2016 Fiscal Year Research-status Report
衛星と現場観測による氷厚分布変動の監視および季節海氷域の海氷力学過程の解明
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16K00511
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
豊田 威信 北海道大学, 低温科学研究所, 助教 (80312411)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
三寺 史夫 北海道大学, 低温科学研究所, 教授 (20360943)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 季節海氷域 / 海氷力学過程 / リモートセンシング / 気候変動 / 氷厚分布 / 数値海氷モデル / 氷盤分布 / 海氷ー波相互作用 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は研究計画に基づき、1.北極海およびオホーツク海における現場検証観測、2.衛星画像を用いたリッジ分布の解析、3.従来の海氷力学過程の検証について実施した。
1.について、研究協力者（Haas）が中心となって北極海で2016年4月上旬に航空機搭載型EMを用いて氷厚分布の観測が行われた。得られたデータから表面凹凸分布を抽出して氷厚と比較した結果、両者に高い相関が見出され、PALSAR2画像から氷厚分布を推定する根拠が示された。PALSAR2画像との同時観測は実現しなかったものの、近い領域の画像は得られたので今後比較解析を行う準備は整った。また、オホーツク海で詳細な氷盤分布を調べるための準備としてドローンを購入し、網走沿岸の海氷域で試験計測を実施して機器の性能を確かめた。2.について、過去（2009-2011年）にオホーツク海で取得したPALSAR 画像と観測データを最大限に活用して(1)L-band SARがC-band SARよりもリッジを見出すのに優れていることを示し、(2)PALSAR画像を用いて入射角と後方散乱係数からリッジ分布を抽出するアルゴリズムを開発した。その結果、オホーツク海のリッジ分布の特性をある程度明らかにすることができた。3.について、現在多くの数値海氷モデルで用いられている力学過程のレオロジーに焦点をあてて、オホーツク海と北極海を対象として衛星から求められた漂流速度分布を用いて変形場の理論を基に検証を行った結果、両海域ともに肯定的な結果が得られた。ただし、オホーツク海では北極海に比べて変形の空間変動が大きく、より細かな分解能が要請されることが示された（論文執筆中）。
以上、PALSAR2画像の利用について計画を修正する必要が生じたものの、今後力学過程を吟味するための基盤を整えることができて本研究課題に関わる有意義な成果が得られたと考えている。
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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
本研究は衛星L-band SARであるPALSARおよびPALSAR2を用いて広域の氷厚分布を推定するアルゴリズムを構築して北極海やオホーツク海の氷厚分布変動を監視し、数値海氷モデルで用いられる海氷力学過程の改良を行うことを目的としている。本年度はそのための第一段階として、PALSAR2から氷厚分布を推定することの正当性を示し、氷厚推定のアルゴリズムを現場観測データから開発すること、それに従来の数値海氷モデルの力学過程で用いられてきたHiblerの海氷レオロジーの有効性を観測データから検証して問題点を明らかにすることを目指した。
研究実績にも記したように、PALSAR2画像の利用に関しては北極海で実施した観測海域とうまく重ならない等の制約が生じたため、計画を若干変更して過去にオホーツク海で取得したPALSAR画像を最大限に活用する方針で研究を進めた。現場観測データを併用して解析した結果、季節海氷域の氷厚分布と密接に関連している表面のリッジ（凹凸）分布を抽出するのに衛星L-band SARは適していることを確認し、そのアルゴリズムを確立することができた。また、北極海における現場観測からは表面凹凸分布は氷厚分布にほぼ対応することを見出して衛星L-band SARの有用性が確かめられ、当初の目的はほぼ達成できた。
一方、数値海氷モデルの海氷力学過程に関しては海氷の漂流速度分布を解析した結果、Hiblerの海氷レオロジーは基本的に有効と考えられるものの、変形場の空間変動が大きなオホーツク海では特に高い解像度が要請されることを見出すなど、現状の問題点をある程度明らかにすることができた。また、力学過程の中で重要と位置づけている氷盤分布の観測に関しては機器を購入して試験観測を行い、次年度の観測の準備を整えることができた。以上の点から、研究はほぼ順調と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
北極海とオホーツク海で昨年度と同様の現場観測が予定されており、昨年度の解析結果を検証・発展させる計画である。具体的には、1.現場観測、2.衛星画像の解析、および3.海氷力学過程について次の通り研究を進める予定である。
1.について、４月に研究協力者（Haas）が再びボーフォート海で航空機搭載型EMを用いて氷厚観測を実施する。解析された表面凹凸分布と氷厚を比較することにより、L-band SARから氷厚分布を推定する手法の正当性を再度検証する。９月ころには研究協力者（Hutchings）がカナダ砕氷船を用いたボーフォート海の観測に参加して、また、２月には研究代表者がオホーツク海南部の海氷観測を巡視船「そうや」に乗船して行い、それぞれの海域で氷厚および氷盤分布の現場データを取得する。2.について、PALSAR-2画像を海域ごとにJAXAから入手し、各々の画像から後方散乱係数と実際の氷厚を比較することにより、氷厚推定アルゴリズムを開発すると同時に、昨年度に開発したリッジ分布を推定する手法の検証を行う。比較的広範囲のオホーツク海・北極海のリッジや氷厚分布のマッピングを行って様々な時間スケール、空間スケールの特徴を見出したい。一方、氷盤の大きさ分布はMODIS画像および現場でドローン観測から得られた画像を解析してその特徴を明らかにする。現在申請中の米国NGAの高分解能画像についても利用の目処がつき次第、解析に用いる予定である。3.について、まずは昨年度に得られた結果を論文にまとめることを優先課題とする。その後解析領域を更に拡げて各海域の変形場の特性を明らかにし、季節海氷域の力学過程を考察するための足掛かりとしたい。
なお、得られた解析結果について詳細な議論を行うために年度内に力学過程の専門家である研究協力者（Hutchings）を訪問する予定であり、研究成果は学会等で発表する。
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