Circulation dynamics of heat, freshwater, and material originating from Antarctic Bottom Water

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Giant reservoirs of heat/water/material : Global environmental changes driven by the Southern Ocean and the Antarctic Ice Sheet
• Project/Area Number: 17H06317
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 大島 慶一郎 北海道大学, 低温科学研究所, 教授 (30185251)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中野 善之 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 海洋工学センター, 技術研究員 (20566103) ; 水田 元太 北海道大学, 地球環境科学研究院, 助教 (30301948) ; 北出 裕二郎 東京海洋大学, 学術研究院, 教授 (50281001) ; 川合 美千代 東京海洋大学, 学術研究院, 准教授 (50601382) ; 勝又 勝郎 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 地球環境観測研究開発センター, グループリーダー代理 (80450774)
• Project Period (FY): 2017-06-30 – 2022-03-31
• Keywords: 南極底層水 / 気候変動 / 地球変動予測 / 海洋物理 / 海洋化学 / 物質循環 / 氷河

Outline of Annual Research Achievements

平成30年度は、白鳳丸、開洋丸、海鷹丸、しらせ、の4船が南大洋インド洋海域（東南極海域）を同時に広範囲で観測することとなった。白鳳丸では、ケープダンレー底層水の生成域と拡がっていく海域において、初めてフロンとSF6の同時計測を行った。これにより、底層水の平均年齢や起源となる水の混合比が同定でき、底層水の循環時間スケールや混合過程の定量化に大きく寄与する。さらに、海水年齢と溶存酸素量との関係から酸素消費速度が算出され、栄養塩循環の定量的理解が可能となる。白鳳丸航海では、高密度水が潜り込んで底層水を形成する峡谷に3系の係留系を設置した。回収されれば、底層水の流量や熱塩フラックスを見積もることが可能となる。酸素・pHセンサーや時系列採水器も付いており、底層水形成に関わる物質輸送過程とその季節変動の解明にもつながる。また、しらせにより、高密度水ができるポリニヤ(陸棚)域にも時系列採水器付の係留系を設置した。峡谷の係留系には、セジメントトラップもついており、これによる物質循環や海底への堆積過程に関わる情報と、同航海により係留点近傍の底層水の通り道で取得されたピストンコアデータから、過去の底層水の遍歴を解明することが可能となる。最新の研究から東南極最大の氷床量減少海域であることが示されたトッテン氷河域を新たに日本の集中観測海域と定め、その予備的観測を開始した。本年度は開洋丸によって、同海域の沖合で70点以上のCTD採水・XCTD観測が行われた。海鷹丸では、ビンセネス湾沖底層水の定量評価と南大洋子午面循環の構造を捉えるために、生態系班とも共同して、4系の係留系を設置した。また平成29年度に設置した係留系を回収し、その解析から子午面循環の一部と考えられる流れの構造を捉えることができた。

Current Status of Research Progress

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

Reason

平成30年度は、白鳳丸、開洋丸、海鷹丸、しらせ、の4船による航海観測があり、観測の中心的な年度であったが、全ての航海観測は、係留系の設置を含め順調に進められた。順調に進んだのは、これらの航海観測のための準備期間として位置づけられた平成29年度によい準備ができたことにもよる。ただし、係留系に関しては、回収してかつデータが取得されて初めて成功といえるので、多くの係留系の回収が平成31年度以降であることを考えると、現段階で評価することは難しい。一方、トッテン氷河が東南極最大の氷河融解域であることが最新の研究でわかってきたため、開洋丸によるトッテン氷河海域の集中観測を新たに計画した。急遽計画されたにも関わらず、他国での観測を凌駕する多くの採水・CTD・XCTD観測が達成できたことは、予定を上回る成果と考える。

Strategy for Future Research Activity

平成31年度は、白鳳丸、みらい、海鷹丸、しらせ、の4船が南大洋インド洋海域に結集し、東南極海域を広範囲、高精度で観測するという画期的な年度である。白鳳丸では大島、みらいでは勝又、海鷹丸では北出、しらせでは青木、と全ての航海で本班の班員が主席研究員を務めるので(青木は日本南極地域観測の総隊長)、相互に連携しあって観測を行う。4船同時観測により、複数の化学トレーサを最高精度で広範囲で観測したり、海氷が残る陸棚域と沖合を同時に観測するなど、今までにはない観測データの取得もめざす。最新の研究から、東南極最大の氷床量減少海域であることが示されたトッテン氷河海域を、新たに日本の集中観測海域と定めた。トッテン氷河海域での観測を強化するために、研究計画・経費・人員配置等の変更を行う。具体的には、平成31年度から田村岳史氏を探査班から底層水班へ配置換えし、そのもとで極地研へポストドクターを配置し、トッテン氷河海域の観測研究を集中して行う。平成31・32年度には、しらせによるトッテン海域での係留系観測を新たに追加し、その分に経費も割り当てる。

