水路部研究報告第30号平成6年3月24日 49

REPORT OF HYDROGRAPHIC RESEARCHES No.30 March, 1994

沖ノ鳥島における潮汐観測↑

佐藤敏＊

TIDAL OBSERVATION AT OKI-NO・TORISIMA t

Satoshi SATOキ

Abstract

Oki-no-Tori Sima (20。25'N,136。05’E),the southernmost place in Japan, is a coral reef whose size is

about 5 km length east to west and about 1. 7km length north to south. Since 1987, Hydrographic

Department has been deploying pressure gauges there to observe sea level changes.

More than らyeartidal observation reveals the following characteristics on sea level variations at

Oki勾no-ToriSima. 1) The ratio of the amplitude of diurnal tides to semidiurnal tides, (K1十01)/

(M2十S2), is 0. 48 and so the tidal pattern is mixed, dominantly semidiurnal. 2) The value of the

annual signal at Oki-no鴫ToriSima is much lower than those at other tidal stations in the low‘latitude

of north

that is, the sea level rose in La Nina phase 1988 to 1989 and fell in El Nino phase 1991 to 1992.

1. はじめに

沖ノ鳥島（20°25'N,136°05＇£）は紀伊半島の南約 800

マイルに位置するわが国最南端の地である。 Fig.1

に示すように東西約4km，南北約2kmの珊瑚礁に囲ま

れた環礁となっているが，環礁の大部分は水面下に

あり，わずかに北露岩，東露岩と呼ばれる 2個の水

上岩が存するのみである。この沖ノ鳥島において水

路部では1987年から潮汐観測を実施しており， 5年

を超える連続データを取得している。今回の潮汐観

測は沖ノ鳥島において1939～ 41年にかけて気象観測

所並ぴに灯台建設工事（基礎工事のみが完了したと

ころで戦争により中断となり，現在もその基礎であ

るコンクリート基台のみ残されている）が行われた

際に短期間実施されて以来のものであると考えられ

t Received 16th November 1993

＊沿岸調査課 Coastal Surveys and Cartography Division

る。なお，その工事の際に環礁の一部を爆破し，環

礁の内と外を結ぶ

る。

験潮記録は海洋の現象の理解に貴重な情報を与え

るものとして様々に活用されており，また特に近年

l土地球温i援化に伴う水面上昇の監視という点からも

験潮記録の重要性が認識されている。沖ノ鳥島の潮

汐観測はわずかに 6王子を経過したところであるが，

地球環境の観点からもこの験潮記録が重要な資料と

なることが考えられるので，以下に潮汐観測の状況

と水面変動の実態について報告する。

2.観測方法

潮汐観測はアーンデラ一社製の圧力計を使用して

実施している。圧力計をPhoto1に示すように環礁

50 Sαtoshi SATO

／

30 20・ 26' N

。 lkm 20・ 24' N

136' 4' E 136' 6’E

Fig. 1 Oki-no-Tori Sima.

内の海底（水深2～ 3m程度）に設置し，圧力及び水

温のデータを機器のメモリまたは磁気テープに記録

している。圧力計及び設置架台はゴムボート等によ

り水路を通って礁内に運び、込み設置している。 1987

年 9月から1990年 6月までは圧力計は基礎工事跡近

くに設置していたが， 1990年6月に東露岩近くに移

動し1993年11月現在も同位置に設置している。設寵

台数については1987年 9月に設置した圧力計が台風

襲来により移動し，連続したデータを取得すること

ができなかったため， 1987年11月からは 2台設置し，

欠測を避けるための最小限の対応を図っている。幸

いなことに圧力計を 2台設置した1987年11月から

1993年4月までは欠測無くデータを取得している。

この潮汐観測にとって一番問題となるのは沖ノ鳥

島が東京から遥か南方に位置しているので訪れるこ

とが容易で、はないことである。最近は年1回測量船

等により沖ノ鳥島を訪れ，圧力計の交換を行ってい

るのが現状である。したがって，観測開始当初のし

ばらくの期間は10分間隔のデータを記録することが

可能で、あったが，現在は 1年間のデータを記録する

必要があるため，圧力計の記録容量等の関係からサ

ンプリング間隅 1時間で毎正時のデータのみを記録

している。

ところで圧力計は海底において圧力を計測し記録

しているものであるので，海面高を算出するために

は，記録された圧力健から大気圧に相当する値を除

去し，さらにその値を海水密度により除する必要が

ある。しかしながら，今屈の場合，正確な大気圧の

値を得ることができなかったため，解析にあたって

大気圧に相当する値を減じることはせず，記録され

Tidαl Observαtionαt Oki-no・ToriSimα 51

Photo 1 Pressure guage deploy巴don the sea-bed.

