2018 Fiscal Year Annual Research Report
Recent surface darkening and abrupt melting of Greenland ice sheet (SIGMA2)
Project/Area Number |
16H01772
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Research Institution | Okayama University |
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) |
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)
庭野 匡思 気象庁気象研究所, 気候研究部, 主任研究官 (10515026)
本山 秀明 国立極地研究所, 研究教育系, 教授 (20210099)
橋本 明弘 気象庁気象研究所, 予報研究部, 主任研究官 (20462525)
谷川 朋範 気象庁気象研究所, 気候研究部, 主任研究官 (20509989)
的場 澄人 北海道大学, 低温科学研究所, 助教 (30391163)
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)
保坂 征宏 気象庁気象研究所, 気候研究部, 室長 (70354454)
藤田 耕史 名古屋大学, 環境学研究科, 教授 (80303593)
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)
竹内 望 千葉大学, 大学院理学研究院, 教授 (30353452)
飯塚 芳徳 北海道大学, 低温科学研究所, 准教授 (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)
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 |
Outline of Annual Research Achievements |
(1) 地上観測:光吸収性不純物や積雪の融解がアルベドに与える影響の長期変動を復元するため、2015-2017年にグリーンランド氷床で採取したアイスコアを分析し、融解履歴の復元や不純物の顕微鏡観察、不純物濃度の分析を行った。光吸収性エアロゾルが雪氷中に取り込まれたのちの物理化学成分の変化を、昇華実験と電子顕微鏡分析を組みあわせた実験手法で解析した結果、雪氷中ではBCなどに大きな変質はみられなかった。過去の裸氷域における雪氷微生物観測データを用いて暗色化に最も影響が強い緑藻の時間変化のモデル化を行った結果、積雪域と同様に比較的単純な数理モデルを適用可能であることがわかった。 (2) 衛星観測:2017年12月に打上げられた気候変動観測衛星GCOM-C搭載SGLIセンサの観測データを用いてグリーンランド氷床上の雪氷面温度の解析を行い、SIGMA-A、BサイトのAWSによる雪面温度観測値との比較を行った結果、二乗平均平方根誤差が2.4K以下で一致することを確認した。また、2000-2018年におけるMODISデータから表層積雪粒径の時空間変動を調べた結果、その経年変化は7-8月に10-11 um/10年の増加傾向を示したが、近年の夏季気温の変動により統計的には有意ではなかった。 (3) 数値モデリング:極域気候モデルNHM-SMAPを用いて、グリーンランド氷床上における1980年以降の詳細な表面質量収支計算を行い、数値モデルの国際相互比較実験に参加した。また、全球モデルによる近年を対象とした計算を実施し、地上・衛星観測と比較することで、グリーンランド域における積雪中BC濃度及び積雪粒径の再現性を定量的に検証した。シオラパルクやカナックにおけるおろし風による強風イベントを領域数値モデル実験によって再現した。また、両地点の強風出現特性の違いを地上観測と通年の数値実験をもとに明らかにした。
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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:2019年春に犬橇でSIGMA-Aサイトを訪れ、AWSのメンテナンスを実施した。 AWS観測は順調に進んでいる。また、6-7月には内陸のEGRIP基地で衛星同期観測を行い、GCOM-Cの精度検証を実施した。さらに、7-8月に南西部イサンガータセミア氷河消耗域で微生物調査を行った。微生物のモデル化のための観測データも順調に得られた。光吸収性エアロゾルの分析では当初計画していた雪氷の昇華実験に成功し、1 um以下の微小なBC粒子を透過型電子顕微鏡で測定する技術を確立し、関連する光吸収性エアロゾルの挙動や氷晶核に関する論文を多く発表した。 (2) 衛星観測:GCOM-Cによる観測は2018年より現在まで順調に実施できており、解析される積雪関連物理量は地上検証データとも整合した結果を得られている。高精度衛星観測のための人工雪・自然雪のマイクロCTサンプルデータを用いた積雪粒子とその形状情報の抽出、粒子散乱特性の計算についての一連の処理過程を確立し、現実的な積雪粒子の散乱特性計算からボロノイ形状粒子モデルの妥当性が確認された。 (3) 数値モデリング:NHM-SMAPによる1980年から現在までの長期気候計算を実施できたことや国際比較に参加したことは想定以上の成果と言える。また、全球モデルの改良を行い、北極域での観測との比較を行い、モデル計算の再現性を検証した。グリーンランド北西部において観測されたクリオコナイトホールの深さの増減について、幾何的形状によって放射環境が変化する数値モデルを構築し、観測されたクリオコナイトホールの増減を再現することができた。領域気象化学モデルNHM-Chemにおいて、BCと鉱物ダストの外部混合を取り扱う5-category型を新規開発し、従来の世界標準である3-category型との違いを評価した論文が掲載された。
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Strategy for Future Research Activity |
(1) 地上観測:引き続きグリーンランド氷床上においてAWSを用いた現場観測データ取得に努める。アイスコア分析では光吸収性不純物とフィルンの氷晶比表面積解析結果から放射伝達モデルを用いてアルベドの再現に取り組む。裸氷域では既存の観測データおよびサンプルの分析を進め、鉱物ダスト、栄養塩、表面地形、氷構造等と微生物繁殖の関係を明らかにしつつ、裸氷域微生物繁殖のモデル化を実現する。光吸収性不純物分析では、フィルターの分光透過率から不純物濃度を測定する手法の精度向上とともに,最適な光学パラメータの調整を行う。 (2) 衛星観測:GCOM-C観測データをMODISデータと接続し、雪氷物理量の長期間の時空間変動を調査する。また、MODISデータによる表面積雪粒径の時空間変動結果及びその要因解析結果をまとめる。X線マイクロCTデータを利用した降雪粒子のモデルと粒子散乱特性データセットの開発を継続して実施し、その成果をまとめる。 (3) 数値モデリング:NHM-SMAPによるグリーンランド氷床上表面質量収支についての長期気候計算を実施する。NHM-Chem-SMAPにより、グリーンランドにおける鉱物ダストの飛散、沈着シミュレーションを実施し、ダスト由来の積雪不純物による雪氷での放射収支の影響を評価する。北西グリーンランドにおけるローカルダストの拡散に対する局地風系の影響を、高解像度モデルを用いて評価する。新積雪粒子の形状や粒径に関するパラメータを、NHMを用いて予測できるようモデル開発を進める。全球モデルを用いて、グリーンランド氷床表面暗色化による放射強制力を推定する。クリオコナイトホールの深さ変化を表現する数値モデルについて論文化を進めると共に、NHM-SMAP再解析データを入力としてグリーンランド全域での計算を行い、クリオコナイトホールの崩壊に伴うアルベド低下について定量評価を行う。
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Research Products
(87 results)
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[Journal Article] NHM-Chem, the Japan Meteorological Agency’s regional meteorology _ chemistry model: model evaluations toward the consistent predictions of the chemical, physical, and optical properties of aerosols2019
Author(s)
Kajino, M., M. Deushi, T. T. Sekiyama, N. Oshima, K. Yumimoto, T. Y. Tanaka, J. Ching, A. Hashimoto, T. Yamamoto, M. Ikegami, A. Kamada, M. Miyashita, Y. Inomata, S. Shima, A. Takami, A. Shimizu, S. Hatakeyama, Y. Sadanaga, H. Irie, K. Adachi, Y. Zaizen, Y. Igarashi, H. Ueda, T. Maki, M. Mikami.
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Journal Title
J. Meteor. Soc. Japan
Volume: 97
Pages: 337-374
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Variations in phototroph communities on the ablating bare-ice surface of glaciers on Br_ggerhalv_ya, Svalbard2019
Author(s)
Takeuchi, N., Tanaka, S., Konno, Y., Irvine-Fynn, T.D.L., Rassner, S.M.E. and Edwards, A.
