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GIAモデリングで探る最終間氷期の氷床量変動-将来の高精度海水準予測に向けて-

Research Project

Project/Area Number 21K03685
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 17030:Human geosciences-related
Research InstitutionNational Institute of Polar Research

Principal Investigator

奥野 淳一  国立極地研究所, 先端研究推進系, 助教 (00376542)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Keywords氷河性地殻均衡調整 / 最終間氷期 / 海水準 / 南極氷床 / マントル粘性率 / 海水準変動 / 地殻変動 / アイソスタシー / 氷床量変動
Outline of Research at the Start

温暖化による極域氷床の融解と海水準上昇の正確な将来予測のためには,過去の温暖期における氷床変動の理解が必要である.最終間氷期(約12.5万年前)の海水準は現在より6-9 m も高く,グリーンランド・南極両氷床が大幅に縮小していた.その根拠となる地形・地質データには,固体地球の変形成分(Glacial Isostatic Adjustment: GIA)が含まれるため,氷床量変動の情報のみを正確に読み取ることは難しい.本研究では,最終間氷期を対象として,GIAの効果を高精度に求めるモデルを構築し,固体地球の変形成分を精緻に分離することで,過去の温暖期における氷床量変動を決定する.

Outline of Annual Research Achievements

当該年度は,高海水準を示す最終間氷期の最大の淡水供給源である南極氷床の形状および氷床量を評価するための準備段階として,現在の間氷期としての過去数10年の変動および,数千年といった完新世にどのような南極氷床変動が引き起こされたかを測地学・地質学・地形学による観測データとの比較から,どの程度まで時空間変動を拘束できるかを評価した.
また,南極大陸下における粘弾性構造の水平不均質がGIA変動に影響を与えうるという先行研究に対して,現在の南極重力場の変動との比較において詳細な数値計算を行った結果,南極氷床変動は,空間的波長として球面調和関数の30次以上の成分が顕著に影響することが明らかになり,より下部マントルや上部マントル最下部の粘性率の影響が強く,水平不均質が重力データの解釈を変えるほどの影響は与えないことが判明した.
この結果は,最終間氷期の全球氷床量を見積もる際には,現状として,強い粘弾性構造の水平不均質を考慮したモデル計算は必要ではないことを示唆し,現状のシミュレーションコードによる見積りで十分蓋然性の高い推定が可能であることが確認された.
また,最終間氷期における融解領域について南極全体/東南極のみ/西南極のみといった場合を設定し,設定した条件において南極大陸における相対的海水準変動の空間的分布やその振幅をシミュレーションを行って詳細に調べ,現在の南極沿岸露岩域観測でどのような観測値が得られるかを予測し,将来的な南極観測計画に資する基礎データセットを構築した.
さらに,最終間氷期の融解領域の設定に対し,氷床より離れた地域(far-field)の相対的海水準の空間分布について,マントルの粘弾性構造の依存性について詳細な数値実験を実施し,far-fieldの海水準データより最終間氷期における南極氷床の融解領域の推定に関する基礎データセットを整備した.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

昨年度に実施した,GIA数値計算モデリングコードの大幅な改訂が成功したため,今年度は,観測値との比較やまたそれにむけた実質的なパラメータ依存性を検討する数値実験を行った.
まずは,計算結果の比較を行うための測地学・地質学・地形学による観測値のデータセットを整備し,地球内部粘弾性構造や南極氷床の融解領域や融解タイミングを修正できる計算スキームを構築した上で,観測値と数値実験の比較検討を行った.
当該年度に進めた研究の過程で,新たに北半球の氷床分布についての最終氷期以前の氷床分布が影響する可能性が浮かび上がり,その依存性を確認しさらにその解釈を検討する必要があることが確認された.このため,次年度まで継続して検討することで,これまでの研究成果よりさらに深化した結果としてまとめる方針とした.

Strategy for Future Research Activity

昨年度の数値実験で得られた結果を軸として,最終間氷期の海水準の空間分布に対する地球内部構造と最終間氷期以前の氷期の氷床分布の違い(ローレンタイド氷床とユーラシア氷床の氷床量比の違い),南極氷床の分布といったパラメータ要素の依存性を系統的にまとめる.
さらに氷床分布については,重要なタイミングにおけるスナップショットとして氷床力学モデルの出力を用いることでより現実的な分布を適用することで,地質学的な海水準データとの比較を行い,各パラメータ設定の妥当性を検討する.
ここまでの結果をとりまとめて,論文として国際誌に公表する.
また,東南極沿岸域に関しては,全球的な海水準データより拘束したパラメータ領域を適用し,予測される海水準高度分布の最大値・最小値を各露岩毎に提示し,将来的な南極観測計画への課題提案にむけた基礎データとして整備する.

