2017 Fiscal Year Annual Research Report
Recent surface darkening and abrupt melting of Greenland ice sheet (SIGMA2)
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16H01772
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
青木 輝夫 岡山大学, 自然科学研究科, 教授 (30354492)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
的場 澄人 北海道大学, 低温科学研究所, 助教 (30391163)
庭野 匡思 気象庁気象研究所, 気候研究部, 研究官 (10515026)
藤田 耕史 名古屋大学, 環境学研究科, 教授 (80303593)
谷川 朋範 気象庁気象研究所, 気候研究部, 研究官 (20509989)
大島 長 気象庁気象研究所, 環境・応用気象研究部, 主任研究官 (50590064)
梶野 瑞王 気象庁気象研究所, 環境・応用気象研究部, 主任研究官 (00447939)
橋本 明弘 気象庁気象研究所, 予報研究部, 主任研究官 (20462525)
足立 光司 気象庁気象研究所, 環境・応用気象研究部, 主任研究官 (90630814)
飯塚 芳徳 北海道大学, 低温科学研究所, 助教 (40370043)
石元 裕史 気象庁気象研究所, 気象衛星・観測システム研究部, 室長 (70281136)
田中 泰宙 気象庁気象研究所, 環境・応用気象研究部, 室長 (50435591)
竹内 望 千葉大学, 大学院理学研究院, 教授 (30353452)
保坂 征宏 気象庁気象研究所, 気候研究部, 室長 (70354454)
本山 秀明 国立極地研究所, 研究教育系, 教授 (20210099)
野沢 徹 岡山大学, 自然科学研究科, 教授 (10311325)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | グリーンランド氷床 / 暗色化 / 光吸収性エアロゾル / アルベド / 非静力学モデル / 積雪変質モデル / 全球・領域化学輸送モデル / 雪氷微生物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
(1) 地上観測：2017年5-6月に、グリーンランド氷床上SIGMA-Aサイトにおいて、自動気象観測装置（AWS）のメンテナンス、60ｍアイスコア掘削等を実施した。また、カナック氷河流線上で融雪期前の積雪、氷体、大気降下物の採取・分析を行った結果、氷河表面の汚れ物質は大気降下物よりも氷体から融解時に析出する固体微粒子であることが分かった。さらに、積雪中の光吸収性エアロゾル（LAA）粒子形態を電子顕微鏡で観測するための昇華装置を製作し、LAA粒子と水溶性粒子の混合状態の観察が可能となった。
(2) 衛星観測：人工雪・自然雪のマイクロCTサンプルデータを用いた積雪粒子形状情報の抽出とボロノイ形状積雪粒子モデルによる散乱計算を行い、衛星観測で使用するための実用的な積雪粒径散乱モデルを開発した。また、2000年以降のMODIS衛星データからアルベドを支配する7月の積雪表面粒径を抽出し、年々変動について調べた結果、北大西洋振動インデックスと有意な相関のあることが分かった。
(3) 数値モデリング：非静力学モデル（NHM）と積雪変質モデル（SMAP）を結合した極域領域気候モデルNHM-SMAPを開発し、グリーンランド氷床全域における表面質量収支、エネルギー収支を精度良く再現できるようになった。また、領域気象化学モデルNHM-Chemでブラックカーボン（BC）と鉱物ダストの外部混合モデルを高度化した。さらに、NHM-ChemをSMAPと結合し、東アジアにおける積雪中BCの挙動に関する数値実験を行った。地球システムモデルのエアロゾル過程等の改良を行い、観測データによるモデル検証とBCの気候影響評価を実施した。積雪域の赤雪藻類の繁殖モデルを開発し、全球気候モデルに組み込んだ結果、4月以降に北極域で藻類が増加、8月にグリーンランド南部で赤雪現が発生するなどの時空間的特徴が明らかになった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
(1) 地上観測：2017年のSIGMA-AにおけるAWSメンテナンス及び現地観測を予定通り実施、AWS観測は順調に進んでいる。同現地観測では60ｍ長のアイスコアを採取し、現在、100年程度の環境変動と融解によるLAAの表面濃縮及びアルベドに及ぼす効果を復元するための分析を進めている。また、積雪及び氷試料中のLAA粒子を捕集するため、昇華装置を透過型電子顕微鏡用試料で運用するシステムが目標通り完成した。消耗域では表面不純物堆積量の決定要因解明のための裸氷域調査を実施した。
(2) 衛星観測：積雪粒子のマイクロCTサンプルデータを用いて形状情報の抽出、ボロノイ形状積雪粒子モデルによる散乱特性に関する一連の計算処理を確立した。このモデルによって広い積雪粒径範囲でアルゴリズムが適応可能であることが分かった。地上における放射計データを用いた精度チェック及び、2017年のSIGMA-Aサイトにおける地上検証観測から、積雪粒径の精度評価を行ったところ、高い精度で抽出できていることが分かった。
(3) 数値モデリング：NHM-SMAP結合計算によってグリーンランド全域における気象・積雪条件を再現し、2011年以降のSIGMA-AのAWSデータによって精度評価を行ったところ、日変化まで精度良く再現できることが示された。特に、2012年の記録的な表面融解イベントを高精度で再現した。一方、全球モデル計算結果と北極域での地上大気観測との比較を行い、モデル計算の検証を実施し、大気及び雪氷面におけるLAAによる放射強制力の時空間分布計算が可能となった。さらに藻類繁殖モデルと陸面過程モデルを使って積雪域の藻類繁殖の全球的な計算を初めて行うことが可能となった。また、NHM計算データでクリオコナイトホールの崩壊時間を求めたところ、その崩壊がグリーンランドの暗色化を加速させている可能性があることが分かった。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1) 地上観測：2017年にSIGMA-Aで採取したアイスコアの分析を行い、その年代と氷板量から推定される気温の年々変動を明らかにする。また、氷板近傍の微粒子濃度の分布から氷板形成に伴う微粒子濃縮効果の経年変化を明らかにする。2018年6-7月に別予算で実施するグリーンランド氷床上におけるGCOM-C/SGLI衛星同期現地観測データを用いて、昇華装置等によるLAA測定や雪氷微生物濃度測定を実施し、LAA粒子の存在状態を明らかにすると共に理論的なアルベド低下量を見積もる。
