High-precision estimation of the Antarctic ice sheet surface mass balance in the past four decades

• Project Area: Giant reservoirs of heat/water/material : Global environmental changes driven by the Southern Ocean and the Antarctic Ice Sheet
• Project/Area Number: 20H04982
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Japan, Meteorological Research Institute
• Principal Investigator: 庭野 匡思 気象庁気象研究所, 気象予報研究部, 主任研究官 (10515026)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000); Fiscal Year 2021: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2020: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
• Keywords: 南極氷床 / 雪氷融解 / 領域気候モデル / NHM-SMAP / Polar CORDEX / 海水準変動 / 極域 / 雪氷変動 / 南極 / 氷床 / 表面質量収支 / 極域気候モデル / 氷床表面質量収支 / 数値モデリング / 温暖化 / モデル検証 / 気候変動

Outline of Research at the Start

南極氷床における雪氷質量変動を駆動するメカニズムを詳細に理解（モデル化）することは、将来気候下における南極氷床の質量変動、更にはそれに起因する全球海水準変化を正確に予測する上で必要不可欠である。本研究では、代表者自ら開発した世界最先端の極域気候モデルNHM-SMAP 12km版を用いて、南極全域を対象とした1978年から現在にかけての高解像度長期気候計算を行う。モデル計算結果は、気象・雪氷現地観測データを用いて多角的に検証する。更に、海外の同種のモデルとの相互比較も実施する。以上の研究結果を総合して、近年の南極氷床表面質量収支変動とその支配メカニズムの詳細を明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

南極氷床では、1990年代から雪氷質量損失が急激に進行しており、世界の海水準変動に重要な影響を与えていると考えられているが、その定性的・定量的実態には不明な点が多い。本研究課題では、申請者がこれまで開発してきた極域向け領域気候モデルNHM-SMAPを用いて、現在気候下（1978年～現在）の南極氷床表面における雪氷質量変動をシミュレートする。その結果を現地観測データを用いて検証した上で、近年の雪氷変動解析を実施する。本研究課題最終年度には、NHM-SMAPを用いた1978年から現在にかけての気候計算を完了させた。計算結果の解析の結果、この間の平均表面質量収支は1963 Gt/yearで、有意な変化はないと推定された。ただし、表面融解面積は統計的に有意に増加していることが示された。これらの成果の一部は、The World Climate Research Programme (WCRP) によって主導されているThe Coordinated Regional Downscaling Experiment (CORDEX) の極域版であるPolar CORDEXの南極版実施チームによる国際共同研究推進に貢献した。なお、NHM-SMAPをベースにして開発された日本域領域大気―積雪モデルLFM-SMAP（Niwano et al., 2022）が2022年10月に気象庁において現業化され、我が国の雪に起因する災害を予測するために活用されることとなった。予測情報は、気象庁HPの「今後の雪」コーナー（https://www.jma.go.jp/bosai/snow/）や専用アプリなどで閲覧可能である。この成果（社会実装）は、当初計画していなかったことであり、想定以上の成果と言える。今後は、この課題で確立した南極版NHM-SMAPを用いた南極研究をより多角的に展開していくことが期待出来る。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] British Antarctic Survey(英国)
• [Int'l Joint Research] British Antarctic Survey(英国)
• [Journal Article] Characteristics of Surface “Melt Potential” over Antarctic Ice Shelves based on Regional Atmospheric Model Simulations of Summer Air Temperature Extremes from 1979/80 to 2018/19 (2023)
  • Author(s): Orr Andrew、Deb Pranab、Clem Kyle R.、Gilbert Ella、Bromwich David H.、Boberg Fredrik、Colwell Steve、Hansen Nicolaj、Lazzara Matthew A.、Mooney Priscilla A.、Mottram Ruth、Niwano Masashi、Phillips Tony、Pishniak Denys、Reijmer Carleen H.、van de Berg Willem Jan、Webster Stuart、Zou Xun
  • Journal Title: Journal of Climate Volume: 36 Issue: 10 Pages: 3357-3383
  • DOI: 10.1175/jcli-d-22-0386.1
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Temporal variations of surface mass balance over the last 5000 years around Dome Fuji, Dronning Maud Land, East Antarctica (2023)
  • Author(s): Oyabu Ikumi、Kawamura Kenji、Fujita Shuji、Inoue Ryo、Motoyama Hideaki、Fukui Kotaro、Hirabayashi Motohiro、Hoshina Yu、Kurita Naoyuki、Nakazawa Fumio、Ohno Hiroshi、Sugiura Konosuke、Suzuki Toshitaka、Tsutaki Shun、Abe-Ouchi Ayako、Niwano Masashi、Parrenin Frederic、Saito Fuyuki、Yoshimori Masakazu
  • Journal Title: Climate of the Past Volume: 19 Issue: 2 Pages: 293-321
  • DOI: 10.5194/cp-19-293-2023
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Estimation of Seasonal Snow Mass Balance all over Japan Using a High-Resolution Atmosphere-Snow Model Chain (2022)
  • Author(s): Niwano Masashi、Suya Masami、Nagaya Koichi、Yamaguchi Satoru、Matoba Sumito、Harada Ikuo、Ohkawara Nozomu
  • Journal Title: SOLA Volume: 18 Issue: 0 Pages: 193-198
  • DOI: 10.2151/sola.2022-031
  • ISSN: 1349-6476
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 氷床表面質量収支の実態とそのモデリングの試み：2020年夏最新版 (2021)
  • Author(s): 庭野匡思, 青木輝夫, 橋本明弘, 大島 長, 梶野瑞王, 大沼友貴彦, 藤田耕史, 山口 悟, 島田利元, 竹内 望, 津滝 俊, 本山秀明, 石井正好, 杉山 慎, 平沢尚彦, 阿部彩子
  • Journal Title: 雪氷 Volume: 83 Pages: 27-50
  • NAID: 130008081872
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 気象研究所における積雪モデリング研究 (2021)
  • Author(s): 庭野匡思, 青木輝夫
  • Journal Title: 大気化学研究 Volume: 44
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 極域向け領域気候モデルNHM-SMAPの紹介 (2023)
  • Author(s): 庭野匡思
  • Organizer: ROIS共同利用研究集会「極域における衛星・大気中微量物質・雪面観測に関する研究集会」
• [Presentation] Estimation of the Antarctic ice sheet surface mass balance using the polar regional climate model NHM-SMAP, (2020)
  • Author(s): 庭野匡思, 橋本明弘, 津滝俊, 本山秀明, 平沢尚彦, 阿部彩子
  • Organizer: JpGU-AGU joint meeting 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Application of the polar regional climate model NHM-SMAP in the Antarctic ice sheet (2020)
  • Author(s): Niwano, M.
  • Organizer: Polar CORDEX Workshop
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] NHM-SMAP v1.00 for the Antarctic ice sheet domain
  • URL: https://climate.mri-jma.go.jp/~m-niwano/NHM-SMAP_v1.00_AIS-now/