陸域モデルを用いた北極圏の赤雪発生およびその雪氷融解効果の推定

• 研究課題/領域番号: 20K19955
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分63010:環境動態解析関連
• 研究機関: 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 (2022); 東京大学 (2020-2021)
• 研究代表者: 大沼 友貴彦 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 第一宇宙技術部門, 宇宙航空プロジェクト研究員 (30800833)
• 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: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2021年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
• キーワード: 雪氷学 / 雪氷微生物 / 数値モデリング / 陸面モデル / 赤雪 / 氷河暗色化 / 数理生物学 / アルベド / 陸域モデル

研究開始時の研究の概要

近年の氷河や氷床の急激な融解要因として，雪氷面のアルベド（太陽光の反射率）の低下が指摘されている．このアルベド低下の要因の一つとして，雪氷藻類と呼ばれる耐冷性微生物の繁殖によって発生する赤雪現象が挙げられる．しかしながら，現地観測例の少なさなどから，赤雪の出現要因とその雪氷融解効果には不明な点が多い．赤雪現象による雪氷融解を定量評価するためには，積雪の生物および光学過程に基づいた数値モデルの開発が必要である．本研究では，北極圏の積雪での観測に基づいて赤雪発生の要因解明および赤雪推定モデルの開発を行い，そのモデルを全球陸域モデルに組み入れて，北半球全域の赤雪現象の雪氷融解への寄与を評価する．

研究成果の概要

本研究開始時は下記の課題を掲げ、想定以上の成果が3年間で得られた。
・氷河観測に基づく赤雪の予測モデル開発と、陸域モデルを利用した赤雪による北極圏の雪氷融解への寄与推定
研究期間全体の特筆すべき成果として、世界初の全球の赤雪発生を予測する全球積雪藻類モデルBio-MATSIROの開発に成功し、全球規模で赤雪による雪氷融解への寄与が推定できるようになった。研究期間の後半では、研究対象を赤雪藻類以外の雪氷生物にも広げ、氷河氷床面を暗色化させる緑藻の増殖モデルやクリオコナイトホールの崩壊モデルの開発に成功し、Bio-MATSIROの拡張が期待される。これらの成果は国際誌に論文として出版されている。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究で開発したBio-MATSIROを用いることで、雪氷微生物活動によるアルベド低下効果（バイオアルベド効果）を計算し、近年の雪氷融解加速の微生物活動による寄与を全球規模で評価できるようになった。バイオアルベド効果はIPCC第6次評価報告書で初めて取り上げられた新しい現象で、その効果を明らかにすることは学術的意義がある。本研究成果は、今後さらに発展させることでIPCC次期評価報告書に記載される可能性があり、国際社会への貢献も期待できる。