Research Products

• [Int'l Joint Research] タスマニア大学/オーストラリア南極局(オーストラリア)
  • Country Name: AUSTRALIA
  • Counterpart Institution: タスマニア大学/オーストラリア南極局
• [Int'l Joint Research] スクリプス海洋研究所(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: スクリプス海洋研究所
• [Journal Article] Estimation of thin ice thickness and discrimination of ice type from AMSR-E passive microwave data. (2019)
  • Author(s): Nakata, K., K. I. Ohshima, S. Nihashi
  • Journal Title: IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing Volume: 57 Pages: 263-276
  • DOI: 10.1109/TGRS.2018.2853590
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Recent research results and future project in the Antarctic Ocean by Umitaka-maru research group for physical oceanography (2019)
  • Author(s): Kitade, Y., K. Shimada, S. Aoki, K. I. Ohshima
  • Journal Title: Oceanography Challenges to Future Earth -Human and Natural Impacts on our Seas- Volume: - Pages: 123-135
  • DOI: 10.1007/978-3-030-00138-4_10
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Freshening by glacial meltwater enhances melting of ice shelves and reduces formation of Antarctic Bottom Water. (2018)
  • Author(s): Silvano, A., S. R. Rintoul, B. Pena-Molino, W. R. Hobbs, E. van Wijk, S. Aoki, T. Tamura, G. D. Williams
  • Journal Title: Science Advances Volume: 4 Pages: eaap9467
  • DOI: 10.1126/sciadv.aap9467
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Coastal polynyas: Winter oases for subadult southern elephant seals in East Antarctica. (2018)
  • Author(s): Labrousse, S., G. Williams, T. Tamura, S. Bestley, J-B. Sallee, A. Fraser, M. Sumner, F. Roquet, K. Heerah, B. Picard, C. Guinet, R. Harcourt, C. McMahon, M. Hindell, and J-B. Charrassin
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 8 Pages: 3183
  • DOI: 10.1038/s41598-018-21388-9
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Migratory movements and winter diving activity of Adelie penguins in East Antarctica. (2018)
  • Author(s): Takahashi, A., M. Ito, K. Nagai, J-B. Thiebot, H. Mitamura, T. Noda, P. N. Trathan, T. Tamura, Y. Y. Watanabe
  • Journal Title: Marine Ecology Progress Series Volume: 589 Pages: 227-239
  • DOI: 10.3354/meps12438
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 洋上中継器（ASV）の開発 (2018)
  • Author(s): 百留忠洋，吉田弘，澤隆雄，中野善之，渡邊佳孝, 福田達也，中谷武志，松本宙，菅良太郎，依田貴志,
  • Journal Title: 日本ロボット学会誌 Volume: 36 Pages: 286-293
  • DOI: 10.7210/jrsj.36.286
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 2015年度日本海洋学会賞受賞記念論文「海氷域の変動とその海洋循環に与える影響に関する研究」 (2018)
  • Author(s): 大島慶一郎
  • Journal Title: 海の研究 Volume: 27 Pages: 75-96
  • DOI: 10.5928/kaiyou.27.2_75
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] マイクロ流体デバイスを用いた海洋 pCO2計測に関する研究 (2019)
  • Author(s): 中神 夏子, 中野 善之, 三輪 哲也, 柳田 保子
  • Organizer: ブルーアースサイエンス・テク2019
• [Presentation] Strong ice-ocean interaction at Shirase Glacier Tongue, East Antarctica (2018)
  • Author(s): Hirano, D., T. Tamura, K. Kusahara, Kay I. Ohshima, S. Ushio, D. Simizu, K. Ono, S. Aoki
  • Organizer: 第9回極域科学シンポジウム
• [Presentation] Wintering habitat of Weddell seals along the continental shelf off Enderby Land, East Antarctica (2018)
  • Author(s): Kokubun, N., Y. Tanabe, T. Tamura, V. Mensah, D. Hirano, S. Aoki, A. Takahashi
  • Organizer: 第9回極域科学シンポジウム
• [Presentation] The effect of basal melting of the Shirase Glacier on the CO2 system in Lützow-Holm Bay, East Antarctica (2018)
  • Author(s): Kiuchi, M., D. Nomura, D. Hirano, T. Tamura, T. Noguchi, G. Hashida, S. Aoki
  • Organizer: 第9回極域科学シンポジウム
• [Presentation] Subshelf environment of Langhovde Glacier, Antarctica (2018)
  • Author(s): Yamane S., S. Sugiyama, M. Minowa, M. Ito, D. Hirano
  • Organizer: 第9回極域科学シンポジウム
• [Presentation] Carbon transport by Dense Shelf Water formation in the Cape Darnley Polynya, East Antarctica (2018)
  • Author(s): Murakami, K., D. Nomura, G. Hashida, S. Nakaoka, Y. Kitade, D. Hirano, K. I. Ohshima
