この記事の目次
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。
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。
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。
- 溶存酸素
- 硝酸塩
- pH
- クロロフィルa
- 懸濁粒子
- 下向き放射照度
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 |
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。蛍光とこれらの量との関係は、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。後方散乱には、植物プランクトン以外の粒子も寄与します。
BGC Argoの後方散乱（bbp700）の読み方では、測定の仕組みや単位に加え、厚みのある粒子層と鋭いピークを読み分ける方法を説明しています。
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には、水柱の状態と、その時点での光の条件の両方が反映されています。
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、次の7つのBGCフィールドがあります。このうち490 nmの下向き放射照度は検索・ダウンロード用で、残る6項目をグラフに表示できます。
- 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。
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。
- フロート、サイクル、場所、日付、収録変数を確かめる。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