Report

(3 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (31 results)

All 2024 2023 2022 2021

All Journal Article (11 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 11 results,  Open Access: 7 results) Presentation (17 results) (of which Int'l Joint Research: 12 results,  Invited: 1 results) Book (3 results)

  • [Journal Article] 国立極地研究所での重力変化について2022

    • Author(s)
      福田洋一 服部晃久 奥野淳一 青山雄一 土井浩一郎
    • Journal Title

      測地学会誌

      Volume: 68 Pages: 1-13

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Luminescence chronology for identifying depositional sequences in an uplifted coast since the Middle Pleistocene, eastern Japan2022

    • Author(s)
      Tamura T.、Okazaki H.、Naya T.、Nakashima R.、Nakazato H.、Seike K.、Okuno J.
    • Journal Title

      Frontiers in Earth Science

      Volume: 10 Pages: 1-17

    • DOI

      10.3389/feart.2022.967572

    • Related Report
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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Climatic assessment of circum-Arctic permafrost zonation over the last 122 kyr2022

    • Author(s)
      Saito Kazuyuki、Okuno Jun'ichi、Machiya Hirokazu、Iwahana Go、Ohno Hiroshi、Yokohata Tokuta
    • Journal Title

      Polar Science

      Volume: 31 Pages: 100765-100765

    • DOI

      10.1016/j.polar.2021.100765

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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Extraction of GRACE/GRACE-FO observed mass change patterns across Antarctica via independent component analysis (ICA)2022

    • Author(s)
      Shi Tianyan、Fukuda Yoichi、Doi Koichiro、Okuno Jun’ichi
    • Journal Title

      Geophysical Journal International

      Volume: 229 Issue: 3 Pages: 1914-1926

    • DOI

      10.1093/gji/ggac033

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Studies on the variability of the Greenland Ice Sheet and climate2021

    • Author(s)
      Kumiko Goto-Azuma, Tomoyuki Homma, Tomotaka Saruya, Fumio Nakazawa, Yuki Komuro, Naoko Nagatsuka, Motohiro Hirabayashi, Yutaka Kondo, Makoto Koike, Teruo Aoki, Ralf Greve, Jun'ichi Okuno
    • Journal Title

      Polar Science

      Volume: 27 Pages: 100557-100557

    • DOI

      10.1016/j.polar.2020.100557

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      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Temporal variation in radiocarbon pathways caused by sea-level and tidal changes in the Bonaparte Gulf, northwestern Australia2021

    • Author(s)
      Ishiwa Takeshige、Yokoyama Yusuke、Obrochta Stephen、Uehara Katsuto、Okuno Jun'ichi、Ikehara Minoru、Miyairi Yosuke
    • Journal Title

      Quaternary Science Reviews

      Volume: 266 Pages: 107079-107079

    • DOI

      10.1016/j.quascirev.2021.107079

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      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Gravity observations at Jang Bogo Station, Antarctica, and scale factor calibrations of different relative gravimeters2021

    • Author(s)
      Fukuda Yoichi、Okuno Jun'ichi、Doi Koichiro、Lee Choon-Ki
    • Journal Title

      Polar Science

      Volume: 29 Pages: 100702-100702

    • DOI

      10.1016/j.polar.2021.100702

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    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Surface heights over a traverse route from S16 to Dome Fuji, East Antarctica as measured by kinematic GNSS surveys in 2012–2013 and 2018–20192021

    • Author(s)
      Tsutaki, S., Fukui, K., Motoyama, H., Hattori, A., Okuno, J., Fujita, S., Kawamura, K.
    • Journal Title

      Polar Data Journal

      Volume: 5 Pages: 144-156

    • DOI

      10.20575/00000033

    • NAID

      120007170376

    • ISSN
      2432-6771
    • URL

      http://id.nii.ac.jp/1434/00000033/

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Absolute Gravity Measurements at Jang Bogo Station and Mario Zucchelli Station, Antarctica, in 20192021

    • Author(s)
      Fukuda, Y., Okuno, J., Doi, K., Lee, C. -K., Capra, A.
    • Journal Title

      Polar Data Journal

      Volume: 5 Pages: 125-143

    • DOI

      10.20575/00000032

    • NAID

      120007163101

    • ISSN
      2432-6771
    • URL

      http://id.nii.ac.jp/1434/00000032/

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] GNSS Observations of GIA‐Induced Crustal Deformation in Lutzow‐Holm Bay, East Antarctica2021

    • Author(s)
      Hattori A.、Aoyama Y.、Okuno J.、Doi K.
    • Journal Title

      Geophysical Research Letters

      Volume: 48 Issue: 13 Pages: 1-10

    • DOI

      10.1029/2021gl093479

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Excess ice loads in the Indian Ocean sector of East Antarctica during the last glacial period2021

    • Author(s)
      Ishiwa Takeshige、Okuno Jun'ichi、Suganuma Yusuke
    • Journal Title

      Geology

      Volume: 49 Issue: 10 Pages: 1182-1186

    • DOI

      10.1130/g48830.1

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Constraint on the last interglacial ice volume from the GIA modelling and far-field sea levels2023

