2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of a microwave radiative transfer model for acquiring highly accurate sea ice information
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20H00206
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| Research Institution | National Institute of Polar Research |
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Principal Investigator |
榎本 浩之 国立極地研究所, 国際北極環境研究センター, 教授 (00213562)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
谷川 朋範 気象庁気象研究所, 気象予報研究部, 主任研究官 (20509989)
舘山 一孝 北見工業大学, 工学部, 准教授 (30374789)
中村 和樹 日本大学, 工学部, 准教授 (60435500)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 海氷 / マイクロ波 / リモートセンシング / 極域 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
北極海での既存の海氷観測データを収集して、従来の観測概要を確認した。特に海氷厚と海氷上への積雪の影響が大きいことが予想された。海氷データとしてプールを用いたタンク実験の結果について過去の実験をレビューし、注目すべきマイクロ波放射に関する海氷状態を変えて実験を行った。海氷密接度の観測の高精度化には、マイクロ波放射計（PMR)に加え、空間分解能の高い能動センサーが有効である。マイクロ波散乱系および光学センサーによる観測の期初譲歩を取りまとめた。具体的には下記の作業をおこなった。
・海氷成長実験水槽を用いた海氷生成・融解実験を12月から3月にかけて行い，無人気象計（Automatic Weather Station）等を用いて気温・水温・氷温，海氷厚・塩分を実測し，PMRによって海氷の成長・融解段階の輝度温度の関係を調査した．
・北海道沿岸での回転翼ドローンを用いた海氷の表面起伏の測量を行い，海氷の水上部分の高さであるフリーボード分布の測定を試みた．
・2月に、北海道東部の汽水湖であるサロマ湖で結氷したの、海氷と同様の塩分を含む湖氷上で固定翼ドローンや橇に搭載した電磁氷厚計（EM），受動マイクロ波放射計（PMR）を用いた現地海氷観測を実施し，積雪深・氷厚の異なる地点で輝度温度を測定した．また、現場観測と放射伝達理論に基づく大気ー積雪・海氷系の放射伝達モデルを開発した．
・PMRやマイクロ波散乱系のマイクロ波センサによる海氷とくに結氷間もない塩分を多く含む一年氷の観測において、海氷表面における誘電率および表面ラフネスによる寄与が支配的である。オホーツク海北海道沿岸で発生する海氷と同様な性質を持つ北海道サロマ湖で結氷した湖氷において観測された、氷厚の計測に同期した誘電率に対応する海氷表面における塩分量およびラフネスの1993年以降に計測された結果を整理した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
新型コロナウィルス感染症拡大防止の多面、予定していた海外の観測船乗船や野外集中観測ができなくなったため、観測計画の遅れが生じた。観測を補完するために、海氷プールによる人口成長海氷の観測実験を増やして、データの蓄積を進めた、実験の準備や基本実験の実施は順調に進み、基礎となる実験かっかやのそ解析は行えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
北極海で調査する海外の観測船乗船や、国内の観測の準備をしながら、感染症拡大などの影響が少なく確実に実施出来る人工の海氷成長実験水槽による海氷実験を行い、海氷の成長とマイクロ波放射特性の基本情報の集積と、結氷および融解時のマイクロ波放射計（PMR)観測の実施、理論的な検討を進める。
観測船での北極海観測が実施される場合は、これまでに北極海のブイ観測から得られている海氷・気象・海象情報をもとに，季節変動による海氷厚・積雪深推定への影響を解析し，客観解析データを用いてパラメータ化し、観測船での調査結果と比較する．
海氷成長実験水槽による実験では、特に、以下の2つのポイントに集中して実験を行う。
①季節変動の影響考慮と海氷密接度算出の精緻化：海氷成長実験水槽での実験観測時に，MMRの視野内における薄氷・厚氷の面積比変化，海氷上の積雪を変えながら放射計観測を行う．この観測データを海氷分類アルゴリズムに入力し，出力される混合比の精度評価を行い，海氷密接度算出の精緻化を図る．
② マイクロ波散乱計・合成開口レーダー（SAR)，PMRの統合観測による空間分解能の向上：海氷密接度の高精度化を図るために，PMRと同じマイクロ波センサでありながら光学センサと同等の数～数10 m程度の空間分解能が得られるSARの有効性を確認する．特に、海氷の表面状態を決めるラフネスによる影響を補正した輝度温度から海氷密接度を算出することにより，ラフネスによる輝度温度の不確定性を評価する．従来、SARやPMRの理論モデル・経験的手法で0-10，10-30，30cm以上の海氷厚といった氷種毎予測を行っていたが，各センサのアルゴリズムの統合でシームレスな海氷体積の推定へ進化させる．
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