な役割を果たしており、その実態の解明が中心となる。特に、海水温や海流の変動は、異常気象や気候変動の原因となりこのメカニズムの解明が待たれている。物質循環の解明においては、地球温暖化の原因となる二酸化炭素等のさまざまな物質を大量に吸収しているが、これらの物質が海洋中でどのように運ばれ、どのように分布し、どのように変化するのかを明らかにしていくことが中心である。これは、地球温暖化の予測能力を向上する上でも重要である。海洋生態系の解明においては、植物、動物プランクトンやその他海洋生物の生態を調べ、その複雑な生態系を海洋環境と開連付けながら明らかにする。海洋底ダイナミクスの解明では、海底下で起こっている地殻変動の原因、その結果としておこる諸現象を地球的規模で体系的に調べることを中心としている。
近年、地球環境問題の顕在化を背景に地球の諸現象を総合的に捉え、全体を統一的な体系として理解する必要性が指摘されており、上記の４研究テーマもその観点から定められている。気候変動の問題をとってみても、気圏、水圏、地圏、生物圏をまたいだ、様々な物理、生物地球化学的過程や、時・空間的スケールで現象が進行するので、これらの複雑に絡みあった現象を解きほぐしていく作業が必要となる。
例えば、物質循環の研究テーマとして扱われる大気中での二酸化炭素などの温暖化物質の挙動を調べる場合、それらの物質の大気−海洋間及び、海洋表層−深層間、海水−海底境界面での輸送過程が重要であるが、それには、熱循環の研究テーマで扱う海水循環や、大気循環の研究の進展が不可欠である。さらに、海洋生態系も海洋表層において、植物プランクトンの光合成により取込まれた炭素の一部を、有機物として食物連鎖を通じ海洋深層まで効率的に輸送する役割を果たしている。一方、海底に堆積したそれら生物の化石の生物種及び、化学組成から過去の海洋環境の歴史的変遷を推測することができる。それらを総合的に解明していくことが、気候変動解明の基礎となる。したがって、各研究テーマ間の連携をとりながら、個々の観測研究を進めていくことが肝要である。
「みらい」利用計画にも述べられているように、「みらい」は、大型の船体を活かした以下の優れた特徴を有している。夏期の北極海などの流氷域も航行が可能な耐氷性、冬期の北太平洋などの荒天域での観測を可能にした航行・作業性、多数の海洋観測ブイが搭載可能でありかつブイハンドリング能力に優れている。さらには多様な観測機器を搭載しており、その海洋観測機器のなかでは、特に、深層まで海水を大量に採取できる大型採水システム、表層海水連続観測装置、そして各種海水分析装置は充実している。海洋のみならず大気の観測装置も充実しており、Ｃバンドドップラーレーダーにより海洋上の降水過程の観測や、大気ガス分析装置により大気化学の観測も可能にしている。マルチナロービーム測深機、サブボトムプロファイラー、重力計、磁力計、また堆積物採取のためのピストンコア等の海洋底に関わる地球物理の観測も可能である。上記の観測機器を充分に活用できるよう、観測技術員による観測支援体制も充実している。これらの特徴を活かし、今後国内外の研究者の協力のもと、地球環境変動の解明に向けて、学問領域を越えて総合的に観測研究を実施していく必要がある。

平成10年2月

１．観測研究の課題 1.1 熱循環の解明 1.1.1 目　的 近年、大気・海洋における気候変化が危惧され、IPCC（気候変動に関わる政府間パネル）報告にみられるように各国政府に何らかの方策をたてることが要請されている。その方策は科学的根拠にもとづく必要があるが、いまだ人類は気候変化とともに、さらに気候変動の特性さえも十分に理解し予測する段階には至っていない。しかし、1980年代以降、徐々にではあるが、気候システムを構成する地球大気の振る舞いが、海洋の変動に大きく依存していることが明らかになりつつある。この最も著しい例が、いわゆる太平洋熱帯域のエル・ニーニョ（El Nino）現象として知られるものである。エル・ニーニョは、ペルー沖合に北から暖流が逆流してくる季節的な現象を現地の船乗り達が指す言葉であったが、数年程度の間隔で暖水が東太平洋熱帯域の広範囲に広がり長期間（1年程度）持続することがあり、このような海洋現象を指す用語となった。同時に、エル・ニーニョが起こると積雲対流の活発な場所が東方にずれるため大気の大循環にも強い影響を与え、熱帯地方のみならず世界各地の異常現象との関連において社会的にも注目されるようになった。