氷河融解を加速する3大光吸収性不純物の定量評価

• 研究課題/領域番号: 20H00196
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 中区分17:地球惑星科学およびその関連分野
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 坂井 亜規子 名古屋大学, 環境学研究科, 准教授 (40437075)
• 研究分担者: 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) ; 竹内 望 千葉大学, 大学院理学研究院, 教授 (30353452) ; 青木 輝夫 国立極地研究所, 北極観測センター, 特任教授 (30354492) ; 的場 澄人 北海道大学, 低温科学研究所, 助教 (30391163) ; 松井 仁志 名古屋大学, 環境学研究科, 准教授 (50549508) ; 大畑 祥 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 助教 (70796250)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2024年度)
• 配分額: 45,370千円 (直接経費: 34,900千円、間接経費: 10,470千円); 2024年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2023年度: 8,450千円 (直接経費: 6,500千円、間接経費: 1,950千円); 2022年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円); 2021年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円); 2020年度: 20,280千円 (直接経費: 15,600千円、間接経費: 4,680千円)
• キーワード: 光吸収性不純物 / 氷河 / 鉱物粒子 / 黒色炭素 / 雪氷微生物 / 氷河質量収支

研究開始時の研究の概要

アジア高山域において氷河は水資源としての重要な役割を持つが、近年の温暖化による氷河縮小による将来の水資源枯渇が危惧されており、氷河の将来予測を高精度にすることが求められている。氷河の融解に影響を与えるのは気温のみではなく、氷河表面の不純物が日射量の吸収を促進し、融解を加速させることが知られており、氷河変動モデルの高精度化には不純物の影響を考慮することが鍵となる。本研究では代表的な氷河上不純物として鉱物粒子、黒色炭素、雪氷微生物の3つに着目し、氷河表面における各不純物の量の変動、そして各不純物濃度と日射の吸収率との関係についてについて明らかにし、氷河変動流出モデルの高精度化を行う。

研究実績の概要

近年全球の氷河は温暖化のため縮小傾向である。本研究では気温上昇以外に、氷河の融解を促進すると考えられる氷河表面の光吸収性不純物について、どの程度アルベド（反射率）を低下に影響を与えているか、また氷河表面における不純物の物質収支がどうなっているのか量的に示すのが目的である。
2022年度は、この科研費が始まってからようやく初めて現地観測を行うことができた。自動気象ステーションを設置し、氷河表面のブラックカーボン、鉱物粒子、雪氷生物の量を把握できるようなサンプリングを行った。さらに、氷河表面のスペクトルアルベドを測定し、表面の氷を取り除いた裸氷との比較から、氷河表面アルベドは表面の主にダストによる影響で可視域はアルベドが下がっている一方で、近赤域は風化氷と呼ばれる氷粒子がバラバラになる現象のおかげでアルベドが上がっていることが明らかとなった。
また氷河の表面不純物の起源の一つとして、表層下の氷が融解することで析出する量が一つ重要なファクターとして考えられるが、融解期終わりに再度現地に赴き、来年融解期に析出する不純物量を把握するため浅層コアを採取し、有機物量、鉱物量、ブラックカーボン量を測定できるサンプルを採取し、測定も終わっている。
また観測結果や分析結果、さらに来年度の観測計画について議論するために研究会を１月にハイブリッドで開き、情報交換、また裸氷におけるアルベドを再現するためのモデルを作成するにあたって必要な観測項目について意見交換を行った。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

2022年度、ようやくモンゴルにおける観測を実施することができた。コロナ蔓延の影響もあり、輸送で当初の見積もりの3倍ほどになったが、現地のカウンターパートの協力もありモンゴル国内の輸送もタイミングよく行うことができた。現地観測については、予定していた気象測器、重量式雨量計の設置、また氷河上におけるアルベドメーター設置等は順調にいき、データも取得することができた。しかし、アルベドと不純物の関係についてのデータ取得については観測が始まったばかりで十分ではない。2023年度における観測でそれらのデータを十分にとる必要がある。
また2022年度は2回モンゴルでの観測を行い、２回目は消耗域において3-4ｍ深のアイスコアを採取することができた。アイスコアは現場でカット、融解・フィルタリング処理し、不純物を持ち帰り、各層での不純物量を出せるデータを取得した。よって2023年度の融解期に融解に伴って析出する不純物量をおさえることができる。