た圧力値をそのまま海水密度を用いて水位に直して

いる。したがって，以下に述べる水位変動の状況は，

いわゆる大気圧補正を行った水位変動ということに

なる。

また，圧力計のドリフトあるいは圧力計の微細な

移動に起因する圧力値の経時変化が現れることがあ

るが，これについては，当該観測期間において一定

の割合で変化していると仮定し線形の補正を行って

し、る。

以上の方針に基づいて計算した水位の日平均値

(24個の毎正時データの平均値）を TableIに，水

温の日平均値を Table2に示す。

3.観測値

きて，海底に設置した圧力計はどのようなデータ

を記録しているのであろうか。 1987年9月に設置し

た圧力計は台風襲来で移動したものではあるが，そ

の水位と水温の記録には沖ノ鳥島における観測値の

特徴がよく現れているのでFig.2に示す。図は1987

年10月1日から16日までの10分間隔の水混と水位の

時系列データを表しており，実線が水位，破線が水

温をそれぞれ示している。

まず7j(イ立て、、あるカ＂， 10月4日頃から11日頃にかけ

ては滑らかな曲線で潮汐周期の変動を表しているの

に対し， 12日及び＇＇ 13日は短い周期の激しい変動が現

れ，全般的に水位が上昇している。その上昇の後，

14日には水位が逆に一挙に下がっている。 148の水

位低下については台風の襲来によって圧力計が浅い

ところに運ばれたためであるが，その前の12日から

13日の水位上昇と短い周期の変動は台風通過時に必

ず見られる現象であり，水位上昇の原因は，台風に

より波浪，うねりが大きくなり，その波浪，うねり

が環礁内に海水を運び、込むことではないかと考えら

れる。したがって，台風等の悪天候時の環礁内の水

位は環礁外に比べてかなり高い水位になっているの

ではないかと推測される。さらに台風通過時は気圧

が低下するので水位はこの記録以上に上昇している

ものと推定される。

次に水温である。水温の特徴は水位が滑らかな曲

線を描く時，つまり天候の好い時に，顕著な 1日周

期の変佑を起こすことである。この 1日周期の変化

は昼間の低潮時に高温になるという特徴を持ってい

る。これは潮が引き，環礁内の海水の交換が小さく

なった時に， 日射により礁内の海水が暖められたも

Sαtoshi SATO 52

Table 1 Daily mean sea level (unit:cm).

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 5 6 day 1 yr.m 87 11 87 12

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E記an1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

54 Sαtoshi SATO

什13

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11

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。C30

2 h

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‘、‘、

25

2

1987. 10

3 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 4 5 6

Fig. 2 Time variations of sea level and water temperature from Oct.I to Oct. 16, 1987, obs巴rvedby the pressur巴

gauge. On Oct.14 the pressure guag巴wasshifted its site by a typhoon.

Solid line denotes sea l巴veland dashed line denotes water temperature.

のと考えられる。また，逆に夜間の低潮時には海面

冷却に伴うと思われる水温低下が見られることもあ

る。もうひとつの水温に関する興味深い現象は10月

14日頃の水温の変化である。台風は海の表面水温が

28°C以上の時に発達すると言われているが，表面水

温がその28°C以上であった海に台風がやって来て，

海をかき混ぜることによって水温を28℃以下に低

下させて離れて行った様子を示している。

1987年10月25日から11月1日にかけて環礁の内外

を結ぶ水路（Fig.l参照）において潮流観測を実施し

た。先に悪天候時には礁内の水位が礁外に比べかな

り高くなっていると述べたが，この潮流観測の結果

を見ると天候の好い時にも礁内の水位は礁外よりも

やや高くなっているようである。 Fig.3はその観測

時における礁内の水位と水路の流れの時系列変化を

表したものである。上段の曲線が水位の変動を示し，

下段の曲線が水路の中央部における水路方向（北北

西一南南東方向）の流れの変動を表している。観測

t），水位が低くなると水路の南南東向きの流れは強

くなり，水位が高くなると水路の流れが弱くなると

いう特徴を示している。 Fig.4は水路の流れと水位

の変動の相互相関関数であるが，タイムラグがゼロ

のところに相関のピークが現れており，水路の流れ

と礁内の水伎の変化が完全に同位相で行われている

ことを示している。

水路の流れが環礁内から流れ去る方向に流れてい

ることは，礁内の水位が礁外よりも高いことを示し

ている。しかも，礁内の水位と流れの変化が同位相

で起こることから，礁内と礁外の水位差が水位の高

低によって変動していると見なせるものである。つ

まり，水位が低い程，水位差が大きくなっているの

である。ここで流れが礁の内と外との水位差によっ

てのみ起こされると考え，

v2= 2 gh (1)

