日本の南や東の海域では冬季に、黒潮が南から運んできた暖かい水が北西の季節風によって冷やされ、深さ数百メートルに達する深い対流が起こります。 その結果つくられる厚さ数百メートルの鉛直一様層「モード水」は、春以降、海洋内部に沈み込んでいきますが、その際、水温偏差や二酸化炭素等の物質を運び、 気候変動に影響を及ぼします。日本の南の海域では「亜熱帯モード水」が形成されるのに対し、日本の東の海域では海洋前線や中規模渦が複雑な構造をなしており、 そこでは「軽い中央モード水」「重い中央モード水」「移行領域モード水」といった数種類のモード水が形成されます。これらの形成や沈み込みの実態はまだよく分かっていません。

そこで私たちは、2013年4月と2016年6月に「気候系のhotspot」第1期の支援を受け、日本の東方海域で白鳳丸による各1か月間の観測を行いました。 北緯41度と北緯37.5度に沿った東西2測線において、水温・塩分などの観測を経度10分ごとに細かく行う計画でしたが、2013年4月の航海では低気圧の直撃を7度も受け、 北緯41度測線での観測は計画の1/3程度しか行うことができませんでした。これに対し、2016年6月の航海は非常に天候に恵まれ、2013年の北緯41度測線を延伸するとともに、 北緯37.5度測線を端から端まで観測することができました。その結果、北緯41度測線の亜寒帯前線付近では「重い中央モード水」と「移行領域モード水」、 両測線の東側部分では「軽い中央モード水」と「重い中央モード水」が形成され、北緯37.5度測線の西側部分ではモード水の形成がほとんど見られないといった 詳細な水塊形成構造が明らかとなりました（図1）。

さらに、これらの船舶観測からは、直径100km程度の「中規模渦」がモード水の形成・沈み込みに果たす新たな役割も明らかとなりました。 図1に「A」「B」「C」で示された3つの高気圧性の渦の中では、異なる密度をもった中央モード水の「コア」が延長方向に重なり、 しかもコアの密度が3つの渦の間で共通している、という面白い特徴が見られました（図2）。このような分布は、 冬の間モード水がそれぞれの渦の中や周辺海域で形成される過程で、渦どうしが合併と分離を繰り返すことにより、 渦と渦の間、あるいは渦と周辺海域の間でモード水の移動あるいは交換が行われたことを示唆しています。 渦の中で重なり合ったコアのうち深い方のものは海洋内部に沈み込んだ形となっており、 本観測結果は渦どうしのプロセスがモード水の沈み込みに寄与する新たなメカニズムを示しています。

実際にモード水の移動・交換が起こっていたのかを確かめるために、2016年の冬から春にかけて渦Cに閉じ込められていた酸素センサー付アルゴフロートのデータを調べました（図3）。 1月から次第に海面（カラーの部分の上端）の密度が高くなっていき、3月中旬に最大となり、そこで形成された密度26.1のモード水のコアが春以降、 海洋内部に残っている様子が分かります。加えて、3月上旬には、それよりも深い、密度26.3のところに別のモード水のコアが突然現れています。 このコアは渦Cの中で作られたものではなく、別の渦の中あるいは周辺海域で作られ、渦Cに引き込まれたと考えられます。

私たちのA02-5班では今後、酸素・pHセンサー付アルゴフロート13台を日本の南東～南の海域に展開し、 2年間にわたり亜熱帯モード水の詳細な形成・輸送・散逸過程を調べる予定です。フロートによる物理・化学データは、 モード水の新たな形成・輸送・変質プロセスを明らかにしてくれることでしょう。