今後の研究の推進方策

本研究では、氷河消耗域における裸氷のアルベドについて不純物の影響や氷の状態についても考慮したモデルを作成することが目的である。このためにはまず氷河表面の不純物量の季節変化を把握することが必要である。
2023年度は、消耗域における氷河表面の不純物の質量収支を明らかにすることを目的とする。氷河表面の不純物の起源として、大気からの降下、融解水に伴う不純物の流入流出、氷河氷中にある不純物が氷が融解することで析出する、の３つになる。大気からの降下については、涵養域での積雪を採取し、その中に含まれる不純物を分析する。また氷融解によって析出する不純物については昨年度採取した浅層氷コアの分析から不純物量を把握することができる。融解水に伴う不純物の移動については特に鉱物粒子の粒径に注目して分析を進めていく予定である。
現地観測は、融解期はじめの3週間と融解最盛期の一週間程度を予定している。これによってアルベドと不純物の関係また裸氷の状態について異なる気象条件下におけるデータを取得するだけでなく、季節変化をとらえることができると考えている。

研究成果

• [国際共同研究] 気象水文環境研究所(モンゴル)
• [雑誌論文] Mass balance of four Mongolian glaciers: In-situ measurements, long-term reconstruction and sensitivity analysis. (2022)
  • 著者名/発表者名: Khalzan P, Sakai A, Fujita K
  • 雑誌名: Frontiers in Earth Science 巻: 9 ページ: 785306-785306
  • DOI: 10.3389/feart.2021.785306
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Marked rebound of agricultural fire emissions in Asia after the outbreak of COVID-19 (2022)
  • 著者名/発表者名: Liu Mingxu、Yao Huan、Matsui Hitoshi
  • 雑誌名: Environmental Research Letters 巻: 17 号: 11 ページ: 114059-114059
  • DOI: 10.1088/1748-9326/ac9e69
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Using modelled relationships and satellite observations to attribute modelled aerosol biases over biomass burning regions (2022)
  • 著者名/発表者名: Zhong, Q., Schutgens, N., van der Werf, G., van Noije, T., Bauer, S. E., Tsigaridis, K., Mielonen, T., Checa-Garcia, R., Neubauer, D., Kipling, Z., Kirkevag, A., Olivie;, D. J. L., Kokkola, H., Matsui, H., Ginoux, P., Takemura, T., Le Sager, P., Remy, S., Bian, H., Chin, M.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 13 号: 1 ページ: 5914-5914
  • DOI: 10.1038/s41467-022-33680-4
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Secondary Organic Aerosol Formation Regulates Cloud Condensation Nuclei in the Global Remote Troposphere (2022)
  • 著者名/発表者名: Liu Mingxu、Matsui Hitoshi
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 49 号: 18
  • DOI: 10.1029/2022gl100543
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Partitioning the Uncertainty of Ensemble Projections of Global Glacier Mass Change (2020)
  • 著者名/発表者名: Marzeion, B., Hock, R., Anderson, B., Bliss, A., Champollion, N., Fujita, K., et al.
  • 雑誌名: Earth's Future 巻: 8 号: 7
  • DOI: 10.1029/2019ef001470
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] GAMDAM Glacier Inventory covering High Mountain Asia: 2011 - 2018 (2023)
  • 著者名/発表者名: Akiko Sakai
  • 学会等名: IGS Global Seminar Series
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] アルタイ山脈におけるアルベド解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 石田直也, 坂井亜規子, Khalzan P, 藤田耕史
  • 学会等名: 雪氷研究大会
• [学会発表] 風化氷作成実験I (2022)
  • 著者名/発表者名: 坂井亜規子, 石田直也, 根本征樹, 鈴木紘一, 砂子宗次朗, 飯塚芳徳, 八久保晶弘
  • 学会等名: 雪氷研究大会
• [学会発表] 風化氷と鉱物ダスト量を考慮した氷面アルベドのモデル化 (2022)
  • 著者名/発表者名: 坂井亜規子, 竹内望
  • 学会等名: 雪氷研究大会
• [学会発表] Glacier albedo analysis in Altai mountains, 2000-2020 (2022)
  • 著者名/発表者名: 石田直也, 坂井亜規子, Khalzan P, 藤田耕史
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会