  • Organizer: 第9回極域科学シンポジウム
• [Presentation] Development of ASV for using multiple AUVs operation (2018)
  • Author(s): Hyakudome, T., H. Matsumoto, Y. Nakano, Y. Watanabe, T. Fukuda, R. Suga, K. Meguro H. Yoshida, T. Kasaya and H. Iwamoto
  • Organizer: OCEANS 2018
• [Presentation] Quasi-real-time and high-resolution spatiotemporal distribution of ocean anthropogenic CO2 in the subarctic North Pacific (2018)
  • Author(s): Li, B., Watanabe, Y., Hosoda, S., Sato, K., and Nakano, Y.
  • Organizer: 6th Argo Science Workshop
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 東南極・白瀬氷河氷舌の底面融解 (2018)
  • Author(s): 平野 大輔, 田村 岳史, 大島 慶一郎, 牛尾 収輝, 清水 大輔, 小野 数也, 野口 智英, 青木 茂
  • Organizer: 2018年度日本海洋学会秋季大会
• [Presentation] Production of bromoform in sea ice surface and emission to the atmosphere (2018)
  • Author(s): Nomura, D., A. Ooki, E. Damm, G. S. Dieckmann, B. Delille, M. Frey, M. A. Granskog, K. M. Meiners, A. Silyakova, T. Tamura, J-L. Tison, T. Toyota, Y. Yamashita
  • Organizer: 2018 joint 14th iCACGP Quadrennial Symposium/15th IGAC Science Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Water Properties and Circulation Underneath a Floating Tongue of Langhovde Glacier, East Antarctica (2018)
  • Author(s): Minowa, M., S. Sugiyama, M. Ito, S. Yamane, S. Aoki, and T. Tamura
  • Organizer: 32nd Forum for Research into Ice Shelf Processess workshop 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Quantarctica Version 3: A Cross-Platform, Full-Featured Open GIS for Antarctic Research (2018)
  • Author(s): Matsuoka, K., G. Roth, A. Skoglund, S. Tronstad, Y. Melvar, M. van den Broeke, H. Griffiths, R. Headland, B. Herried, K. Katsumata, A. L. Brocq, K. Licht, F. Morgan, P. Neff, J. de Pomereu, A. van de Putte, C. Ritz, M. Scheinert, T. Tamura
  • Organizer: POLAR 2018 SCAR/IASC Open Science Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Observations of ice tongue-ocean interaction at Shirase Glacier (2018)
  • Author(s): Hirano, D., T. Tamura, S. Ushio, K. I. Ohshima, D. Simizu, K. Ono, T. Noguchi, S. Aoki
  • Organizer: POLAR 2018 SCAR/IASC Open Science Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Sea-ice production in Antarctic coastal polynyas estimated using AMSR-E and AMSR2 data (2018)
  • Author(s): Nihashi, S., K. I. Ohshima, and T. Tamura
  • Organizer: AOGS 15th Annual Meeting 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Operational Test of multiple AUVs with an ASV (2018)
  • Author(s): Matsumoto, H., T. Hyakudome, Y. Nakano, Y. Watanabe, T. Fukuda, R. Suga, K. Meguro, H. Yoshida
  • Organizer: OCEANS’18 MTS/IEEE Kobe /Techno-Ocean 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Deployment of drifting buoys with pCO2 sensor in the Pacific Ocean (2018)
  • Author(s): Murata A., Y. Nakano, S. Masuda, S. Yasunaka, K. Sasaoka, M. Wakita:
  • Organizer: OCEANS’18 MTS/IEEE Kobe /Techno-Ocean 2018
• [Presentation] 氷床融解に起因する海水準変動の予測 (2018)
  • Author(s): 田村 岳史
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [Presentation] Under-ice application of Remotely-Operated Vehicle on the Antarctic continental shelf (2018)
  • Author(s): 青木 茂, 田村 岳史, 平野 大輔, 伊藤 優人, 小野 数也, 柏瀬 陽彦
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [Presentation] 南極海未探査領域への挑戦 (2018)
  • Author(s): 野木 義史, 青木 茂, 吉田 弘, 巻 俊宏, 沖野 郷子, 青山 雄一, 田村 岳史, 末吉 哲雄
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [Presentation] Production of bromoform in sea ice surface and emission to the atmosphere (2018)
  • Author(s): Nomura, D., A. Ooki, E. Damm, G. S. Dieckmann, B. Delille, M. Frey, M. A. Granskog, K. M. Meiners, A. Silyakova, T. Tamura, J-L. Tison, T. Toyota, Y. Yamashita
  • Organizer: EGU General Assembly 2018
• [Presentation] 未知（第4）の南極底層水生成域の発見. 「日本学術会議公開シンポジウム 海洋観測における研究船の役割：成果と展望」 (2018)
  • Author(s): 大島慶一郎
  • Organizer: 日本学術会議地球惑星科学委員会SCOR分科会
  • Invited