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

2020 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, 研究プラットフォーム運用開発部門, 副主任研究員 (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, 地球環境部門(海洋観測研究センター), グループリーダー代理 (80450774) ; 田村 岳史 国立極地研究所, 研究教育系, 准教授 (40451413)
• Project Period (FY): 2017-06-30 – 2022-03-31
• Keywords: 南極底層水 / 南大洋 / 気候変動 / 地球変動予測 / 海洋物理 / 海洋化学 / ケープダンレー底層水 / トッテン氷河

Outline of Annual Research Achievements

2019年2020年に行われた白鳳丸による海洋観測・係留系観測の全データのキャリブレーションが完了し、ケープダンレー底層水の流量や熱塩フラックの見積もりを開始した。また、ケープダンレーポリニヤ域での栄養塩と炭素の季節変化と収支を見積もった。CFCs及びSF6の解析と数値モデルシミュレーションからの知見を合わせることで、底層水の年齢を推定する新たな方法を確立した。この手法によって、底層水の広がり・循環時間スケールや混合過程を定量化することが可能となる。2018/19年シーズンに南大洋インド洋・豪州セクターで行われた開洋丸航海からは 20 年以上続いていた南極沿岸の塩分低下が 2010年代後半に増加に転じていたことが明らかになった。これはロス海あるいはその「上流」にあたるアムンゼン海方面の氷床の変化や気象条件の変化が伝播したものと考えられ、氷床変化と深層海洋変化が数年程度の時間スケールで連動していることを示している。トッテン氷河周辺海域においては、第61次南極地域観測隊しらせによる大規模観測の結果を、これまで蓄積した資料と併せて解析した。大陸棚縁は比較的深く、トッテン氷床側に深い窪地が広がり、氷床縁辺部は深い谷が多数存在する浅い地形をなす、というこれまで知られていなかった地形の全体像を明らかにした。海洋下部には、沖側起源の暖水が存在するいっぽう、上層ではモスクワ大学氷河なども含む氷河からの融解水が、複数の経路を通って流入、流出する状況を明らかにした。海鷹丸の観測と衛星による海面高度の解析を組み合わせた研究からは、トッテン沿岸域に熱が供給される機構として、低気圧性の渦列が変質周極深層水などの暖水を沿岸域に輸送する実態が示された。なお、コロナ禍により、海鷹丸による2020年度の南大洋観測航海は中止となった。

Current Status of Research Progress

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

Reason

2018/19及び2019/20のシーズンは、4船を南大洋インド洋海域に集中させて観測を行うという、かつて例のない観測集中シーズンとしたが、ほぼ予定されていた観測ができ、観測に基づいた成果も出つつある。開洋丸での観測結果は論文としても出版されている。西南極の氷河融解の増減が南極底層水の性質や生成量にリンクしているという、本境域の核心に迫る研究成果も論文として出版された。本領域が始まってから、東南極で最大の融解加速海域であることが判明したトッテン氷河周辺海域を集中観測海域として研究を進めてきたが、しらせや開洋丸により、両者の連携も含めて、ほぼ予定されていた観測ができ、その解析も順調に行われており、一部は論文に投稿中である。

Strategy for Future Research Activity

2年間にわたる南大洋インド洋海域での集中観測の成果をまとめ、論文化することに集中する。当グループに関係する主な航海観測はコロナ禍の直前に完了したので、大きな問題はなかった。2020/21年シーズンの観測はすべてキャンセルとなったため、一部係留系の回収ができていない部分があるが、2021年度はしらせや海鷹丸の観測により、最終年度ではあるが回収を計画している。ダンレー沖で回収された係留系にはセジメントトラップ等も装備されており、周辺での海底コア解析の研究と合わせて、古海洋班との連携研究も推し進める。また、モデル班との連携により、ターゲット海域での海洋モデル研究と観測研究の融合研究を推進する。2020年度にNature Communicationsに掲載された、海洋による白瀬氷河融解の論文のような融合研究を他の海域でもめざす。

