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海の中で水温や塩分がどう変わるかを測るCore Argoに、酸素、栄養塩、炭酸系、生物、粒子、光に関するセンサーを加えたものがBGC Argoです。これにより、海洋の物理構造だけでなく、生物活動や化学環境とのつながりまで調べられるようになります。

ただし、BGC Argoフロートなら6種類すべてを測っている、という意味ではありません。また、センサーが光合成や呼吸といった過程を直接測るわけでもありません。得られた値を水温・塩分、場所、時刻、品質情報と組み合わせ、起きていることを一つずつ絞り込んでいきます。

この記事では、国際BGC Argo計画が定める6つの観測項目を整理し、OceanGraphに収録されている変数との対応や、プロファイルを読む順序を説明します。

Argoそのものから知りたい場合は、先にArgoフロートとは？海洋観測データの完全ガイドを参照してください。

海洋を昇降するフロートの周りに、溶存酸素、硝酸塩、pH、クロロフィルa、粒子、下向き光の6項目を配置した図

Core ArgoとBGC Argoの役割

Core Argoが測る基本項目は圧力、水温、塩分であり、そこから、成層の強さ、混合層、水温躍層、水塊など、海の物理構造を調べられます。

BGC Argoは、これらの基本項目に生物地球化学・光学センサーを追加します。国際計画では、観測項目を次の6つに分けています。

  1. 溶存酸素
  2. 硝酸塩
  3. pH
  4. クロロフィルa
  5. 懸濁粒子
  6. 下向き放射照度

ただし、実際の海では、物理過程と生物地球化学過程が密接に関わっています。水温と塩分は、海水の密度や混合だけでなく、気体の溶けやすさや栄養塩の供給にも関わります。BGC変数を読むときにも、物理プロファイルは欠かせない手がかりです。

6つの観測項目から分かること

観測項目主な測定方法読み取る手がかり
溶存酸素オプトードなどの光学式酸素センサー換気、大気との交換、生物による生産・消費、水塊の由来や移動
硝酸塩紫外線の吸収栄養塩の鉛直分布、取り込み、再無機化、輸送
pHイオン感応型の半導体センサー海水の酸塩基状態と炭酸系の一部
クロロフィルa蛍光光合成色素の鉛直分布と、植物プランクトン量の手がかり
懸濁粒子光学後方散乱粒子量と、粒子状有機物・植物プランクトン炭素量の手がかり
下向き放射照度特定波長または光合成有効放射を測る放射計光が深さとともに弱まる様子、水の濁り、観測時の光環境

ただし、この表だけで解釈を決めることはできません。たとえば、酸素が少ない原因には、生物による消費だけでなく、換気の弱さや別の場所から運ばれてきた水塊も考えられますし、クロロフィル蛍光が高くても、それだけで基礎生産が活発だとは断定できません。

溶存酸素

溶存酸素は、大気とのガス交換、溶解度、光合成、呼吸、混合、海洋循環の影響を受けます。物理環境と生物地球化学環境の関係が表れやすく、BGC Argoを学び始める際に理解しておきたい変数です。

鉛直分布の読み方はBGC Argoの溶存酸素プロファイルを読み解く、単位をまたいで比較するときの注意点は海洋データの溶存酸素単位を理解するで詳しく解説しています。

硝酸塩

硝酸塩は、植物プランクトンが成長するために使う主要な栄養塩の一つです。表層で少なく、その下で増えるプロファイルはよく見られますが、濃度分布は生物による取り込みだけで決まるわけではなく、再無機化、鉛直輸送、水塊の移動や混合も関わります。

硝酸塩濃度が高い深度を見つけたら、クロロフィル、光、水温、塩分の変化と照らし合わせましょう。

pH

海水のpHは海洋炭酸系を表す変数の一つであり、鉛直プロファイルから酸塩基状態の違いを調べられます。ただし、pHだけで炭酸系のすべてが分かるわけではなく、小さな数値差にも意味があるため、使用しているpHスケール、センサーの較正、補正済み変数、品質管理フラグを確認してから定量的に扱う必要があります。

クロロフィルa

BGC Argoでは通常、蛍光からクロロフィルa濃度を推定するため、海色衛星が主に捉える海面付近だけでなく、海中の鉛直分布も測れます。

一方、蛍光は植物プランクトンの細胞数、炭素量、光合成速度を直接測った値ではありません。生物群集、細胞の状態、直前に受けた光、センサー処理によって関係が変わります。プロファイルの読み方は海中のクロロフィルは深さでどう変わる？で取り上げます。

懸濁粒子と後方散乱

後方散乱センサーは、海中の粒子に当たってセンサー側へ戻る光を測り、OceanGraphでは、波長700 nmの粒子後方散乱係数をbbp700として扱います。

bbp700は、粒子量や植物プランクトン炭素量の指標として利用されます。クロロフィルと一緒に見ると、色素だけが増えているのか、粒子量も増えているのかを考える手がかりになります。ただし、後方散乱には植物プランクトン以外の粒子も含まれるため、これだけで原因を決めることはできません。