研究成果

• [雑誌論文] Modelling the development and decay of cryoconite holes in Northwest Greenland (2023)
  • 著者名/発表者名: Onuma Yukihiko、Fujita Koji、Takeuchi Nozomu、Niwano Masashi、Aoki Teruo
  • 雑誌名: The Cryosphere Discussions 巻: - ページ: 1-35
  • DOI: 10.5194/egusphere-2023-54
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Modeling seasonal growth of phototrophs on bare ice on the Qaanaaq Ice Cap, northwestern Greenland (2022)
  • 著者名/発表者名: Onuma Yukihiko、Takeuchi Nozomu、Uetake Jun、Niwano Masashi、Tanaka Sota、Nagatsuka Naoko、Aoki Teruo
  • 雑誌名: Journal of Glaciology 巻: - 号: 275 ページ: 1-13
  • DOI: 10.1017/jog.2022.76
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Global Simulation of Snow Algal Blooming by Coupling a Land Surface and Newly Developed Snow Algae Models (2022)
  • 著者名/発表者名: Y. Onuma, K. Yoshimura, N. Takeuchi
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Biogeosciences 巻: 127 号: 2 ページ: 1-22
  • DOI: 10.1029/2021jg006339
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Variations in mineralogy of dust in an ice core obtained from northwestern Greenland over the past 100 years (2021)
  • 著者名/発表者名: Nagatsuka, N., K. Goto-Azuma, A. Tsushima, K. Fujita, S. Matoba, Y. Onuma, M. Kadota, M. Minowa, Y. Komuro, H. Motoyama, and T. Aoki
  • 雑誌名: Clim. Past 巻: 17 号: 3 ページ: 1341-1362
  • DOI: 10.5194/cp-17-1341-2021
  • NAID: 130007509097
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Physically based model of the contribution of red snow algal cells to temporal changes in albedo in northwest Greenland (2021)
  • 著者名/発表者名: Yukihiko Onuma, Nozomu Takeuchi, Sota Tanaka, Naoko Nagatsuka, Masashi Niwano, and Teruo Aoki
  • 雑誌名: The Cryosphere 巻: 14 号: 6 ページ: 2087-2101
  • DOI: 10.5194/tc-14-2087-2020
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 北極圏の氷河および氷床の融解を加速させる バイオアルベド効果とそのモデル化研究 (2021)
  • 著者名/発表者名: 大沼友貴彦、竹内望
  • 雑誌名: 雪氷 巻: 83(1) ページ: 51-66
  • NAID: 130008081865
  • 査読あり
• [雑誌論文] 氷床表面質量収支の実態とそのモデリングの試み： 2020年夏最新版 (2021)
  • 著者名/発表者名: 庭野匡思、青木輝夫、橋本明弘、大島長、梶野瑞王、大沼友貴彦、藤田耕史、山口悟、島田利元、竹内望、 津滝俊、本山秀明、石井正好、杉山慎、平沢尚彦、阿部彩子
  • 雑誌名: 雪氷 巻: 83(1) ページ: 27-50
  • NAID: 130008081872
  • 査読あり
• [雑誌論文] SIGMA及び関連プロジェクトによるグリーンランド氷床上の大気・雪氷・雪氷微生物研究 ─ ArCS IIプロジェクトへのつながり─ (2021)
  • 著者名/発表者名: 青木輝夫、的場澄人、庭野匡思、朽木勝幸、谷川朋範、竹内望、山口悟、本山秀明、藤田耕史、山崎哲秀、飯塚芳徳、堀雅裕、島田利元、植竹淳、永塚尚子、大沼友貴彦、橋本明弘、石元裕史、田中泰宙、大島長、梶野瑞王、足立光司、黒﨑豊、杉山慎、津滝俊、東久美子、八久保晶弘、川上薫、木名瀨健
  • 雑誌名: 雪氷 巻: 83(2) ページ: 169-191
  • NAID: 130008093538
  • 査読あり
• [雑誌論文] Developing a Snow Algae Model to Reconstruct Blooming at the Global Scale Using a Land Surface Model (2020)
  • 著者名/発表者名: Onuma Yukihiko、Yoshimura Kei、Takeuchi Nozomu
  • 雑誌名: The Earth and Space Science Open Archive 巻: 2020-146 ページ: 1-24
  • DOI: 10.1002/essoar.10506587.1
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Variations in mineralogy of dust in an ice core obtained fromnorthwestern Greenland over the past 100 years (2020)
  • 著者名/発表者名: Nagatsuka Naoko、Goto-Azuma Kumiko、Tsushima Akane、Fujita Koji、Matoba Sumito、Onuma Yukihiko、Kadota Moe、Minowa Masahiro、Komuro Yuki、Motoyama Hideaki、Aoki Teruo
  • 雑誌名: Climate of the Past Discussions 巻: 0 ページ: 1-31
  • DOI: 10.5194/cp-2020-146
  • オープンアクセス
• [学会発表] Numerical modeling of biological processes on snow and glacier surfaces in the Arctic region (2023)