(2) 衛星観測：2018年6-7月にグリーンランド氷床上で観測予定の積雪粒径・分光観測データを用いて、GCOM-C/SGLI等衛星データから抽出した積雪粒径の精度検証を実施する。また、高度化した積雪粒子形状モデルを用いたアルゴリズムにより、2000年以降のMODISデータからグリーンランド氷床上涵養域における積雪粒径の時空間変動を求める。さらに、空間分解能の高いGCOM-C/SGLIデータを用いて暗色消耗域の空間分布を調べる。
(3) 数値モデリング：NHM-SMAPを用いて、グリーンランド氷床全域における表面質量収支、表面融解域の時空間変動を継続計算する。同時に新積雪粒子の形状や粒径に関するパラメータをNHMで予測できるようモデル改良を進める。さらに、積雪粒子の変質シミュレーションを用いた新しい積雪変質モデルを開発する。NHM-Chem-SMAPを用いて東アジア等発生源における影響評価と広域輸送、グリーンランドへの輸送・沈着過程を明らかにする。また、これら領域モデルと地球システムモデルを用いて、グリーンランドにおける積雪中LAA濃度、アルベド低下量、放射強制力の時空間変動を求める。一方、積雪域の雪氷微生物の繁殖モデルによる全球赤雪藻類の繁殖計算を実施するため、衛星データを用いた検証と改良を実施する。
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[Journal Article] NHM_SMAP: spatially and temporally high-resolution nonhydrostatic atmospheric model coupled with detailed snow process model for Greenland Ice Sheet2018
Author(s)
Niwano, M., T. Aoki, A. Hashimoto, S. Matoba, S. Yamaguchi, T. Tanikawa, K. Fujita, A. Tsushima, Y. Iizuka, R. Shimada, and M. Hori
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Journal Title
The Cryosphere
Volume: 12
Pages: 635-655
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] A 60-year record of atmospheric aerosol depositions preserved in a high-accumulation dome ice core, southeast Greenland2018
Author(s)
Iizuka Y, Uemura R, Fujita K, Hattori S, Seki O, Miyamoto C, Suzuki T, Yoshida N, Motoyama H, Matoba S
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Journal Title
Journal of Geophysical Research: Atmospheres
Volume: 123
Pages: 574-589
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Seasonal progression of the deposition of black carbon by snowfall at Ny-_lesund, Spitsbergen2018
Author(s)
P. R. Sinha, Y. Kondo, K. Goto-Azuma, Y. Tsukagawa, K. Fukuda, M. Koike, S. Ohata, N. Moteki, T. Mori, N. Oshima, E. J. F_rland, M. Irwin, J.-C. Gallet, and C. A. Pedersen
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Journal Title
Journal of Geophysical Research: Atmospheres
Volume: 123
Pages: 997-1016
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Advantages of Measuring the Q Stokes Parameter in Addition to the Total Radiance I in the Detection of Absorbing Aerosols2018
Author(s)
S. Stamnes, Y. Fan, N. Chen, W. Li, T. Tanikawa, Z. Lin, X. Liu, S. Burton, A. Omar, J. J. Stamnes, K. Stamnes
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Journal Title
Frontiers in Earth Science
Volume: 6
Pages: in press
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] A firn densification process in the high accumulation dome of southeastern Greenland2017
Author(s)
Iizuka Y, Miyamoto A, Hori A, Matoba S, Furukawa R, Saito T, Fujita S, Hirabayashi M, Yamaguchi S, Fujita K, Takeuchi N
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Journal Title
Arctic, Antarctic, and Alpine Research
Volume: 49
Pages: 13-27
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Biogeography of cryoconite forming cyanobacteria on polar and Asian glaciers2017
Author(s)
Segawa, T., Yonezawa, T., Edwards, A., Akiyoshi, A., Tanaka, S., Uetake, J., Irvine‐Fynn, T., Fukui, K., Li, Z., Takeuchi, N.