u：水路の流れ g：重力加速度

h：礁内外の水位差

のほぼ全期間にわたって水路の流れは南南東方向， の関係を満たすと仮定すれば，流れが 3knにも達

すなわち，環礁から水が流れ去る方向に流れている。 する低潮時には礁内の水位はlOcm程度礁外に比べて

しかも，水位と流れの時間変動の様子は酷似してお 高くなっていると考えられる。この水位差も悪天候

Tidαl Observαtionαt Oki-no・ToriSimα 55

C円1

200

100

。

-2

kn -3

Fig. 3 Time variations of s巴alevel (the upp巴rcurve) and the NNW component of the current (the lower

curve) in the chann巴1,from Oct. 25 to N ov.1, 1987.

honOバ『つιnu

dE

， ．

．

-12 12 24 Hour 0 Ti m巴 La g

-24

Fig. 4 The normalized cross-correlation function b巴tweensea level and the NNW component of the current

in the channel.

時と同様にうねり等により，環礁内に水が運ばれる

ためではないかと考えられる。

沖ノ鳥島潮汐観測の観測値について述べてきた。

述べてきたように観測値には様々な問題はあるが，

これらの問題を解決するために環礁内ではなく環礁

外に機器を設置して観測をすれば良いというもので

はないだろう。なぜならば，陸上の固定点は礁内に

のみ存在するので，礁外の水位を陸上の固定点と厳

密に関係づけることが不可能で、あり，さらに水位計

が深海底に設置された場合には，海洋内部の密度等

の変化により海表面の変化を正確に検出することは

できないことなど礁外の観測はさらに問題があると

考えられるからである。したがって，今回の潮汐観

測は，問題点はあるものの水位計を設量することが

可能な島棋が近くに全く無い絶海の孤島ともいうべ

き沖ノ鳥島において実施しているものであり，価値

の高いものであると考えられる。

また，この観測値の問題は環礁内における水位等

の観測については多かれ少なかれ共通する問題であ

ると考えられる。したがって，例えば環礁内での潮

汐観測値を用いて環礁外の水深の潮高改正を行うよ

うな場合には，潮位データを注意して取扱う必要が

Sαtoshi SATO 56

同じ傾向を示しただけかもしれない。

水温と水位の関係を見ると， 1988年 8月頃のよう

に水温の低下と水位の低下が同時に見られる場合も

あるが，全体的にみると水温と水位の相関は高くな

し、。

潮汐周期の変動

1988年から1992年までの 5年間の沖ノ鳥島におけ

る水位の記録を調和分解して算出した主要4分潮の

調和定数を Table3に示す。 Kil戟と 01ilji)Jの振幅の

和と Mz潮と S2潮の振幅の和との比は0.48と混合潮

型を示している。 この（K1十01)/ (M2十S2）の値

は，沖ノ鳥島のほぼ同じ経度に位置する串本で0.58

であるのをはじめとして，高知0.52，御前崎0.68,

南伊豆0.73など，日本列島南岸では沖ノ鳥島の値

0.48よりも大きくなっている（海上保安庁水路部，

1992）。これは日眉潮がケルビン波的な特性を持つの

で，沖合いに向かつて徐々に振幅が減衰し，遥か沖

合いに位置する沖ノ鳥島では日本列島南岸に比べて

(2)

あろう。今回の場合，水路の流れと水位との相関関

係を用いて礁内の観測値を礁外の値に近づけるよう

な補正方法は考えられるが，その補正が正しいか否

かの検証を行うことができないので以下では主とし

て補正を行っていないデータにより沖ノ鳥島の水位

変動の状況を見ていくこととする。

長期的な水位変動の傾向

数カ月程度以上の長期的な沖ノ鳥島の水位変動の

傾向を見るために， Fig.5に水位と水温の30日移動

平均値を示す。水温には明らかに年周期変動が見ら

れるが，水位については年周期変動は明瞭で、はなく，

また，他の周期の変動についても，予備的な周期解

析を行ったが特に卓越するような変動周期も見つか

5.水位変動

(1)