下向き放射照度とPAR

下向き放射照度は海中を下向きに進む光の強さであり、特定の波長を測るセンサーに加え、光合成に使われる波長帯をまとめた光合成有効放射（PAR）を測るセンサーがあります。

光の値は、深さだけでなく、時刻、雲、太陽高度、水の濁り、粒子量にも左右されます。1回の観測で得たプロファイルは、その水柱と観測時の光条件を組み合わせたスナップショットです。

OceanGraphではなぜ7変数なのか

国際計画の6項目は、測定の目的に基づく分類です。OceanGraphの公開データには、グラフで選べる6項目に加えて、検索・ダウンロード用に保持している490 nmの下向き放射照度を含む、7つのBGCフィールドがあります。

  • 溶存酸素
  • クロロフィル
  • 硝酸塩
  • 粒子後方散乱係数bbp700
  • 現場条件でのpH（全スケール）
  • 波長490 nmの下向き放射照度
  • 光合成有効放射（PAR）

最後の2つはいずれも「下向き放射照度」に含まれるため、フィールドは7つでも、国際計画上の分類は6項目です。

OceanGraphの閲覧画面で表示できるBGC項目は、溶存酸素、クロロフィル、硝酸塩、bbp700、pH、PARの6つです。490 nmの下向き放射照度は検索・ダウンロード用データに含まれますが、閲覧画面では表示対象外です。値がないところは欠損のまま扱い、0では埋めません。

BGCプロファイルでも、すべての変数がそろうとは限らない

一台のフロートに搭載されるのはBGCセンサー一式ではなく、その一部であることがあり、同じフロートでも、センサーごとに取得を始める時期や終了する時期が異なる場合があります。その結果、次のような違いが生じます。

  • BGC検索で見つけたプロファイルに、クロロフィルや硝酸塩がない
  • あるサイクルには値があり、別のサイクルにはない
  • 変数ごとに利用できる圧力範囲が違う
  • 同じプロファイル内でも、変数ごとに品質管理や補正の状況が違う

OceanGraphのOnly profiles with BGCを使うと、BGC変数を一つ以上含むプロファイルに絞り込めます。必要な変数が含まれているかは、プロファイルを開くか、データをダウンロードして個別に確認してください。

本格的な解析へ進む場合は、Argo Data Managementの文書一覧にあるBGC共通の品質管理手順と、変数別のマニュアルも確認してください。

プロファイルを読む順序

慣れないうちは、毎回同じ順番で確認すると見落としを減らせます。

  1. フロート、サイクル、場所、日付、収録変数を確かめる。
  2. 水温と塩分を先に読む。混合層、水温躍層、塩分躍層、水塊の変化を探します。
  3. BGC変数を一つずつ見る。極大・極小、勾配、欠損、実際に測れている圧力範囲を確認します。
  4. 関係する変数を組み合わせる。クロロフィルならbbp700と光、硝酸塩ならクロロフィルと光、酸素なら水温・塩分を重ねて考えます。
  5. 前後のサイクルと比べる。一度だけの鋭い変化より、繰り返し現れる構造のほうが解釈しやすくなります。
  6. 定量解析の前に品質と処理履歴を確認する。補正済み変数が提供されていれば優先し、欠損値と実測の0を区別します。

プロファイルの探し方はSearch and Bookmark（英語）、ダウンロードしたJSONを比較する方法はAnalysis Labの鉛直プロファイル（英語）にまとまっています。

場所や期間、WMO IDを使った絞り込みから確認したい場合は、場所・時刻・WMO IDからArgoフロートのプロファイルを探す方法も参照してください。

BGCプロファイルから言えること、言えないこと

BGCプロファイルは、次のような鉛直構造を調べるのに向いています。

  • 酸素がどの深さから減り始めるか
  • クロロフィルの極大が表層か、その下にあるか
  • 上層より下で硝酸塩がどこから増えるか
  • クロロフィルと粒子後方散乱が同じ深さで変化するか
  • 光が深さとともにどの程度弱くなるか

一方、一つのプロファイルだけから原因を断定することはできません。生物活動と移流の寄与を分けたり、特定の水塊だと判断したり、指標値を生物量や反応速度へ読み替えたりするには、追加の情報が必要です。

したがって、まずプロファイルに現れた形を示し、関係する変数と前後のサイクルを比較したうえで、考えられる原因を絞り込むには何が足りないかを整理します。この順序なら、データが示す範囲を越えずに解釈できます。

まとめ

  • BGC Argoは、Core Argoの物理観測に6種類の生物地球化学・光学観測を加えます。
  • センサーが測るのは酸素、硝酸塩、pH、蛍光、後方散乱、下向きの光であり、背後の過程そのものではありません。
  • OceanGraphの7フィールドが6分類に対応するのは、490 nmの放射照度とPARがともに光の観測だからです。
  • BGCプロファイルでも搭載センサーは一部だけの場合があり、欠損値は0として扱えません。
  • 水温・塩分、品質情報、前後のサイクルまで確認すると、過剰な解釈を避けられます。

参考資料