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Journal Title
Journal of Biogeography
Volume: 44
Pages: 2849-2861
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Alteration of the size distributions and mixing states of black carbon through transport in the boundary layer in east Asia2017
Author(s)
Miyakawa, T., Oshima, N., Taketani, F., Komazaki, Y., Yoshino, A., Takami, A., Kondo, Y., and Kanaya, Y.
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Journal Title
Atmos. Chem. Phys.
Volume: 17
Pages: 5851-5864
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Presentation] Variations of black carbon and dust in Northwest Greenland reconstructed by Continuous Flow Analysis of an ice core2018
Author(s)
Goto-Azuma, K., Y. Ogawa-Tsukagawa, Y. Kondo, R. Dallmayr, M. Hirabayashi, J. Ogata, K. Kitamura, K. Kawamura, H. Motoyama, S. Matoba, M. Kadota, T. Aoki, N. Moteki, S. Ohata, T. Mori, M. Koike, Y. Komuro, A. Tsushima, and N. Nagatsuka
Organizer
Fifth International Symposium on the Arctic Research (ISAR-5)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Variations in mineralogy of dust in an ice core obtained from Northwestern Greenland2018
Author(s)
Nagatsuka, N., K. Goto-Azuma1, A. Tsushima, H. Motoyama, S. Matoba, K. Fujita, T. Yamasaki, Y. Onuma, M. Minowa, and T. Aoki
Organizer
Fifth International Symposium on the Arctic Research (ISAR-5)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Evaluation of the Greenland Ice Sheet surface mass balance estimated by the NHM-SMAP regional climate model2018
Author(s)
Niwano, M., T. Aoki, A. Hashimoto, S. Matoba, S. Yamaguchi, T. Tanikawa, K. Fujita, A. Tsushima, Y. Iizuka, R. Shimada, and M. Hori
Organizer
Fifth International Symposium on the Arctic Research (ISAR-5)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Positive feedback effect of NIR albedo reduction on surface melting observed at SIGMA-A on Greenland ice sheet2018
Author(s)
Aoki, T., M. Niwano, T. Tanikawa, S. Matoba, S. Yamaguchi, T. Yamasaki, K. Fujita, Y. Iizuka, H. Motoyama, M. Hori, and R. Shimada
Organizer
Fifth International Symposium on the Arctic Research (ISAR-5)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Snow parameter retrievals in Greenland Ice sheet and development of the validation method2018
Author(s)
Aoki, T., T. Tanikawa, M. Niwano, R. Shimada, M. Hori, S. Matoba, H. Ishimoto, A. Hachikubo, K. Stamnes, W. Li, and N. Chen
Organizer
Joint PI Meeting of Global Environment Observation Mission FY2017
Int'l Joint Research
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[Presentation] グリーンランドにおける積雪粒径増加による近赤外アルベド低下効果の年々変動2018
Author(s)
青木輝夫, 庭野匡思, 谷川朋範, 石元裕史, 堀雅裕, 島田利元, 的場澄人, 山崎哲秀, 山口悟, 藤田耕史, 本山秀明
Organizer
第2回SIGMA-IIワークショップ
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[Presentation] General characteristics of a high-accumulation dome ice core, southeast Greenland2018
Author(s)
Y. Iizuka, S. Matoba, R. Uemura, K. Fujita, S. Fujita, S. Hattori, S. Yamaguchi, H. Ohno, A. Hori, C. Miyamoto, T. Suzuki, O. Seki, T. Ando