振幅が小きくなることによって生じているものであ

る。

Schwiderski (1979など）のモデルと今回の調和定

日周潮は今回の観測結果とよく

らなかった。

西太平洋の赤道域では，エルニーニョ現象時には

表面水温と水位の低下が起こり，ラニーニャ現象時

には逆に表面水温と水位の上昇が起こることが知ら

れているが，沖ノ鳥島でも全体的な傾向としては西

太平洋の赤道域と同様に1988～89年のラニーニャ現

象時に水位がやや高くなり， 数とを比較すると，逆に1991～ 92年のエル

合っているが，半日周潮では違いが大きく，特に Mz

潮の振l隔では 7cmもの差が現れた。この差の原因と

して潮汐観測が環礁内で行われているため，低潮時

に礁外よりも水位が高くなり，そのために振幅が小

きくなっているということも考えられるので， 1987

年10月25B～11月1日の潮流観測の結果を用いて水

位と水路の流れとの関係を直線回帰で求め，

ニーニョ現象時には水位が低くなっているのが見ら

しかしながら， Qiuand Joyce (1992）は

1967～88年の気象庁の137°Eの定線観測の結果か

ら，その期間の平均では20。N付近の水位は赤道域と

は逆にエルニーニョ現象時の水位は高〈，

ニャ現象時の水位が低いことを示しており，

ま今回の観測時に沖ノ鳥島の水位が赤道域の水位と

れた。

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たまた

その関

（口・）同一回ロド4同同缶昌国ド

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1992

30-day running mean of sea level and wat巴rtemp巴ratureat Oki-no・ToriSima.

1991 1990

y ea r

1989

Fig. 5

Tidαl Observαtionαt Oki-no・ToriSimα 57

Table 3 Harmonic constants of four-main principal constituents.

left column : results of the harmonic analysis of raw data.

cent巴rcolumn : results of the harmonic analysis of the corrected data. right column : harmonic constants fr・omSchwiderski’s model.

observed value corrected value Schwiderski' s model constit-

uent amplitude phase lag amplitude phase lag amplitude phase lag

． ． cm cm cm

Mz 3 8. 9 2 0 2 4 1 . 1 2 0 2 46 2 0 9

s 2 1 6. 5 2 2 9 1 7. 4 2 2 9 1 9 2 3 3

K1 1 6. 0 2 0 8 1 6. 9 2 0 8 1 6 2 0 9

01 1 0. 4 1 8 8 1 1 . 1 1 8 8 1 2 1 9 1

係に（1）式を用いて環礁の内と外の水位差を算出し，

その水位差分の補正を行った水位の値を調和分解し

たが，このような補正を行っても， M2潮の振幅は 2

cmあまり大きくなっただけである（Table3参照）。

したがって， Schwiderskiのモデノレでは沖ノ鳥島イ寸

近の半日周期の振幅は大きめに計算されているもの

と判断される。

(3）年周期変動

太平洋の水位の年周期変動については， Wyrtki

and Lesile (1980）が詳しく調べている。それによる

と基本的には北半球，南半球とも夏から秋にかけた

頃に水位が最大になっている。しかし，沖ノ鳥島の

あたりを含む西太平洋の熱帯域，亜熱帯域の島々の

記録においては，例えば， 1963年から1971年までの

潮汐観測に基づいて算出された南鳥島（24°18'N,153°

53'E）の年周期変動が12月の終わり頃に水位が最大

になっているようにかなりのばらつきが見られるの

で，沖ノ鳥島についても1988年～92年のデータを用

いて年周期及び、半年周期変動成分を算出して，北西

太平洋の熱帯域，亜熱帯域のいくつかの験潮所の記

録と比較することにした。その比較は Fig.61こ示し

ているが，その年周期変動成分及び半年周期変動成

分については大気圧補正をした水位の月平均値を用

い，月平均水位が下の（2）式のように表せるとして

算出したものである。

H(t）ニH。十ZH 1COS ( c.J1 t一α1) (2)

H(t）：月平均水位（t=l，.・.'12)

