大気ー積雪ー海氷系放射伝達モデルの開発と気候モデル用海氷アルベドスキームの高度化

• 研究課題/領域番号: 20K12142
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分63010:環境動態解析関連
• 研究機関: 気象庁気象研究所
• 研究代表者: 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)
• 研究分担者: 豊田 威信 北海道大学, 低温科学研究所, 助教 (80312411) ; 豊田 隆寛 気象庁気象研究所, 全球大気海洋研究部, 主任研究官 (90450775)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2022年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2021年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2020年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: 海氷放射スキーム / 海氷アルベド / 放射伝達 / 海氷 / 積雪 / 気候モデル / 海洋モデル / 海氷放射伝達モデル / 海氷光学特性 / 現場観測 / 放射伝達モデル / 放射観測 / アルベド / 透過率 / アイスアルジ / 反射率

研究開始時の研究の概要

雪氷圏は温暖化に対してもっとも脆弱な地域であり, 近年の北極海の海氷面積の減少はその代表的な例である．しかし, 多くの気候モデルでは, 近年の急激な海氷面積の減少に対して不確実性が大きく, その克服が重要な課題となっている．その要因の1つとして, 気候モデルに入力する海氷面のアルベドの再現性が不十分であることが指摘されている．本研究では, 現場観測と放射伝達理論に基づく新たな海氷アルベド物理モデルを開発し, 気候モデルの高度化・精緻化に取り組む．さらに, 気候シミュレーションにおける積雪・海氷変動に対する極域気候全体への影響を定量的に評価することを試みる．

研究成果の概要

気候モデルによる海氷予測精度の改善を目的として，海氷アルベドを精度よく算出するための海氷放射スキーム（海氷アルベド算出スキーム）の高度化を行った．現在の気候モデルで用いられている海氷放射スキームは，大半が現在気候における経験的なパラメタリゼーションが採用されている．そのため，海氷アルベドに影響を及ぼす積雪・海氷物理量が十分考慮されておらず，海氷アルベドの不確実性が指摘されていた．そこで本研究では，放射伝達理論に基づく大気―積雪―海氷系の放射伝達モデルを開発し，海氷アルベドを決定する物理過程を考慮した新たな海氷放射スキームの開発・高度化を行った．

研究成果の学術的意義や社会的意義

現在の気候モデルでは近年の北極海の急激な海氷減少傾向を十分に再現できておらず，モデルの改善が必要とされていた．本研究は海氷の放射スキームに焦点を当てて，放射伝達モデルを開発し，物理に基づく海氷放射スキームの高度化を行った．その結果，物理に基づく高度な考察が可能となり，気候変動に対する海氷物理量の関係を詳細に捉えることが可能となった．本研究成果は，季節アンサンブル予報システム等による長期予測にとっても有益であるため，今後，当モデルの適用が期待される．

