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水田　元太 (ミズタ　ゲンタ)

地球環境科学研究院　地球圏科学部門　大気海洋物理学分野助教

研究者基本情報

■ 学位
  • 博士（理学）, 東京大学
■ URL
researchmap URL■ ID 各種
J-Global ID■ 研究キーワード・分野
研究キーワード
  • 海洋物理学
  • physical oceanography
研究分野
  • 自然科学一般, 大気水圏科学
■ 担当教育組織

研究活動情報

■ 論文
■ その他活動・業績
  • 振動する外力によって強制されたロスビー波による渦位輸送 : 基本特性
    水田 元太, Reports of Research Institute for Applied Mechanics,Kyushu University, 146, 75, 85, 2014年03月
    [九州大学応用力学研究所], 日本語
  • 千島海盆東部の海面高度の年周期変動
    内本 圭亮; 三寺 史夫; 江淵 直人; 水田 元太, 海と空, 84, 2, 93, 99, 2008年09月30日
    海洋気象学会, 日本語
  • 理想化された数値実験に見られるジェットに沿った渦層厚フラックスと「流軸移動モデル」の関係
    水田 元太; Mizuta Genta, 九州大学応用力学研究所所報, 133, 91, 98, 2007年09月
    Numerical experiments in an idealized, continuously stratified ocean were carried out to investigate the distribution of the mass/thickness flux by mesoscale eddies along isopycnals. The model domain consisted of a rectangular basin, and a narrow eastward jet was imposed on the western boundary. The flux of the thickness between isopycnals induced by eddies is almost parallel to the jet. The distribution of the eddy-induced thickness flux is qualitatively consistent with an 1.5-layer, fluctuating axis model (FAM) by Masuda (2007), in which the whole flow pattern in the vertical cross section of the jet is assumed to shift with the fluctuating jet axis without changing the shape. The assumption used in the FAM is also validated numerically. In the western part of the model domain, the change of the cross sectional structure of the jet by eddies is mostly consistent with that assumed in the FAM. This feature of eddies indicates that the FAM can correctly predict the qualitative features of the eddy-induced thickness flux in this region. In the eastern part of the model domain, where the eddy motions extend to deeper depths than the jet, errors of the eddy-induced thickness flux estimated by the FAM tend to be large., 〔九州大学応用力学研究所〕, 日本語
  • サハリン東岸沖での長期係留観測結果 : 高密度陸棚水の流量見積もり
    深町 康; 水田 元太; 大島 慶一; 若土 正暁, Otsuchi marine science = 東京大学海洋研究所大槌臨海研究センター研究報告, 27, 27, 70, 71, 2002年03月29日
    平成13年度共同利用研究集会「北太平洋北西部とその縁辺海の水塊変動と循環」（2001年8月21日, 研究代表者：岩坂直人）講演要旨, 東京大学, 日本語
  • オホーツク海南西部の冬季の海洋構造とその海氷との関係
    大島 慶一郎; 水田 元太; 伊東 素代; 深町 康; 渡辺 達郎; 難波 江靖; 末広 孝吉; 若土 正暁; Kay I. Ohshima; Genta Mizuta; Motoyo Itoh; Yasushi Fukamachi; Tatsuro Watanabe; Yasushi Nabae; Koukichi Suehiro; Masaaki Wakatsuchi, 海の研究 = Umi no Kenkyu (Oceanography in Japan), 11, 2, 368, 368, 2002年03月05日
    オホーツク海南西部において,1997年2月砕氷船「そうや」により,海洋と海氷の観測を行った。この観測によって,ほぼ結氷温度にある海洋混合層が300mの深さにまで達しているのが見つかった。これは,今まで考えられていたよりもずっと深い。この深い海洋混合層はこの海域で形成されたのではなく,サハリン東岸沖で形成され,それが東サハリン海流によって陸棚斜面に沿って移流されたものであると考えられる。また,これらと一緒に平均0.6mの厚い一年氷も運ばれていた。この鉛直に一様な冬季水は,周りの水と混合し,この海域の表層水をより高塩化し東サハリン海流水の性質を失わせる。一方,100～300m深の水は逆に,オホーツク海中層に特徴的な低塩,低温,高酸素の海水に変質される。海洋構造と熱収支解析から,氷縁域によく見られる新生氷帯は,まず厚い海氷が移流され,それが融解することによって潜熱を奪って表面水が冷却される,という事前の条件があった上で作られることが示唆された。, 日本語
  • アルゴス海洋漂流ブイによるオホーツク海と親潮域の循環と潮流特性
    大島 慶一郎; 若土 正暁; 深町 康; 水田 元太, Otsuchi marine science = 東京大学海洋研究所大槌臨海研究センター研究報告, 26, 26, 92, 92, 2001年03月29日
    平成12年度共同利用研究集会「北太平洋北西部とその縁辺海の水塊変動と循環」（2000年8月24日～25日, 研究代表者：岩坂直人）講演要旨, 東京大学, 日本語
  • Flow field and its seasonal variability off the east coast of Sakhalin in the Sea of Okhotsk
    MIZUTA G., Proc. of Int. Symp. on Atmosphere-Ocean-Cryosphere Interaction in the Sea of Okhotsk and Surrounding Environment, 20, 21, 2001年
    Hokkaido Univ.