H。：平均水面の高さ

c.J1ニ 2π×i/12：；角振動数（i=l,2，・・・）

H1 ：振幅 (H1：年周期成分）

αi：遅角

なお， Wake島等のデータはハワイ大学が収集した

データを気象庁海洋気象部海洋課から頂いた。

Fig. 6にあるとおり，沖ノ鳥島の年周期変動成分

の振幅は小さく，他の験潮所における値の半分以下

であることが特徴的である。一方，半年周期変動成

分は年周期変動よりも大きな振幅となっており，他

の点の半年周期変動成分と比べても大きな振幅と

なっている。また，変動の位相は，ほぼ同緯度に位

置する Wake島よりも 1カ月程度遅れ， 10月頃に水

位最大となっている。小笠原父島とは年周期成分，

半年周期成分ともほとんど同位相となっていること

が特徴的である。

上に述べたように小笠原父島と沖ノ鳥島は 5年間

のデータから算出した年周期変動及び半年周期変動

は似通ったものであるが，各年の変動については全

く異なった様相を見せている。 Fig.7は，季節変動を

除いた水位変動，すなわち，水位の月平均値の 5年

58 Sαtoshi SATO

， ，，

....

"' 画一－WAKE

"' YAP

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: NAHA : WAKE

: YAP

Annual

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2.5

． ． ． ． ． ．

・・

-2.5" ・、ーー．．

J FM A M J J AS 0 ND J

Fig. 6 Annual and semi-annual signals of sea level at the five tidal stations,Oki-no-Tori Sima (20'25'N,136'05'

E), Ogasawara Chichijima (27。05'N,142。ll'E),Yap(9。3l'N,138。OS'E),Wake (19'17'N,166'37'E) and Naha (26'13'N,127'4l'E).

Top panel : The locations of the five tidal stations

Middle panel : Annual signals

Bottom panel : Semi-annual signals

20

10

。・10

-20

Tidαl Observαtionαt Oki-no-Tori Simα

1988 1989 1990 1991

口くil氾 TffilSI尚 一脱出W出

。

． ． ． ．

4・． 4・... OKI NO TORISIMA -20

→トτ。． ・4・

20C n可

・b4・

4・4歩。。 ＋lφ ・

。＂． + I+ ．。v

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-20

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4・。

＠

・4砂+

．

0 : Oki-no-Torisima ×： Ogasaw;ira

1992

‘’ 20

。＠

φ

．

59

Fig. 7 Sea level anomalies of Oki-no-Tori Sima and Ogasawara Chichijima obtain巴dfrom the 1988 to 1992

monthly mean sea level adjusted for atmospheric pressure.

The upper panel shows time series of anomali巴s,and the lower pannel is scatter diagram between anomalies of the two stations.

60 Sαtoshi SATO

(1988～92年）平均値からの偏差を表したものであ

る。一見して明らかなように，負の相関の変動となっ

ており，その相関係数は－0.59とかなり高いものと

なっている。この沖ノ鳥島と小笠原父島の水位の逆

相関の変動は1988～92年の 5年間にたまたま現れた

ものかも知れないが，沖ノ鳥島の潮汐観測は今後も

継続されることになっているので，注意深〈見守っ

ていくことにしたい。

6. おわりに

沖ノ鳥島における 5年間の潮汐観測の成果をとり

まとめ，周辺島棋の水位変動との比較を行った。そ

の結果， 1）平均水面は1988～89年のラニーニャ現象

時には高＜. 91年春～92年夏のエルニーニョ現象時

に低くなっていたこと， 2）年周期変動については，

小笠原父島と同位相の変動を示すが，振幅について

は周辺の記録に比べ小きいこと， 3）潮汐については

半日周潮が卓越するが， K1十01とMz十九の振幅の

比は0.48であり，混合潮型となっていることなどが

わかった。

しかしながら，今回の結果は 5年間の短い期間の

観測の結果であり，潮汐周期の変動以外はこの 5年

間だけの特異な状態であった可能性もある。沖ノ鳥

島における潮汐観測は今後も継続されることとなっ

ているので， もっと長期的な変動を含めて，その水

位の変動状況については検討していく必要があろ

7o

最後に，小笠原父島の験潮記録をはじめとする貴

重な資料を提供して頂いた気象庁海洋気象部海洋課

と通算 6度沖ノ鳥島に赴かれた下平保直氏をはじ

め，桑木野文章氏，福島繁樹氏，伊藤清寿氏，久保

一昭氏，田賀傑氏，宗田幸次氏，西国浩志氏，益本

利行氏など沖ノ鳥島潮汐観測に関係された方々に心

からお礼を申し上げます。

参考文献

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