研究成果

• [国際共同研究] Stevens Institute of Technology(米国)
• [国際共同研究] Stevens Institute of Technology(米国)
• [雑誌論文] 気象研海洋モデルにおける海氷熱力学過程の改良について (2023)
  • 著者名/発表者名: 豊田隆寛，坂本圭，豊田威信，辻野博之，浦川昇吾，川上雄真，山上晃央，小松謙介，山中吾郎，谷川朋範，中野英之
  • 雑誌名: 月刊海洋 巻: 55 ページ: 197-202
  • 査読あり
• [雑誌論文] Improvements of sea ice thermodynamics with variable sea ice salinity and melt pond parameterizations in an OGCM (2023)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Toyoda, Kei Sakamoto, Takenobu Toyota, Hiroyuki Tsujino, L. Shogo Urakawa, Yuma Kawakami, Akio Yamagami, Kensuke K. Komatsu, Goro Yamanaka, Tomonori Tanikawa, Rigen Shimada, Hideyuki Nakano
  • 雑誌名: Ocean Modelling 巻: na
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sea ice variability along the Okhotsk coast of Hokkaido based on long-term JMA meteorological observatory data (2022)
  • 著者名/発表者名: Toyoda Takahiro、Kitamura Yoshiteru、Okada Ryohei、Matsumura Kanichiro、Komatsu Kensuke K、Sakamoto Kei、Urakawa L Shogo、Nakano Hideyuki
  • 雑誌名: Okhotsk Sea and Polar Oceans Research 巻: 6 ページ: 27-35
  • DOI: 10.57287/ospor.6.27
  • ISSN: 2436-2034
  • 年月日: 2022-02-01
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Atmosphere-sea ice-ocean interaction study in Saroma-ko Lagoon, Hokkaido, Japan 2021（北海道サロマ湖における大気–海氷–海洋相互作用研究について） (2022)
  • 著者名/発表者名: Nomura, D., P. Wongpan, T. Toyota, T. Tanikawa, Y. Kawaguchi, T. Ono, T. Ishino, M. Tozawa, T. P. Tamura, I. S. Yabe, E. Y. Son, F. Vivier, A. Lourenco, M. Lebrun, Y. Nosaka, T. Hirawake, A. OOKI, S. Aoki, B. Else, F. Fripiat, J. Inoue, and M. Vancoppenolle
  • 雑誌名: 氷河情報センター 巻: 40 号: 0 ページ: 1-17
  • DOI: 10.5331/bgr.21R02
  • ISSN: 1345-3807, 1884-8044
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 光学リモートセンシングによる雪氷プロダクトの地上検証観測 (2021)
  • 著者名/発表者名: 谷川朋範, 青木輝夫, 堀雅裕, 八久保晶弘, 庭野匡思, 杉浦幸之助, 的場澄人, 島田利元
  • 雑誌名: 日本リモートセンシング学会誌 巻: 41 号: 5 ページ: 582-594
  • DOI: 10.11440/rssj.41.582
  • NAID: 130008150375
  • ISSN: 0289-7911, 1883-1184
  • 年月日: 2021-11-20
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 塩を含む積雪の含水率測定法 (2021)
  • 著者名/発表者名: 木村 宏海、八久保 晶弘、舘山 一孝、谷川 朋範、小嶋 真輔
  • 雑誌名: 雪氷 巻: 83 号: 6 ページ: 579-590
  • DOI: 10.5331/seppyo.83.6_579
  • NAID: 130008160400
  • ISSN: 0373-1006, 1883-6267
  • 年月日: 2021-11-15
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Spectral degree of linear polarization and neutral points of polarization in snow and ice surface (2021)
  • 著者名/発表者名: Tanikawa, T., K. Masuda, H. Ishimoto, T. Aoki, M. Hori, M. Niwano, A. Hachikubo, S. Matoba, K. Sugiura, T. Toyota, N. Ohkawara, and K. Stamnes
  • 雑誌名: J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. 巻: 273 ページ: 107845-107845
  • DOI: 10.1016/j.jqsrt.2021.107845
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Effects of Snow Grain Shape and Mixing State of Snow Impurity on Retrieval of Snow Physical Parameters From Ground‐Based Optical Instrument (2020)
  • 著者名/発表者名: Tanikawa T., Kuchiki K., Aoki T., Ishimoto H., Hachikubo A., Niwano M., Hosaka M., Matoba S., Kodama Y., Iwata Y. and Stamnes K.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Atmospheres 巻: 125 号: 15
  • DOI: 10.1029/2019jd031858
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Using under-ice hyperspectral transmittance to determine land-fast sea-ice algal biomass in Saroma-ko Lagoon, Hokkaido, Japan (2020)
  • 著者名/発表者名: Wongpan Pat、Nomura Daiki、Toyota Takenobu、Tanikawa Tomonori、Meiners Klaus M.、Ishino Tomomi、Tamura Tetsuya P.、Tozawa Manami、Nosaka Yuichi、Hirawake Toru、Ooki Atsushi、Aoki Shigeru
