陸海域結合型3次元生態系モデルによる閉鎖性海域の栄養塩統合管理に関する研究

本研究者は，博多湾の精緻な栄養塩動態解析を可能にする生態系モデルの開発を目指し，その第一歩としてデータベースの構築，3次元流動・拡散モデルの開発，また塩分動態の追跡により近年増加傾向にある集中豪雨の湾内に与える影響の解析を行った．以下に，詳細を示す．まず，福岡市からの提供により，下水処理場の放流水質データおよび博多湾に流入する各河川のL-Q式を入手した．また，モデルの検証データとして用いる博多湾内の各項目の水質データも入手した．さらに，同市提供の河川流量実測データを基に，タンクモデルを作成し，流域の降雨量に対応した河川流量の計算を行った．次に，湾内の流動と塩分を対象とした3次元拡散モデルの開発を行った．鉛直座標系には沿岸域の再現性が高いσ座標系を適用した．数値解法には，半陰解法を用いた効率的なアルゴリズムにより計算時間の短縮を行った．博多湾の潮流速および塩分の実測値と計算値との比較を行い，概ね良好な再現性が得られた．以上より，密度成層の影響を考慮に入れた流動場および塩分場の計算を可能とするモデルの開発を行うことができた．最後に，近年増加傾向にある集中豪雨は赤潮・貧酸素水塊の発生といった海域にも悪影響を及ぼすことが報告されている．その要因の一つである河川からの突発的大量の淡水流入の挙動追跡を目的として，前述の開発したモデルを用い，集中豪雨時の海域の塩分動態解析を通じて淡水の挙動追跡を行った．解析の結果，赤潮・貧酸素水塊の発生が多く報告されている領域と照らし合わせると，表層における塩分濃度が大きく低下している領域や密度成層が形成された地点と概ね一致していたところから，集中豪雨に起因する淡水流入と，赤潮・貧酸素水塊の発生との関連性を見出すことができた．

本研究者は，博多湾の精緻な栄養塩動態解析を可能にする生態系モデルの開発を目指し，その第一歩としてデータベースの構築，3次元流動・拡散モデルの開発，また塩分動態の追跡により近年増加傾向にある集中豪雨の湾内に与える影響の解析を行った．以下に，詳細を示す．まず，福岡市からの提供により，下水処理場の放流水質データおよび博多湾に流入する各河川のL-Q式を入手した．また，モデルの検証データとして用いる博多湾内の各項目の水質データも入手した．さらに，同市提供の河川流量実測データを基に，タンクモデルを作成し，流域の降雨量に対応した河川流量の計算を行った．次に，湾内の流動と塩分を対象とした3次元拡散モデルの開発を行った．鉛直座標系には沿岸域の再現性が高いσ座標系を適用した．数値解法には，半陰解法を用いた効率的なアルゴリズムにより計算時間の短縮を行った．博多湾の潮流速および塩分の実測値と計算値との比較を行い，概ね良好な再現性が得られた．以上より，密度成層の影響を考慮に入れた流動場および塩分場の計算を可能とするモデルの開発を行うことができた．最後に，近年増加傾向にある集中豪雨は赤潮・貧酸素水塊の発生といった海域にも悪影響を及ぼすことが報告されている．その要因の一つである河川からの突発的大量の淡水流入の挙動追跡を目的として，前述の開発したモデルを用い，集中豪雨時の海域の塩分動態解析を通じて淡水の挙動追跡を行った．解析の結果，赤潮・貧酸素水塊の発生が多く報告されている領域と照らし合わせると，表層における塩分濃度が大きく低下している領域や密度成層が形成された地点と概ね一致していたところから，集中豪雨に起因する淡水流入と，赤潮・貧酸素水塊の発生との関連性を見出すことができた．