  • 著者名/発表者名: Y. Onuma, M. Niwano, R. Shimada, N. Takeuchi
  • 学会等名: Seventh International Symposium on Arctic Research (ISAR-7)
  • 国際学会
• [学会発表] Variations in mineralogy of dust in ice cores obtained from Greenland over the past 100 years (2023)
  • 著者名/発表者名: N. Nagatsuka, K. Goto-Azuma, A. Tsushima, K. Fujita, S. Matoba, Y. Onuma, Y. Komuro, M. Hirabayashi, J. Ogata, Y. Ogawa-Tsukagawa, K. Kitamura, T. Aoki, T. J. Pop, D. Dahl-Jensen
  • 学会等名: Seventh International Symposium on Arctic Research (ISAR-7)
  • 国際学会
• [学会発表] Spatiotemporal changes in communities of snow-ice microbes living on Gulkana Glacier, Alaska (2023)
  • 著者名/発表者名: M. Ono, J. Uetake, A. Tsushima, Y. Onuma, K. Kobayashi, D. Seto, S. Usuba, F. Konishi, N. Takeuchi
  • 学会等名: Seventh International Symposium on Arctic Research (ISAR-7)
  • 国際学会
• [学会発表] アイスコアを用いたグリーンランド氷床北部における過去100 年間の鉱物組成変動の空間分布 (2022)
  • 著者名/発表者名: 永塚 尚子, 東 久美子, 對馬 あかね, 藤田 耕史, 的場 澄人, 大沼 友貴彦, 小室 悠紀, 平林 幹啓, 尾形 純, 塚川 佳美, 北村 享太郎, 青木 輝夫, Popp Trevor James, Dahl-Jensen Dorthe
  • 学会等名: 雪氷研究大会（2022・札幌）
• [学会発表] グリーンランド北西部氷河上で発生するクリオコナイトホール崩壊現象の数値モデル開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 大沼友貴彦, 藤田耕史, 竹内望, 庭野匡思, 青木輝夫
  • 学会等名: 雪氷研究大会（2022・札幌）
• [学会発表] 永塚尚子, 東久美子, 對馬あかね, 藤田耕史, 的場澄人, 大沼友貴彦, 青木輝夫 (2022)
  • 著者名/発表者名: グリーンランドアイスコアから復元する過去100年の 鉱物ダスト起源とその変動要因の解明
  • 学会等名: 2022年度 日本地球化学会 第69回年会
  • 招待講演
• [学会発表] グリーンランド北西部カナック氷河消耗域の雪氷溶存化学成分 (2021)
  • 著者名/発表者名: 竹内望, 渡辺茜, 石渡晃起, 大沼友貴彦
  • 学会等名: 雪氷研究大会（2021・千葉・オンライン）
• [学会発表] 全球雪氷藻類モデルの開発と赤雪現象再現の試み (2021)
  • 著者名/発表者名: 大沼友貴彦, 芳村圭, 竹内望
  • 学会等名: 雪氷研究大会（2021・千葉・オンライン）
• [学会発表] 陸面過程モデルを使用した雪氷藻類繁殖の全球計算 (2021)
  • 著者名/発表者名: 大沼友貴彦, 芳村圭, 竹内望
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2021年大会
• [学会発表] グリーンランドで掘削されたアイスコア中の過去100年間の鉱物組成変動 (2021)
  • 著者名/発表者名: 永塚尚子, 東久美子, 對馬あかね, 藤田耕史, 的場澄人, 大沼友貴彦, Remi Dallmayr, 門田萌, 平林幹啓, 尾形純, 塚川佳美, 北村享太郎, 箕輪昌紘, 小室悠紀, 本山秀明, 青木輝夫, 中澤文男, Trevor James Popp, Dorthe Dahl-Jensen
  • 学会等名: 雪氷研究大会（2021・千葉・オンライン）
• [学会発表] 陸面過程モデルを使用した雪氷藻類繁殖の全球計算 (2021)
  • 著者名/発表者名: 大沼友貴彦、芳村圭、竹内望
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2021年大会
• [学会発表] Estimation of Greenland surface mass balance using positive degree-days method and energy balance model (2020)
  • 著者名/発表者名: Ryouta O’ishi, Fuyuki Saito, Ayako Abe-Ouchi, Takashi Obase, Yukihiko Onuma and Masashi Niwano
  • 学会等名: The 11th Symposium on Polar Science
  • 国際学会
• [図書] Description of MATSIRO6 (Manual book) (2021)
  • 著者名/発表者名: Guo, Q. Kino, K. Li, S. Nitta, T. Takeshima, A. Onuma, Y. Satoh, Y. Suzuki, T. Takata, K. Yoshida, N. Yoshimura, K. MATSIRO6 Document Writing Team
  • 総ページ数: 96
  • 出版者: CCSR Report No. 66, Division of Climate System Research, Atmosphere and Ocean Research Institute, The University of Tokyo
• [備考] researchmap
  • URL: https://researchmap.jp/yonuma/
• [備考] Snow Algae Model v1.0 (v1.0)
  • URL: https://doi.org/10.5281/zenodo.6258671
• [備考] Data set used in glacier algae model
  • URL: https://doi.org/10.5281/zenodo.6955513
• [備考] Codes and data set for Cryoconite hole model
  • URL: https://doi.org/10.5281/zenodo.7539526
• [備考] 東京大学生産技術研究所 芳村研究室 ホームページ
  • URL: https://isotope.iis.u-tokyo.ac.jp/index.php?id=131
• [備考] Dataset used in snow algae model (Version v3.0)
  • URL: https://doi.org/10.5281/zenodo.5794868