グリーンランド氷床雪氷質量変動に対する北極温暖化増幅の影響解明

• 研究課題/領域番号: 21H03582
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 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: 庭野 匡思 気象庁気象研究所, 気象予報研究部, 主任研究官 (10515026)
• 研究分担者: 林 修吾 気象庁気象研究所, 気象予報研究部, 主任研究官 (20354441) ; 橋本 明弘 気象庁気象研究所, 気象予報研究部, 主任研究官 (20462525) ; 青木 輝夫 国立極地研究所, 国際北極環境研究センター, 特任教授 (30354492) ; 大島 長 気象庁気象研究所, 全球大気海洋研究部, 主任研究官 (50590064) ; 藤田 耕史 名古屋大学, 環境学研究科, 教授 (80303593)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円); 2023年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円); 2022年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円); 2021年度: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円)
• キーワード: グリーンランド氷床 / 北極温暖化増幅 / 表面質量収支 / 極域気候モデル / 気候変動 / 雪氷融解 / 領域気候モデル / NHM-SMAP / 再解析データ / 衛星リモートセンシング / 地球システムモデル / 氷床上降雨 / 氷床表面融解

研究開始時の研究の概要

気候変動予測に関する最新の研究によると、北極では急速な温暖化により雪氷融解が加速する一方で、海氷が減少する海面からの蒸発量増加により、降水量が増えるとされている。2000年代初頭以降、グリーンランド氷床では雪氷融解が確実に進行している一方で、降水量は直接観測が決定的に不足しており、実態は不透明である。本研究課題では、我々が開発した最新の高解像度領域気候モデルNHM-SMAPを複数の大気再解析データで駆動して1980年から現在をカバーする独自の高解像度データセット群を構築する。これらのデータセット群を現地及び衛星観測データで検証した上で解析し、近年の雲・降水系の変化の実態を詳細に明らかにする。

研究実績の概要

研究代表者らが開発している領域気候モデルNHM-SMAPを駆動する再解析データの違いによる計算結果の不確定性を調べるために、ヨーロッパ中期予報センターによる最新の再解析データERA5を初期値境界値としてモデルを実行する環境を整備した。グリーンランド氷床に適用されたNHM-SMAPの性能評価を行うための観測データ収集の一環として、MODIS衛星データから1 km毎の氷床上標高域における積雪粒径の月別平均値を求め、2000-2020年における経年変化を調べたところ、積雪粒径の標高依存性と明瞭な季節変化が確認された。気象庁の再解析データJRA-55によって駆動されたNHM-SMAPによって計算された過去40年間の氷床上降雨を解析したところ、統計的に有意に増加しており、かつ、降雨増加が最も顕著なホットスポットが北西部であることが分かった。NHM-SMAPの大気パートを用いて、2021年5月から6月にかけて南東氷床上で実施された集中観測期間の気象再現実験を行った。その計算結果を用いて同期間中に観測された強風のメカニズムを検討したところ、南東海上を進む低気圧に伴い、南東風が氷床斜面を滑昇することで内部重力波が生じていたことが分かった。NHM-SMAPによる長期計算結果をより長期の気候変動の中に位置づけることを目指して、気象研究所地球システムモデルMRI-ESM2による歴史実験計算を行い、北極域での地上気温の再現性を検証するとともに、北極域で観測された20世紀後半の寒冷化の主要因が同時期の人為起源エアロゾルの増大と内部変動であることを明らかにした。NHM-SMAPの更なる高度化を目指して、氷河氷床の消耗域に形成されるクリオコナイトホールの深さ変化を表現する数値計算モデルの開発を進め、2014年に北西部カナック氷帽消耗域にて観測されたクリオコナイトホールの深さ変化を表現することに成功した。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