また、近年インド洋熱帯域にも、エル・ニーニョと同様に海面水温偏差に海盆規模での東西振動が存在し、ダイポール（双極）モード現象として知られるようになった。これらの太平洋とインド洋の大規模な熱源の移動はそれぞれが大気循環のパターンを変え、大気を架け橋として両海洋間で影響を及ぼし合っていると考えられる。さらに海洋と大陸間の季節的な熱源の移動によるアジアモンスーンとも結びつき複雑な気候システムを形成している。この気候システムは水循環も支配し、人々の生活に大きな影響を与えている。このように太平洋からインド洋の熱帯域における季節内変動から10年規模の大気・海洋変動の諸現象を解明することは、アジアのみならず全球の気候システムを理解するためにも極めて重要である。これらの現象の理解を進めるため、TOGA（Tropical Ocean Global Atmosphere）計画やそれを引き継ぐCLIVAR（Climate Variability and Predictability）計画等の国際的な気候研究計画において様々な取り組みがなされてきた。例えばTAO（Tropical Atmosphere Ocean）アレーやトライトンブイ網による気象・水温観測、ボランティア船による表層水温観測、漂流ブイによる流れ場の観測がほぼ定常的に行われるようになった。また、近年、Argoフロート（中層プロファイリングフロート）による海洋上層の観測網が発展しつつある。しかしながら、大気・海洋結合モデルを用いてその発生予測をするには大気・海洋の季節変動から年々変動の領域で解明すべき課題が多く残されておりこれらの太平洋からインド洋の熱帯域において観測網を維持、発展させていくことが必要である。特に気象観測、および水温、塩分等の海洋観測の機能を充実させたトライトンブイの展開を担うことは「みらい」の重要な役割の一つである。 水は、氷−水−水蒸気の相変化による熱の吸収・放出を伴いながら、地球上を循環している。水循環には、大別して海流などの海水循環と雲などを介する淡水循環とがある。 地球規模での淡水循環を考えるとき、地球表面の70％以上を海面が占めることから、海洋と大気との間の交換が極めて重要な役割を持つ。事実、アジアモンスーンやエル・ニーニョ現象の解明には大気−海洋相互作用の立場での理解が不可欠である。両者の媒体として「雨」は特別な意味を持つ。雨のもととなる雲の形成には、海面水温や海上の水蒸気量の分布が決定的な因子である。これは海洋から大気への作用である。一方、雨は海洋の水温、塩分を変化させる。つまり、これは大気から海洋への作用である。これが降水現象を通した大気−海洋相互作用の一形態である。これまで海洋における降水の観測は、洋上観測の技術的困難さ等の理由から皆無に等しい状態であり、離島でのごく僅かなデータを利用するしかなく、現象の解明に常に障害となってきた。水蒸気が凝結して雲粒・雨粒になるためにはその核となる微粒子（エアロゾル）の存在が必要であるが、陸上と海上では大きくその分布が異なるため、雲の成因過程も異なってくる。また、離島であっても、海洋と地面の比熱の違いで海陸風が起きることから、島では朝と夜に対流が発達し易いという特徴が見られる。つまり海洋の観測は海洋で行わなければならないことの例である。 このように、陸地の影響を受けていない海洋上空に発達する雲とそれによりもたらされる降雨、その降雨が引き起こす海洋の変化はこれまで実質的に行われたことのない研究領域である。世界で初めて船舶搭載型Ｃバンド・ドップラーレーダーが、「みらい」に常時搭載されることとなった。これにより、外的影響を受けることのない海洋上の雲・降水現象を観測する手段ができたといえる。今後、熱帯域における対流雲のメカニズムの解明及び降水量観測を手始めとして、中緯度域に見られる季節・地域固有の降水現象の解明に観測研究を進めていく必要がある。 数年スケールの変動の代表的なものはエル・ニーニョであり、その影響は大気・海洋のさまざまな経路を通して中高緯度にも及んでいる。また、地球温暖化の可能性に伴い近年注目を集めるようになってきた十年規模の変動は、熱帯・亜熱帯の相互作用、亜熱帯・寒帯の相互作用等、北半球全体がフィードバックシステムをなしているものと考えられている。したがって、気候変動を捉えるためには熱帯太平洋と同様に北太平洋規模の長期的な観測システムが必要である。一方、気候変動に影響の大きい海域における集中型の観測も重要である。現在の大気海洋結合モデルでは大気と海洋間での熱交換の精度が悪く、モデル同士を比較した場合中緯度域で100W/m2もの差があった。