Remarks

上記１～５は海洋観測データの公開

Research Products

• [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
• [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
• [Journal Article] Improved SSM/I Thin Ice Algorithm with Ice Type Discrimination in Coastal Polynyas (2021)
  • Author(s): Kashiwase H., Ohshima K. I., Nakata K., Tamura T.
  • Journal Title: Journal of Atmospheric and Oceanic Technology Volume: 38 Pages: 823～835
  • DOI: 10.1175/JTECH-D-20-0145.1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Mapping of Active Frazil for Antarctic Coastal Polynyas, With an Estimation of Sea‐Ice Production (2021)
  • Author(s): Nakata K., Ohshima K. I., Nihashi S.
  • Journal Title: Geophysical Research Letters Volume: 48 Pages: -
  • DOI: 10.1029/2020GL091353
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Quantarctica, an integrated mapping environment for Antarctica, the Southern Ocean, and sub-Antarctic islands (2021)
  • Author(s): Matsuoka Kenichi, Skoglund Anders, Roth George, de Pomereu Jean, Griffiths Huw, Headland Robert, Herried Brad, Katsumata Katsuro, Le Brocq Anne, Licht Kathy, Morgan Fraser, Neff Peter D., Ritz Catherine, Scheinert Mirko, Tamura Takeshi (他7名)
  • Journal Title: Environmental Modelling & Software Volume: 140 Pages: 105015-105015
  • DOI: 10.1016/j.envsoft.2021.105015
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Physical and chemical oceanographic data during Umitaka-maru cruise of the 59th Japanese 5 Antarctic Research Expedition in January 2018 (2021)
  • Author(s): Shimada, K., S. Takao, K. T. Takahashi, Y. Kitade, J. Kanda, T. Odate
  • Journal Title: Polar Data Journal Volume: 5 Pages: 11-36
  • DOI: 10.20575/00000023
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] High-resolution mapping of circum-Antarctic landfast sea ice distribution, 2000-2018 (2020)
  • Author(s): Fraser Alexander D., Massom Robert A., Ohshima Kay I., Willmes Sascha, Kappes Peter J., Cartwright Jessica, Porter-Smith Richard
  • Journal Title: Earth System Science Data Volume: 12 Pages: 2987-2999
  • DOI: 10.5194/essd-12-2987-2020
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Strong biological carbon uptake and carbonate chemistry associated with dense shelf water outflows in the Cape Darnley polynya, East Antarctica (2020)
  • Author(s): Murakami Kan, Nomura Daiki, Hashida Gen, Nakaoka Shin-ichiro, Kitade Yujiro, Hirano Daisuke, Hirawake Toru, Ohshima Kay I.
  • Journal Title: Marine Chemistry Volume: 225 Pages: 103842-103842
  • DOI: 10.1016/j.marchem.2020.103842
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Recent recovery of Antarctic Bottom Water formation in the Ross Sea driven by climate anomalies (2020)
  • Author(s): Silvano Alessandro, Foppert Annie, Rintoul Stephen R., Holland Paul R., Tamura Takeshi, Kimura Noriaki (他6名)
  • Journal Title: Nature Geoscience Volume: 13 Pages: 780-786
  • DOI: 10.1038/s41561-020-00655-3
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Strong ice-ocean interaction beneath Shirase Glacier Tongue in East Antarctica (2020)
  • Author(s): Hirano Daisuke, Tamura Takeshi, Kusahara Kazuya, Ohshima Kay I., Nicholls Keith W., Ushio Shuki, Simizu Daisuke, Ono Kazuya, Fujii Masakazu, Nogi Yoshifumi, Aoki Shigeru
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 11 Pages: -
  • DOI: 10.1038/s41467-020-17527-4
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Continuous winter oceanic profiling in the Cape Darnley Polynya, East Antarctica (2020)
  • Author(s): Aoki Shigeru, Ono Kazuya, Hirano Daisuke, Tamura Takeshi