    • Author(s)
      Okuno J.
    • Organizer
      The 14th Symposium on Polar Science
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      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] GIA around Lutzow-Holm Bay, East Antarctica: Mid-Holocene rapid ice thinning and present-day geodetic observables2023

    • Author(s)
      Okuno J., Hattori A., Doi K., Irie Y., Aoyama Y.
    • Organizer
      INSTANT 2023, International Conference
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 測地学・地質学的観測とGIAモデリングから拘束する完新世南極氷床変動史2023

    • Author(s)
      奥野淳一,菅沼悠介,石輪健樹,土井浩一郎
    • Organizer
      日本第四紀学会 2023年大会
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      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 最終間氷期の海水準・氷床変動量と固体地球の粘弾性応答2023

    • Author(s)
      奥野淳一,石輪健樹,菅沼悠介
    • Organizer
      日本地質学会 第130年学術大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Holocene rapid ice melting and present-day crustal deformation due to GIA around the Lutzow-Holm Bay, East Antarctica2023

    • Author(s)
      Okuno J., Hattori A., Doi, K., Irie Y., Aoyama Y.
    • Organizer
      IUGG 2023
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      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Sea-level and ice-sheet variations during the last interglacial period estimated from the GIA model2023

    • Author(s)
      Okuno J., Irie Y.
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合 2023年大会
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      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Constraints on the Antarctic ice history and mantle viscosity derived from GIA modeling for the geodetic and geological timescales2022

    • Author(s)
      Okuno J.
    • Organizer
      JpGU
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      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 測地・地質観測とGIAモデリングによる完新世南極氷床変動と地球内部粘性構造への制約2022

    • Author(s)
      奥野淳一 服部晃久 土井浩一郎 石輪健樹 菅沼悠介
    • Organizer
      日本地質学会
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] Excess ice loads prior to the Last Glacial Maximum in the Indian Ocean sector of East Antarctica derived from sea-level observations and GIA modeling2022

    • Author(s)
      Ishiwa T. Okuno, J. Suganuma Y.
    • Organizer
      EGU22
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      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Dependence of GIA-induced gravity change in Antarctica on viscoelastic Earth structure2022

    • Author(s)
      Irie Y. Okuno J. Ishiwa T. Doi K. Fukuda, Y.
    • Organizer
      EGU22
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      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 東南極 L_tzow-Holm 湾周辺の急激な氷床融解と現在観測される GIA 変動2022

    • Author(s)
      服部晃久 奥野淳一 土井浩一郎 青山雄一
    • Organizer
      日本測地学会第138回講演会
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] GIAに伴う南極重力場変動の地球内部粘弾性構造依存性2022

    • Author(s)
      入江芳矢 奥野淳一 石輪健樹 土井浩一郎 福田洋一
    • Organizer
      日本測地学会第138回講演会
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] Separation of Ice Sheet and GIA Mass Variations in Antarctica Using Satellite Gravimetry and Satellite Altimetry Data2022

    • Author(s)
      Yamamoto K. Okuno J. Doi K. Fukuda Y.
    • Organizer
      AGU Fall Meeting
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      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Dependence of the Holocene rapid melting on GIA-induced vertical rate in East Antarctica2021

    • Author(s)
      Okuno, J., et al.
    • Organizer
      The 12th Symposium on Polar Science
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      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Vertical crustal motion induced by GIA in Lutzow-Holm Bay, East Antarctica2021

    • Author(s)
      Okuno, J., et al.
    • Organizer
      JpGU 2021
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      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] GNSS observations and GIA modelling of vertical crustal motion in the Lutzow-Holm Bay region, East Antarctica2021

    • Author(s)
      Okuno, J., et al.
    • Organizer
      Scientific Assembly of the International Association of Geodesy
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      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] GIA effects of Holocene rapid ice thinning on the observed geodetic signals along the coast of Lutzow-Holm Bay in East Antarctica2021

    • Author(s)
      Okuno, J., et al.
    • Organizer
      The General Assembly 2021 of the European Geosciences Union
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      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Book] 北極域の研究 ―その現状と将来構想2024

    • Author(s)
      北極環境研究コンソーシアム長期構想編集委員会 編(編集,分担執筆)
    • Total Pages
      468
    • Publisher
      海文堂出版
    • ISBN
      9784303562304
    • Related Report
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  • [Book] 第四紀における海水準変動 図説『世界の気候事典』2022

    • Author(s)
      奥野淳一(分担執筆)
    • Total Pages
      448
    • Publisher
      朝倉書店
    • ISBN
      9784254161328
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Book] 図説 世界の気候事典2022

    • Author(s)
      奥野淳一(分担執筆)
    • Total Pages
      430
    • Publisher
      朝倉書店
    • ISBN
      4254161328
    • Related Report
      2021 Research-status Report

URL: 

Published: 2021-04-28   Modified: 2024-12-25  

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