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Journal Title
Frontiers in Earth Science
Volume: 7
Pages: 4
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Taxonomic re-examination of “Chloromonas nivalis (Volvocales, Chlorophyceae) zygotes” from Japan and description of C. muramotoi sp. nov.2019
Author(s)
Matsuzaki, R., Nozaki, H., Takeuchi, N., Hara, Y., Kawachi, M.
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Journal Title
PROS ONE
Volume: 14
Pages: e0210986
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Bacterial community changes with cryoconite granule size and their susceptibility to exogenous nutrients on 10 glaciers in northwestern Greenland2019
Author(s)
Uetake, J., Nagatsuka, N., Onuma, Y., Takeuchi, N., Motoyama, H., Aoki, T.
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Journal Title
bioRxiv
Volume: -
Pages: 514083
DOI
Open Access
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[Journal Article] Glacially sourced dust as a potentially significant source of ice nucleating particles2019
Author(s)
Tobo Y, Adachi K, DeMotto PJ., Hill TC, Hamilton DS, Mahowald NM, Nagatsuka N, Ohata S, Uetake J., Kondo Y, Koike M
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Journal Title
Nature Geoscience
Volume: 12
Pages: 253-258
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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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] GCOM-C data validation plan for land, atmosphere, ocean, and cryosphere2018
Author(s)
Hori, M., H. Murakami, R. Miyazaki, Y. Honda, K. Nasahara, K. Kajiwara, T. Y. Nakajima, H. Irie, M. Toritani, T. Hirawake, and T. Aoki
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Journal Title
Transactions of JSASS, Aerospace Technology Japan “ISTS Special Issue”
Volume: 16(3)
Pages: 218-223
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Field Activities at the SIGMA-A site, northwestern Greenland Ice Sheet in 20172018
Author(s)
Matoba, S., M. Niwano, T. Tanikawa, Y. Iizuka, T. Yamasaki, Y. Kurosaki, T. Aoki, A. Hashimoto, M. Hosaka and S. Sugiyama
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Journal Title
Bull. Glaciol. Res.
Volume: 36
Pages: 15-22
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Temporal variations of cryoconite holes and cryoconite coverage on the ablation ice surface of Qaanaaq Glacier in northwest Greenland2018
Author(s)
Takeuchi, N., Sakaiki, R., Uetake, J., Nagatsuka, N., Shimada, R., Niwano, M., Aoki, T.
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Journal Title
Annals of Glaciology
Volume: 77
Pages: 1-10
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Asynchrony between Antarctic temperature and CO2 associated with obliquity over the past 720,000 years2018
Author(s)
Uemura, R., H. Motoyama, V, Masson-Delmotte, J. Jouzel, K. Kawamura, K. Goto-Azuma, S. Fujita, T. Kuramoto, M. Hirabayashi, T. Miyake, H. Ohno, K. Fujita, A. Abe-Ouchi, Y. Iizuka, S. Horikawa, M. Igarashi, K. Suzuki, T. Suzuki, and Y. Fujii
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Journal Title
Nat. Commun
Volume: 9
Pages: 961
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Bipolar dispersal of red-snow algae2018
Author(s)
Segawa, T., Matsuzaki, R., Takeuchi, N., Akiyoshi, A., Navarro, F., Sugiyama, S., Yonezawa, T., Mori, H.
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Journal Title
Nature communications
Volume: 9
Pages: 3094
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] High Mitochondrial Diversity in a New Water Bear Species (Tardigrada: Eutardigrada) from Mountain Glaciers in Central Asia, with the Erection of a New Genus Cryoconicus2018
Author(s)
Zawierucha, K., Stec, D., Lachowska-Cierlik, D., Takeuchi, N., Li, Z., Michalczyk, _.