  • Journal Title: Journal of Oceanography Volume: 76 Pages: 365-372
  • DOI: 10.1007/s10872-020-00550-w
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Freshening of Antarctic Bottom Water Off Cape Darnley, East Antarctica (2020)
  • Author(s): Aoki S., Katsumata K., Hamaguchi M., Noda A., Kitade Y., Shimada K., Hirano D., Simizu D., Aoyama Y., Doi K., Nogi Y.
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research: Oceans Volume: 125 Pages: -
  • DOI: 10.1029/2020JC016374
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Reversal of freshening trend of Antarctic Bottom Water in the Australian-Antarctic Basin during 2010s (2020)
  • Author(s): Aoki S., Yamazaki K., Hirano D., Katsumata K., Shimada K., Kitade Y., Sasaki H., Murase H.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 10 Pages: -
  • DOI: 10.1038/s41598-020-71290-6
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The Cyclonic Eddy Train in the Indian Ocean Sector of the Southern Ocean as Revealed by Satellite Radar Altimeters and In Situ Measurements (2020)
  • Author(s): Mizobata K., Shimada K., Aoki S., Kitade Y.
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research: Oceans Volume: 125 Pages: -
  • DOI: 10.1029/2019JC015994
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structure of the Subpolar Gyre in the Australian‐Antarctic Basin Derived From Argo Floats (2020)
  • Author(s): Yamazaki Kaihe, Aoki Shigeru, Shimada Keishi, Kobayashi Taiyo, Kitade Yujiro
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research: Oceans Volume: 125 Pages: -
  • DOI: 10.1029/2019JC015406
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Global mapping of sea-ice production and discovery of 4th Antarctic Bottom Water (2020)
  • Author(s): K. I. Ohshima, Y. Fukamachi, S. Nihashi, T. Tamura and K. Iwamoto
  • Organizer: Chozen International Symposium on Understanding the Transboundary Pollution along North-South Transect in western Pacific region
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 南極底層水と全球海洋子午面循環 (2020)
  • Author(s): 勝又 勝郎
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2020, Virtual Meeting
  • Invited
• [Presentation] Impact of Antarctic Ice Sheet Melting on the Abyssal Southern Ocean (2020)
  • Author(s): Silvano, A., A. Foppert, S. R. Rintoul, P. Holland, T. Tamura, N. Kimura (他6名)
  • Organizer: AGU Fall Meeting, Online
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Carbon cycling associated with formation and transport of Cape Darnley Bottom Water (2020)
  • Author(s): Tamura, N and M. Yamamoto-Kawai
  • Organizer: The 11th Symposium on Polar Science, Online
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Hydrographic section along 57°E in the South Indian Ocean (2020)
  • Author(s): Katsuro Katsumata, Yuichiro Kumamoto, Hiroshi Uchida, Shinya Kouketsu, Masahito Shigemitsu, Kosei Sasaoka, Minoru Hamana
  • Organizer: The 11th Symposium on Polar Science, Online
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of heat and salt flux dataset associated with sea-ice processes in the Antarctic Ocean (2020)
  • Author(s): Sohey Nihashi, Kazuki Nakata, Ryosuke Makabe, Noriaki Kimura, Takeshi Tamura
  • Organizer: The 11th Symposium on Polar Science, Online
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The effect of basal melting of the Totten Ice Shelf on marine biogeochemical components in Sabrina Coast, East Antarctica (2020)
  • Author(s): Tetsuya Tamura, Daiki Nomura, Daisuke Hirano, Takeshi Tamura, Masaaki Kiuchi, Gen Hashida, Shigeru Aoki, Hiroto Murase
  • Organizer: The 11th Symposium on Polar Science, Online
