初夏の噴火湾で観測される最も顕著な物理現象は，表層の時計回り水平循環流システムである。本研究では典型的な成層期を想定し，（1）河川供給に伴う淡水化，（2）津軽Gyre 水の密度流的流入，（3）海面熱供給の3 つを強制力とした数値モデル実験を行い，この循環流の形成過程を調べた。その結果，この循環流の励起に寄与する基本的な物理的要因は，海面加熱強制により生じる「地形性貯熱効果」であることがわかった。加熱強制の初期段階では，浅い沿岸域と深い湾中央部の間に生じる水温差で駆動される鉛直循環流（重力循環流）により，反時計回りの弱い表層地衡流が形成される。継続的な加熱強制にもかかわらず，2 ～3 カ月経過した頃から，鉛直循環流は陸棚斜面上で冷たく重い海水の湧昇を次第に強化させる。沿岸近傍の斜面底層付近において，冷水湧昇による冷却量が下向き熱拡散による加熱量よりも大きくなったとき，沿岸表層水は沖合表層水よりも相対的に冷たくなり始める。その結果，内部境界面変位が岸側に向かって浅くなり，時計回りの表層地衡流への変化が生じる。この変化に応答して，北部湾奥の表層付近から時計回り水平循環流が形成され，一方で，初期に形成された反時計回り流は深い領域へと移動する。

海洋前線やメソスケール現象に伴い全球海洋に遍在するとされるサブメソスケール現象は，エネルギー輸送や生態系，物質循環において重要な役割を果たす可能性があることから，理想化したモデル実験や現実的な条件下のシミュレーション等を用いた研究が近年活発である。数値研究により力学的・生物地球化学的重要性の理解が進む一方で，時空間スケールの小さな現象であるために，現場観測による研究は少ないのが現状である。本論文では，異なる形成発達過程により生じるサブメソスケールの流れを，形成の力学特性に応じて三つの主要なメカニズムに分類しまとめた。そして，この分類とこれまでの観測事例に基づいて，これからのサブメソスケール現象に対する現場観測からのアプローチの可能性を検討した。

深海熱水噴出域を代表とする海底下流体湧出場には，深海底環境では「ありえない」規模の高密度で生息する動物群集がある。化学合成微生物を一次生産者とするこの動物群集が「深海底に飛び石状に分布する生息域間をどのように移動しているのか」という問いは，その発見以来40年にわたって研究者を魅了し続けてきた。最も一般的な学説は，底生動物が初期発生段階（卵・幼生期）に浮遊して移動する「幼生分散説」である。本説は，ある底生個体群から海洋環境へと移出した幼生が，ときに100 km以上におよぶ長距離を移動し，他の流体湧出場に移入するという分散過程を仮定している。しかし，幼生分散過程が包含する諸要因を定量的に評価した上で，同過程の成否を検証した例はない。そこで本稿では，熱水域固有動物の幼生分散過程を「移出」「移動」「移入」の各段階に分解し，幼生分散に関連する諸要因について生物学および海水動態の観点からレビューする。また，定量的な観測やシミュレーションモデルに基づく指標数値を用いて，沖縄海域における幼生分散過程の成否を試算した例を紹介する。まとめに，幼生分散研究における難点や調査・技術的制約を挙げ，現状を打破する実験手法や発展の見込み，海洋観測を基盤とする10年規模の将来展望を示す。