  • ブッソル海峡を通りオホーツク海を横切る断面でみた体積・塩分・溶存酸素輸送量収支 1998年8月クロモフ号観測結果から
    河野時広; 水田元太; 大島慶一郎; 深町康; 伊東素代; GLADYSHEV S V; 滝沢隆俊; 若土正暁, 日本海洋学会大会講演要旨集, 1999, 1999年
  • 東西に傾いた一様な海底斜面を持つ海盆における深層循環の力学--ヒプソメトリ-論と摂動論
    篠崎 太郎; 水田 元太; 増田 章, 応用力学研究所所報, 83, 19, 28, 1998年03月
    九州大学応用力学研究所, 日本語
  • 海洋の熱塩循環に対する海底地形の効果
    水田 元太; 増田 章, 年会一般講演, 15, 401, 402, 1996年07月
    日本語
  • 孤立した海底地形周辺の深層循環
    増田 章; 水田 元太, 応用力学研究所所報, 74, p23, 44, 1992年10月
    九州大学応用力学研究所, 日本語
■ 主な担当授業
  • 大気海洋物理学基礎論, 2024年, 修士課程, 環境科学
  • 大学院共通授業科目（教育プログラム）：南極学, 2024年, 修士課程, 大学院共通科目
■ 所属学協会
  • 1989年04月 - 現在
    日本海洋学会
  • 1998年09月
    アメリカ地球物理学連合
■ 共同研究・競争的資金等の研究課題
  • 南極底層水を起点とする熱塩循環・物質循環のダイナミクス
    科学研究費助成事業 新学術領域研究(研究領域提案型)
    2017年06月 - 2022年03月
    大島 慶一郎; 中野 善之; 水田 元太; 北出 裕二郎; 川合 美千代; 勝又 勝郎; 田村 岳史
    平成30年度は、白鳳丸、開洋丸、海鷹丸、しらせ、の4船が南大洋インド洋海域（東南極海域）を同時に広範囲で観測することとなった。白鳳丸では、ケープダンレー底層水の生成域と拡がっていく海域において、初めてフロンとSF6の同時計測を行った。これにより、底層水の平均年齢や起源となる水の混合比が同定でき、底層水の循環時間スケールや混合過程の定量化に大きく寄与する。さらに、海水年齢と溶存酸素量との関係から酸素消費速度が算出され、栄養塩循環の定量的理解が可能となる。白鳳丸航海では、高密度水が潜り込んで底層水を形成する峡谷に3系の係留系を設置した。回収されれば、底層水の流量や熱塩フラックスを見積もることが可能となる。酸素・pHセンサーや時系列採水器も付いており、底層水形成に関わる物質輸送過程とその季節変動の解明にもつながる。また、しらせにより、高密度水ができるポリニヤ(陸棚)域にも時系列採水器付の係留系を設置した。峡谷の係留系には、セジメントトラップもついており、これによる物質循環や海底への堆積過程に関わる情報と、同航海により係留点近傍の底層水の通り道で取得されたピストンコアデータから、過去の底層水の遍歴を解明することが可能となる。最新の研究から東南極最大の氷床量減少海域であることが示されたトッテン氷河域を新たに日本の集中観測海域と定め、その予備的観測を開始した。本年度は開洋丸によって、同海域の沖合で70点以上のCTD採水・XCTD観測が行われた。海鷹丸では、ビンセネス湾沖底層水の定量評価と南大洋子午面循環の構造を捉えるために、生態系班とも共同して、4系の係留系を設置した。また平成29年度に設置した係留系を回収し、その解析から子午面循環の一部と考えられる流れの構造を捉えることができた。
    日本学術振興会, 新学術領域研究(研究領域提案型), 北海道大学, 17H06317
  • 西岸境界流続流における組織的流れの形成メカニズムに関する研究
    科学研究費助成事業 基盤研究(C)
    2017年04月 - 2021年03月
    水田 元太; 中野 英之
    黒潮や湾流に代表される西岸境界流は再循環とよばれる流れを伴う。Rhines and Young (1982)は擾乱による渦位一様化によって再循環のしくみを説明しようとしたのに対し、ロスビー波の渦位輸送によって再循環が形成されるという説も近年再認識されているが（Haidvogel and Rhines 1983他）、依然としてそのしくみは明らかにされていない。2017年度の研究では西岸境界流中の渦擾乱の効果を単純化して与えた概念モデルにおいてロスビー波が再循環を駆動することを示したが、2018年度は実際の黒潮等と同じ東向きのジェット流でも同様のメカニズムによって再循環が形成されるかを調べた。渦エンストロフィーの解析によってジェットの傾圧不安定によって生じた擾乱からロスビー波が励起されること、その時ロスビー波による北向き渦位輸送が再循環の形成に寄与していることが示された。Holland and Rhines (1980)などの従来の研究では、左記に述べられた北向き渦位輸送は平均流によるエンストロフィー移流によって説明されて来た。しかし本研究では渦エンストロフィーを周波数成分に分けることで、むしろロスビー波の励起によるものが無視できないことが示された。これらの結果は前年度の概念モデルの結果と整合的で、ロスビー波によって再循環が駆動されるという説を支持する。