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The Heart of the East AnTarctic CRyosphere-Ocean Synergy System (HEAT-CROSS) (2020)
  • Author(s): Kohei Mizobata, Takeshi Tamura, Daisuke Hirano, and Ryosuke Makabe
  • Organizer: The 11th Symposium on Polar Science, Online
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Oceanic structure of the Vincennes Bay (2020)
  • Author(s): Keishi Shimada, Yujiro Kitade, Kohei Mizobata, and Takeshi Tamura
  • Organizer: The 11th Symposium on Polar Science, Online
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Cosmonaut Sea Meso-scale Oceanic Structure Survey (CoSMOSS) (2020)
  • Author(s): Shigeru Aoki, Daisuke Hirano, Takeshi Tamura, Kohei Mizobata, and Kazuya Kusahara
  • Organizer: The 11th Symposium on Polar Science, Online
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Changes in oxygen and CFC concentrations in AABW along 115°E from 1990s to 2010s (2020)
  • Author(s): 川合 美千代, 馬場 成美, 大橋 良彦
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2020, Virtual Meeting
• [Presentation] Preliminarily results from numerical modeling of chlorofluorocarbons (CFCs) and sulfur hexafluoride (SF6) in the Southern Ocean (2020)
  • Author(s): 大橋 良彦, 川合 美千代, 草原 和弥
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2020, Virtual Meeting
• [Presentation] Oceanographic and geophysical observation campaign off Sabrina Coast, East Antarctica, in 2019/2020 (2020)
  • Author(s): 青木 茂, 田村 岳史, 中山 佳洋, 小野 数也, Wongpan Pat, 山崎 開平, 板木 拓也, 徳田 悠希, 佐々木 聡史, 平野 大輔, 青山 雄一
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2020, Virtual Meeting
• [Presentation] Inflows of offshore-origin warm water toward Totten Ice Shelf region, East Antarctica (2020)
  • Author(s): 平野 大輔, 溝端 浩平, 田村 岳史, 伊藤 優人, 山崎 開平, 國府 陽一郎, 木内 政彰, 村瀬 弘人, 佐々木 裕子, 青木 茂
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2020, Virtual Meeting
• [Presentation] Modeling warm water intrusion into Lutzow-Holm Bay, East Antarctica (2020)
  • Author(s): 草原 和弥, 平野 大輔, 藤井 昌和, Fraser Alexander, 田村 岳史
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2020, Virtual Meeting
• [Presentation] 係留系観測で得られたビンセネス湾沖南極底層水の時系列変化 (2020)
  • Author(s): 溝端 浩平, 北出 裕二郎, 嶋田 啓資, 平野 大輔, 松村 義正, 程 霊巧, 青木 茂, 田村 岳史
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2020, Virtual Meeting
• [Presentation] ポイントセット岬沖で観測された渦の構造と南極底層水の特性について (2020)
  • Author(s): 北出 裕二郎, 溝端 浩平, 平野 大輔, 嶋田 啓資, 青木 茂, 田村 岳史
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2020, Virtual Meeting
• [Presentation] クロロフルオロカーボンと六フッ化硫黄を用いた南極海ケープダンレー沖における南極底層水の拡がりの定量化 (2020)
  • Author(s): 大橋 良彦, 川合 美千代, 草原 和弥, 佐々木 建一, 馬場 成美, 田村 尚之, 野白 夏海, 大島 慶一郎
  • Organizer: 日本海洋学会2020年度秋季大会, オンライン開催
• [Presentation] 東南極トッテン棚氷の底面融解が海洋の炭酸系成分に与える影響 (2020)
  • Author(s): 田村 哲也, 野村 大樹, 平野 大輔, 田村 岳史, 木内 政彰, 橋田 元, 青木 茂, 佐々木 裕子, 村瀬 弘人
  • Organizer: 日本海洋学会2020年度秋季大会, オンライン開催
• [Presentation] ウェッデルアザラシによる冬期南極海沿岸の海洋観測 (2020)
  • Author(s): 國分 亙彦, 田邊 優貴子, 田村 岳史, Vigan Mensah, 平野 大輔, 青木 茂, 髙橋 晃周
  • Organizer: 日本海洋学会2020年度秋季大会, オンライン開催
• [Presentation] 「みらい」インド洋・南大洋航海 MR19-04 (2020)
  • Author(s): 勝又 勝郎, 熊本 雄一郎, 内田 裕, 纐纈 慎也, 重光 雅仁, 笹岡 晃征, 濱名 実
  • Organizer: 海と地球のシンポジウム2020, オンライン開催
• [Remarks] １．開洋丸 CTDデータ（１）
  • URL: https://cchdo.ucsd.edu/cruise/490S20181205
• [Remarks] ２．開洋丸 CTDデータ（２）
  • URL: https://cchdo.ucsd.edu/cruise/490S20190121
• [Remarks] ３．開洋丸 LADCP データ
  • URL: https://ads.nipr.ac.jp/dataset/A20210305-001
• [Remarks] ４．開洋丸 SADCP データ（１）
  • URL: https://ads.nipr.ac.jp/dataset/A20210311-001
• [Remarks] ５．開洋丸 SADCP データ（２）
  • URL: https://ads.nipr.ac.jp/dataset/A20210311-002