  • 雑誌名: Annals of Glaciology 巻: 61 号: 83 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1017/aog.2020.69
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Solidification effects of snowfall on sea-ice freeze-up: results from an onsite experimental study (2020)
  • 著者名/発表者名: Toyota Takenobu、Ono Takashi、Tanikawa Tomonori、Wongpan Pat、Nomura Daiki
  • 雑誌名: Annals of Glaciology 巻: 61 号: 83 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1017/aog.2020.49
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Reconstruction of Sea Ice Concentration in Northern Baffin Bay Using Deuterium Excess in a Coastal Ice Core From the Northwestern Greenland Ice Sheet (2020)
  • 著者名/発表者名: Kurosaki Y., Matoba S., Iizuka Y., Niwano M., Tanikawa T., Ando T., Hori A., Miyamoto A., Fujita S. and Aoki T.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Atmospheres 巻: 125 号: 16
  • DOI: 10.1029/2019jd031668
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 積雪-裸氷放射伝達モデルの開発 (2023)
  • 著者名/発表者名: 谷川朋範
  • 学会等名: ISEE氷河融解を加速する光吸収性不純物に関する研究集会
• [学会発表] Monitoring of snow physical parameters by spectral radiation measurements using ground-based optical instrument in Ny-Alesund, Svalbard (2023)
  • 著者名/発表者名: Tomonori Tanikawa, Nozomu Ohkawara, Teruo Aoki
  • 学会等名: The Seventh International Symposium on Arctic Research (ISAR7)
  • 国際学会
• [学会発表] 海氷の放射計算に必要な海氷面ラフネスの推定 (2022)
  • 著者名/発表者名: 谷川朋範，増田一彦，石元裕史，大河原望，中山雅茂
  • 学会等名: 雪氷研究大会（2022・札幌）
• [学会発表] 成長速度の異なる薄氷のマイクロ波輝度温度の測定 (2022)
  • 著者名/発表者名: 中山雅茂，直木和弘，谷川朋範，長幸平
  • 学会等名: 雪氷研究大会（2022・札幌）
• [学会発表] GCOM-C/SGLIを用いた雪氷域環境監視と地上検証 (2022)
  • 著者名/発表者名: 堀雅裕，杉浦幸之助，青木輝夫，谷川朋範，庭野匡思，八久保晶弘，的場澄人，島田利元
  • 学会等名: 雪氷研究大会（2022・札幌）
• [学会発表] 可搬型積分球積雪粒径測定装置の開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 青木輝夫，八久保晶弘，庭野匡思，的場澄人，谷川朋範，西村基志，石元裕史，島田利元，井上凌
  • 学会等名: 雪氷研究大会（2022・札幌）
• [学会発表] 積雪の光学特性と衛星リモートセンシング (2022)
  • 著者名/発表者名: 谷川朋範
  • 学会等名: 雪氷学会東北支部大会 特別講演会「衛星リモートセンシング」
  • 招待講演
• [学会発表] Spectral radiation measurements using the ground based spectral radiometer system for albedo and flux (GSAF) in Ny-Alesund (NYA) (2022)
  • 著者名/発表者名: Nozomi Ohkawara, Tomonori Tanikawa
  • 学会等名: 17th WCRP/BSRN Scientific and Review and Workshop
  • 国際学会
• [学会発表] 積雪の光学特性と衛星リモートセンシング ー地上観測・衛星観測ー (2022)
  • 著者名/発表者名: 谷川朋範
  • 学会等名: 第15回雪氷防災研究センター・新潟地方気象台 合同談話会
  • 招待講演
• [学会発表] Sea ice variability along the Okhotsk coast of Hokkaido based on long-term JMA meteorological observatory data (2022)
  • 著者名/発表者名: Toyoda Takahiro、Kitamura Yoshiteru、Okada Ryohei、Matsumura Kanichiro、Komatsu Kensuke K、Sakamoto Kei、Urakawa L Shogo、Nakano Hideyuki
  • 学会等名: The 36th International Symposium on the Okhotsk Sea & Polar Oceans
  • 国際学会
• [学会発表] 放射伝達論に基づく積雪の波長別偏光特性 (2021)
  • 著者名/発表者名: 谷川 朋範、増田 一彦、石元 裕史、青木 輝夫
  • 学会等名: 雪氷研究大会（2021・千葉-オンライン）
• [学会発表] 海氷上における塩を含む積雪の含水率測定 (2021)
  • 著者名/発表者名: 木村 宏海、八久保 晶弘、舘山 一孝、谷川 朋範、小嶋 真輔
  • 学会等名: 雪氷研究大会（2021・千葉-オンライン）
• [図書] Springer Series in Light Scattering 8 (分担執筆：Spectropolarimetry of Snow and Ice Surfaces: Measurements and Radiative Transfer Calculation） (2022)
  • 著者名/発表者名: Tomonori Tanikawa
  • 総ページ数: 197
  • 出版者: Springer, Cham
  • ISBN: 9783031102981
• [図書] リモートセンシング事典 （分担執筆：海氷のアルベドと分類） (2022)
  • 著者名/発表者名: 日本リモートセンシング学会
  • 総ページ数: 758
  • 出版者: 丸善出版
  • ISBN: 9784621307762
• [図書] Springer series in light scattering 8 （分担執筆：Spectropolarimetry of snow and ice surfaces: measurements and radiative transfer calculations） (2022)
  • 著者名/発表者名: Tanikawa Tomonori
  • 出版者: Springer
• [備考] research map
  • URL: https://researchmap.jp/tomonori.tanikawa