    西岸境界流は風応力によって駆動される大規模風成循環の一部であり、再循環の東端でジェットの幅は急激に広がりスベルドラップ内部領域流に接続する。この様な風成循環全体を理想化した数値実験を行った所、風応力の東西分布によって再循環の強さ、緯度が変化することが示された。このことは西岸境界流が東西方向に積分した風応力によって決まるという単純な線形理論では説明できない。同時に内部領域に生じる東西縞状の循環構造も変化することが示された。
    日本学術振興会, 基盤研究(C), 北海道大学, 17K05649
  • 海洋で不規則な渦から秩序ある平均流が発生してくる仕組みの包括的研究
    科学研究費助成事業 挑戦的萌芽研究
    2011年 - 2013年
    増田 章; 水田 元太; 平原 幹俊; 中野 英之
    不規則渦群から秩序ある平均流が自発する．海ではよくあるが仕組みは謎である．本研究では(1)β面上の縞状東西流(ラインズ効果)，(2)再循環流，(3)海神効果，(4)傾圧不安定に起因するβ面上の東西流，(5)絶対渦度零の平均剪断流という個別課題につき，数値実験を行い力学を考察して特筆すべき成果をいくつか得た．また通底する仕組みを求める中で，(1)非線形三波相互作用，(2)ロスビー波の分散関係，(3)惑星性・地形性β効果,(4)ロスビー波の運動量・渦位再分配機能，(5)限界安定性といった鍵となる概念の果たす役割と重要性を明らかにするとともに，今後解明すべき課題とその展望を得た．
    日本学術振興会, 挑戦的萌芽研究, 九州大学, 23654167
  • 西岸境界流による惑星波動の放射および海底斜面上の循環形成のメカニズム
    科学研究費助成事業 基盤研究(C)
    2009年 - 2012年
    水田 元太
    黒潮続流に代表されるような海洋中のジェットから発生する惑星波が、大規模な循環や海底地形と相互作用する力学的なしくみについて、次のことが明らかとなった。すなわち、1点目に惑星波はジェットの幅を広げ、海洋内部の緩やかな流れにつなげる。2点目に海洋深層で赤道向きの渦位フラックスと再循環を発生させる。3点目に海山や海溝などの斜面上において、海底、海面の両方に捕捉された循環を駆動する。
    日本学術振興会, 基盤研究(C), 北海道大学, 21540445
  • 西岸境界流の早期離岸と東向ジェット形成に関する研究
    科学研究費助成事業 基盤研究(C)
    2009年 - 2012年
    久保川 厚; 水田 元太
    海洋西岸境界流の離岸と東向き続流ジェットの形成の力学を研究するために、2層準地衡流モデルとプリミティブ方程式モデルを用いた数値実験を行った。海洋循環は亜熱帯・亜寒帯循環境界において離岸する解とそれよりも上流側で離岸する早期離岸の二つの解が存在する。早期離岸したときの続流ジェットの緯度は非線形性を含むモデルパラメータにはほとんど依存しないことが明らかになった。さらに、風の南北分布に対する依存性を調べ、ジェットの緯度の決定機構について議論した。
    日本学術振興会, 基盤研究(C), 北海道大学, 21540447
  • 不安定渦と波動による再循環セル形成の力学-プリミティブ方程式系モデルを用いて-
    科学研究費助成事業 基盤研究(C)
    2006年 - 2008年
    水田 元太
    黒潮やメキシコ湾流の様な強い海流(以下、ジェット)の付近には再循環とよばれる強い循環が存在する。本研究では、再循環の出来るしくみを知るために、渦、ロスビー波および再循環の相互作用を数値実験によって調べた。ジェットの流れは不規則に変動するにも関わらず、そこから発生するロスビー波は常に同じ速さで伝わるという明瞭な規則がある。これはロスビー波の発生原因を知る鍵となる。さらに、ロスビー波が発生し、伝わることは再循環の維持形成に重要であることが示唆される。
    日本学術振興会, 基盤研究(C), 北海道大学, 18540429
  • 中深層循環に及ぼす海岸海底地形の影響
    共同研究
    2005年 - 2005年