気象庁の再解析データJRA-55を用いて実行した1979年から現在にかけてのグリーンランド域領域気候モデル計算が完了し、その計算結果を氷床上降雨量の観点で評価した論文がアメリカ地球惑星科学連合のGeophysical Research Letters誌において出版された。多様な全球解析値を初期値境界値とする領域気候モデル実行環境の整備が、おおむね順調に進展している。衛星リモートセンシングによる積雪粒径、裸氷域面積、および暗色裸氷域面積の高度別・月別変化の解析が終了した。地上気象場や雲分布の再現性の検証が、おおむね順調に進展している。気象研究所地球システムモデル（MRI-ESM2）の観測による検証を実施し、モデルの再現性が従来よりも向上していることが示された。また、MRI-ESM2による様々な計算データは、国際的に実施されている多くの研究で活用されている。氷床表面融解・質量損失の実態をグリーンランド氷床全域のみならず氷床上の氷河流域毎において従来よりも正確に行うことを目指して実施している領域気候モデルの高度化（クリオコナイトホールモデルの開発）が順調に進んでいる。NHM-SMAPを用いた雲放射影響評価のためのJRA-55駆動によるモデル感度実験を、氷床表面融解が顕著であった年をターゲットにして実施した。海氷減少が現在のグリーンランド氷床の降水変化に与えている影響に関する文献調査は適宜行った。デンマーク・グリーンランド地質調査所GEUSがまとめたグリーンランド氷床からの氷体流出情報を収集した。

今後の研究の推進方策

ERA5によって領域気候モデルNHM-SMAPを駆動し、それによって計算された氷床表面質量収支の評価を行う。NHM-SMAPによって計算された氷床上雲分布・雲特性の再現性の検証をさらに進める。領域気候モデルの初期値・境界値として、今年度環境整備を行ったERA5に加えて、アメリカ国立環境予測センターによるNCEP-RA2を用いた実行環境の整備を進める。MODIS衛星データから抽出された積雪粒径、裸氷域面積、および暗色裸氷域面積については、現在までの解析結果を論文にまとめて投稿する。また、他の予算も利用し、グリーンランド氷床上において積雪物理量の検証観測を実施し、領域気候モデルの検証データを蓄積していく。グリーンランド南東氷床上で観測された強風事例のモデル再現実験の結果をとりまとめ、投稿する。今年度開発したクリオコナイトホールモデルをNHM-SMAPに実装する。グリーンランド域における地球システムモデル計算結果と領域気候モデル計算結果を比較して両者の特性を把握することを通し、グリーンランド氷床雪氷質量変動に対する北極温暖化増幅の影響を検討するための準備を本格的に開始する。