Organizer
Fifth International Symposium on the Arctic Research (ISAR-5)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Variability of back carbon in Northwest Greenland during the past 350 years2017
Author(s)
Goto-Azuma, K., Y. Ogawa-Tsukagawa, Y. Kondo, R. Dallmayr, M. Hirabayashi, J. Ogata, K. Kitamura, K. Kawamura, H. Motoyama, S. Matoba, M. Kadota, T. Aoki, N. Moteki, S. Ohata, T. Mori, M. Koike, Y. Komuro, A. Tsushima, and N. Nagatsuka
Organizer
EGU General Assembly 2017
Int'l Joint Research
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[Presentation] GCOM-C data validation plan for land, atmosphere, ocean, and cryosphere2017
Author(s)
Hori, M., Hiroshi Murakami Risa Miyazaki, Yoshiaki Honda, Kenlo Nasahara Koji Kajiwara, Takashi Y. Nakajima, Hitoshi Irie, Mitsuhiro Toritani, T. Hirawake, and T. Aoki
Organizer
31st International Symposium on Space Technology and Science Conference
Int'l Joint Research
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[Presentation] 極域気候モデルNHM-SMAP のグリーンランド氷床における計算精度2017
Author(s)
庭野匡思, 青木輝夫, 橋本明弘, 的場澄人, 山口悟, 谷川朋範, 藤田耕史, 對馬あかね, 飯塚芳徳, 島田利元, 堀雅裕
Organizer
雪氷研究大会（2017・十日町）, 日本雪氷学会/日本雪工学会
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[Presentation] グリーンランド氷床北西部SIGMA-D アイスコア中の鉱物組成変動2017
Author(s)
永塚尚子, 東久美子, 對馬あかね, 本山秀明, 的場澄人, 藤田耕史, 山崎哲秀, 大沼友貴彦, 箕輪昌紘, 青木輝夫
Organizer
雪氷研究大会（2017・十日町）, 日本雪氷学会/日本雪工学会
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[Presentation] 2017 年グリーンランド氷床北西部（SIGMA-A サイト）観測報告2017
Author(s)
的場澄人, 庭野匡思, 谷川朋範, 飯塚芳徳, 山崎哲秀, 黒崎豊, 青木輝夫, 橋本明弘, 保坂征宏, 杉山慎
Organizer
雪氷研究大会（2017・十日町）, 日本雪氷学会/日本雪工学会
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[Presentation] 2017年グリーンランド・カナック氷帽表面のUAV観測, グリーンランド氷床における近年の質量損失の実態解明2017
Author(s)
青木輝夫, G. Jouvet, Y. Weidman, M. Kneib, A. Walter, 谷川朋範, 庭野匡思, 本吉弘岐, 的場澄人, 杉山慎, 島田利元
Organizer
メカニズムの理解と影響評価に関する研究集会
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[Presentation] NIR photometry observation onboard UAV over Qaanaaq Ice Cap in northwest Greenland2017
Author(s)
Aoki, T., G. Jouvet, M. Kneib, A. Walter, T. Tanikawa, M. Niwano, H. Motoyoshi, S. Matoba, S. Sugiyama, and R. Shimada
Organizer
The Eighth Symposium on Polar Science
Int'l Joint Research
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[Presentation] Variations in mineralogy of dust in an ice core obtained from Northwestern Greenland2017
Author(s)
Nagatsuka, N., K. Goto-Azuma, A. Tsusima, H. Motoyama, S. Matoba, K. Fujita, T. Yamasaki, Y. Onuma, M. Minowa, T. Aoki
Organizer
The Eighth Symposium on Polar Science
Int'l Joint Research
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[Presentation] A 60-year record of atmospheric sulfate and nitrate depositions preserved in the high-accumulation dome ice core, South East Greenland2017
Author(s)
Yoshinori Iizuka, Koji Fujita, Shohei Hattori, Ryu Uemura, Osamu Seki, Chihiro Miyamoto, Toshitaka Suzuki, Naohiro Yoshida, Hideaki Motoyama, and Sumito Matoba
Organizer
日本地球惑星科学連合2017年度連合大会
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