    競争的資金
  • effects of coastal and bottom topography on mid-depth and deep circulation
    Cooperative Research
    2005年 - 2005年
    競争的資金
  • 西岸境界流
    経常研究
    2003年
    競争的資金
  • western boundary currents
    Ordinary Research
    2003年
    競争的資金
  • オホーツク海の海洋循環に対する海底地形、密度成層、潮位変動の影響の力学的研究
    科学研究費助成事業 若手研究(B)
    2001年 - 2002年
    水田 元太
    オホーツク海は北太平洋中層水に相当する密度の水が大気と接する場所として重要な海域である。最近の観測によるとオホーツク海の西岸域には季節変動の大きな強い南下流が存在することが示されているが、その流れを維持する力学は十分解明されていない。中でも観測が行われた海域は水深が1000から1500m程度であり、海底地形が流れに影響を与えることが予測される。特に顕著な地形的特徴としてDeruign Basinとよばれる海底の窪みが存在する。
    そこで、本研究では2層プリミティブ方程式系モデルにより海底に窪みがある場合の風成循環とその季節変化を調べた。モデルには渦による密度の水平拡散の効果を単純化して取り入れた。はじめに、理想化された海底地形を与え数値実験を行った。それによると海底の窪みにともなってgeostrophic island (geostrophic contourの閉じた領域)が存在するとき、西岸付近の流れの流量はスベルドラップの平衡式から計算される流量よりも絶対値が大きくなる。さらにその流量の季節変化の位相は風応力の位相よりも約90度遅れる。これらの特徴は解析解とも一致する。さらに解析解の性質から、これらの特徴は渦による密度の水平拡散によってgeostrophic islandの中に励起される流れによるものとして解釈できることが示された。次に、オホーツク海の現実の海底地形を与えた数値実験を行った。実験で得られた北緯53度を横切る流量も理想化した海底地形の場合のそれと同じ特徴を示し、Deruigin Basinに伴う海底の窪みの影響が強く示唆される。この特徴は観測で得られたものと一致する。
    日本学術振興会, 若手研究(B), 北海道大学, 13740272
  • 衛星と現場観測による、オホーツク海の海氷変動とそれに伴なう熱塩収支過程の研究
    科学研究費助成事業 重点領域研究
    1997年 - 1997年
    大島 慶一郎; 水田 元太; 深町 康; 竹内 謙介; 若土 正曉
    オホーツク海冬季の現場での海氷・海洋データは今までほとんど得られていなかった。1996,1997,1998年2月の3年にわたって海上保安庁の砕氷船「そうや」により、オホーツク海南西部において、海氷の諸量及び海洋構造の観測を行った。海氷の厚さは1996,1998年は平均20〜30cm程度であったが、1997年は60cmあり、年によって大きく異なることがわかった。従って、衛星データから得られる密接度のデータから海氷の量的な評価を行うことは大きな問題がある。また、この氷厚の違いが何によるのかは今後の興味深い課題である。海氷アルベド(日射に対する反射率)は1996,1997年の観測から、オホーツク海では氷状によらずほぼ0.6〜0.65程度であることがわかった。
    1997年2月の海氷域での海氷観測データから以下のことが明らかになった。オホーツク海では冬季、結氷温度で一様な海洋混合層が300m以上に及ぶ場合がある。これは、海氷生成による鉛直対流だけでなく、南風による岸でのエクマン収束のようなmechanicalな効果によることも示唆される。このような厚い混合層を持つ水塊は東カラフト海流として海底斜面に沿ってカラフト沿岸沿いを南下し、それに伴って厚い海氷も南へ運ばれる。移流された海氷の一部は風で周辺の暖水域へ運ばれ、初めはそこで融解され表層を低塩化するが潜熱を奪うことによって、やがてそこを結氷温度まで下げ、新生氷生成域に転じさせることになる。
    現在、これらの海氷・海洋データから海氷の生成・移動・融解が熱塩収支過程に及ぼす役割を解析中である。一方、1998年2月の「そうや」の観測では、海氷上とその風下でのゾンデ観測を行い、海氷による大気の変質という観点での解析も現在行っている。
    日本学術振興会, 重点領域研究, 北海道大学, 09227201