特に、黒潮続流域での差が大きい。黒潮続流域は十年規模の気候変動がもっとも顕著に現れる海域だが、そのメカニズムを解明するには熱交換の誤差が10W/m2以下にならなければならない事が分かってきた。これは、海洋混合層、大気境界層、水平乱流・混合による熱輸送等のモデル化にいまだ問題があることを示している。また赤道域の暖水プールでは強い降水のため表層に低塩分層ができて鉛直混合が阻害され、海表面で高温の海水層が生成される。このようなプロセスを精度よくモデル化することはこれまでできていない。したがって、これらのプロセスを高精度の観測により解明し、モデルの高度化に資していくことが肝要である。すなわち、太平洋における十年規模気候変動のメカニズム解明には、1) 気候変動のシグナルを捉えるための太平洋全域をカバーする長期的な観測網、2) 集中型の海域実験によるプロセス研究、という二つの側面が必要となる。 多くの観測結果は、1990年代後半より大気、海洋の全球的昇温がより顕著になったことを示しており、海洋における10年／数10年スケールの変動の実態把握は、地球温暖化のトレンドを見分けるうえで区別すべきバックグラウンドという見解があり、一層注目を浴びている。地球温暖化に関わるシグナルを自然変動と見分けて検出するためには、全球／大洋スケールでの海洋内部の水温場や密度場の変動、熱の南北輸送の変動を評価し、その物理的原因を明らかにする必要がある。その過程では気候変動モデルを用いた研究が必要となるが、そのための実証データが、海洋においては不足している。そこで気候変動の実態解明と予測を目指す国際プログラムであるCLIVARの活動のひとつとして、WOCE（World Ocean Circulation Experiment）で実施された各大洋を横断／縦断する高密度で高精度な各層観測ライン（WHPライン）を、同等の規格で再観測するという計画が進行中である。この計画は、大気中の二酸化炭素の増加に関わる海洋の炭素循環や増加を観測する国際プロジェクトであるIOCCP（SCOR-IOC International Ocean Carbon Coordination Project）の協力も得ている。特に、1990年代に実施されたWOCE観測の成功により、大洋横断型の大規模な海洋観測の有効性が認識されており、温暖化進行の切迫性を受けて、それに対処すべきWOCE型の観測研究に「みらい」が積極的に参画することが望まれる。 温暖化などにより地球環境に変化が起こるとそれが正のフィードバックを加速し、さらに大きく変化する恐れがある。気候モデルの結果によるともっとも顕著なのは北極域であり、特に、海洋や海氷を通しそのフィードバックの効果が強く現れるものと考えられている。しかもそれは温暖化により氷が融け、さらに温暖化する、という単純なものではなく、氷が融け大量の淡水が大西洋に流れ出すことにより熱塩循環を止め、逆に寒冷化フィードバックを引き起こす可能性さえ指摘されている。このように北極域の気候変動は社会的に重大な影響を与えるものと考えられているにもかかわらず、厳しい自然条件と国際的に複雑な政治状況もあってそのフィードバクシステムはほとんど解明されていない。北極海域においても、気候、環境変動の予測モデルのための現場データの蓄積、および極域特有の氷海域の大気海洋の素過程の解明が望まれる。 地球温暖化現象は温室効果ガスの放出等による人為的原因によりもたらされているとされている。地球温暖化を定量的に議論する場合、自然界に元来存在している変動と、二酸化炭素等の温暖化物質量の変化による強制的な応答を分離しておく必要がある。自然界に元来存在している変動は、海洋・気候物理学の過程として捉えることができるであろう。すなわち、熱循環とその変動のメカニズムを捉えることに他ならない。近年の話題である1970年代半ばの北太平洋域の気候ジャンプも、太平洋赤道域の海面水温が特に日付変更線より東で約１℃上がったことと関係があるという説もあり、気候システム変化の監視や予測の上で海洋の重要性が高まっている。また、二酸化炭素等の物質循環過程を調べ、温暖化物質量の変化を捉えることは、温暖化に伴う放射強制力の変動を捉えるものと言える。海洋は大気中二酸化炭素の約60倍の炭素を蓄積させており、そのプロセスを解明することは極めて重要である。生物が積極的に関わっているため非常に複雑なプロセスであり、物質循環研究および海洋生態系の研究と密接な連携のもとに観測研究を推進していく必要がある。