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Journal Title
Annales Zoologici
Volume: 68
Pages: 179-201
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Metagenomic analyses highlight the symbiotic association between the glacier stonefly Andiperla willinki and its bacterial gut community2018
Author(s)
Murakami, T., Segawam T., Takeuchi, N., Barcaza, G., Lavarcam P., Kohshima, S., Hongoh, Y.
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Journal Title
Environmental Microbiology
Volume: 20
Pages: 4170-4183
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Measurement of specific surface area of falling snow measured by satellite-borne optical sensors2018
Author(s)
Yamaguch, S., M. Ishizaka, H. Motoyoshi, S. Nakai, V. Vincent, T. Aoki, K. Yamashita, A. Hashimoto, and A. Hichikubo
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Journal Title
Proceedings, Internal Snow Sceince Workshop, Innsbruck, Austria, 2018
Volume: -
Pages: 527-530
Open Access
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[Journal Article] Abundance and emission flux of the anthropogenic iron oxide aerosols from the East Asian continental outflow2018
Author(s)
Yoshida, A., Ohata, S., Moteki, N., Adachi, K., Mori, T., Koike, M., & Takami, A
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Journal Title
Journal of Geophysical Research: Atmospheres
Volume: 123
Pages: 11194-11209
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Abrupt ice-age shifts in southern westerly winds and Antarctic climate forced from the north2018
Author(s)
Christo Buizert, Michael Sigl, Mirko Severi, Bradley R. Markle, Justin J. Wettstein, Joseph R. McConnell, Joel B. Pedro, Harald Sodemann, Kumiko Goto-Azuma, Kenji Kawamura, Shuji Fujita, Hideaki Motoyama, Motohiro Hirabayashi, Ryu Uemura, Barbara Stenni, Fr_d_ric Parrenin, Feng He, T. J. Fudge, Eric J. Steig
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Journal Title
Nature
Volume: 563
Pages: 681-685
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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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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[Presentation] Improvement of GCOM-C/SGLI snow/ice algorithms, and their validation with in-situ measurements and a numerical model2019
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 FY2018
Int'l Joint Research
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[Presentation] グリーンランド氷床上の積雪粒径と暗色裸氷域変動、積雪粒径測定技術の進捗状況2019
Author(s)
青木輝夫, 島田利元, 庭野匡思, 的場澄人, 石元裕史, 谷川朋範, 堀雅裕, 藤田耕史, 山口悟, 八久保晶弘, 杉浦幸之助, 本吉弘岐
Organizer
第3回SIGMA-IIワークショップ
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[Presentation] SSA measurements using NIR photometry and new instrument HISSGraS2019
Author(s)
Aoki, T., M. Niwano , A. Hachikubo, S. Yamaguchi, M. Schneebeli, R. Pizzani, J. C. Gallet, S. Matoba, T. Tanikawa, M. Hori, R. Shimada, K. Sugiura, and H. Motoyoshi
Organizer
SnowAPP Campaign Science Seminer
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] グリーンランド氷床上における温度上昇に伴う積雪粒径成長と近赤外域アルベド低下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, 飯塚芳徳, 本山秀明
Organizer
日本地球惑星科学連合2018年度連合大会
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[Presentation] Mass balance study on the Greenland ice sheet2018
Author(s)
Aoki, T., M. Niwano, K. Goto-Azuma, H. Miura, J. Okumo, T. Sueyoshi, R. Greve, F. Saito, and A. Abe-Ouchi,
Organizer
The Ninth Symposium on Polar Science
Int'l Joint Research
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[Presentation] High resolution polar regional climate model NHM-SMAP for the 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
Organizer
2018 AGU Fall Meeting
Int'l Joint Research
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[Presentation] 気象研究所地球システムモデルによる北極域におけるブラックカーボンの放射影響評価2018
Author(s)
大島長, 庭野匡思, 青木輝夫, 保坂征宏, 田中泰宙, 神代剛, 吉村裕正, 行本誠史, 東久美子, 近藤豊, 小池真
Organizer
日本気象学会2018年度春季大会
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