研究成果

• [国際共同研究] デンマーク・グリーンランド地質調査所(デンマーク)
• [国際共同研究] 英国気象庁ハドレーセンター(英国)
• [国際共同研究] 環境・気候変動省(カナダ)
• [雑誌論文] The Determination of the Snow Optical Grain Diameter and Snowmelt Area on the Greenland Ice Sheet Using Spaceborne Optical Observations (2022)
  • 著者名/発表者名: Vandecrux Baptiste、Box Jason E.、Wehrle Adrien、Kokhanovsky Alexander A.、Picard Ghislain、Niwano Masashi、Horhold Maria、Faber Anne-Katrine、Steen-Larsen Hans Christian
  • 雑誌名: Remote Sensing 巻: 14 号: 4 ページ: 932-932
  • DOI: 10.3390/rs14040932
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The determination of snow albedo and other snow parameters using SGLI/GCOM-C spaceborne top-of-atmosphere spectral reflectance measurements over Antarctica (2022)
  • 著者名/発表者名: Kokhanovsky, A., R. Shimada, T. Aoki, and M. Hori
  • 雑誌名: J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. 巻: 00 ページ: 00-00
  • DOI: 10.1016/j.jqsrt.2022.108226
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Contributions of anthropogenic aerosol forcing and multidecadal internal variability to mid-20th century Arctic cooling CMIP6/DAMIP multimodel analysis (2022)
  • 著者名/発表者名: Aizawa, T., Oshima, N., and Yukimoto, S.
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 49 号: 4
  • DOI: 10.1029/2021gl097093
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Rainfall on the Greenland Ice Sheet: Present‐Day Climatology From a High‐Resolution Non‐Hydrostatic Polar Regional Climate Model (2021)
  • 著者名/発表者名: Niwano M.、Box J. E.、Wehrle A.、Vandecrux B.、Colgan W. T.、Cappelen J.
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 48 号: 15
  • DOI: 10.1029/2021gl092942
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [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] Quantifying relative contributions of lightabsorbing particles from domestic and foreign sources on snow melt at Sapporo, Japan during the 2011窶?2012 winter (2021)
  • 著者名/発表者名: Niwano, M., M. Kajino, T. Kajikawa, T. Aoki, Y. Kodama, T. Tanikawa, and S. Matoba
  • 雑誌名: Geophys. Res. Lett. 巻: 48 号: 16
  • DOI: 10.1029/2021gl093940
  • 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
• [雑誌論文] Physically based summer temperature reconstruction from melt layers in ice cores (2021)
  • 著者名/発表者名: Fujita, K., S. Matoba, Y. Iizuka, N. Takeuchi, A. Tsushima, Y. Kurosaki, and T. Aoki
  • 雑誌名: Earth Space Sci. 巻: 8 号: 7
  • DOI: 10.1029/2020ea001590
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Ice Core Drilling and the Related Observations at SE-Dome site, southeastern Greenland Ice Sheet（グリーンランド南東ドームにおけるアイスコア掘削と気象・雪氷観測） (2021)
  • 著者名/発表者名: Iizuka, Y., S. Matoba, M. Minowa, T. Yamasaki, K. Kawakami, A. Kaukugo, M. Miyahara, A. Hashimoto, M. Niwano, T. Tanikawa, K. Fujita, and T. Aoki
  • 雑誌名: 氷河情報センター 巻: 39 号: 0 ページ: 1-12
  • DOI: 10.5331/bgr.21R01
  • NAID: 130008103674
  • ISSN: 1345-3807, 1884-8044
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Arctic Warming and Associated Sea Ice Reduction in the Early 20th Century Induced by Natural Forcings in MRI‐ESM2.0 Climate Simulations and Multimodel Analyses (2021)
  • 著者名/発表者名: Aizawa Takuro、Ishii Masayoshi、Oshima Naga、Yukimoto Seiji、Hasumi Hiroyasu
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 48 号: 8
  • DOI: 10.1029/2020gl092336
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The Climate Response to Emissions Reductions Due to COVID‐19: Initial Results From CovidMIP (2021)
  • 著者名/発表者名: Jones Chris D.、Hickman Jonathan E.、Rumbold Steven T.、Walton Jeremy、Lamboll Robin D.、Skeie Ragnhild B.、Fiedler Stephanie、Forster Piers M.、Rogelj Joeri、Abe Manabu、Botzet Michael、Calvin Katherine、Cassou Christophe、Cole Jason N.S.、Davini Paolo、Deushi Makoto、（略）、Oshima Naga、et al.
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 48 号: 8
  • DOI: 10.1029/2020gl091883
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Comparison of three aerosol representations of NHM-Chem (v1.0) for the simulations of air quality and climate-relevant variables. (2021)
  • 著者名/発表者名: Kajino, M., Deushi, M., Sekitama, T., T., Oshima, N., Yumimoto, K., Tanaka, T., Y., Ching, J., Hashimoto, A., Yamamoto, T., Ikegami, M., Kamada, A., Miyashita, M., Inomata, Y., Shima, S., Khatri, P., Shimizu, A., Irie, H., Adachi, K., Zaizen, Y., Igarashi, Y., Ueda, H., Maki, T., Mikami, M,
  • 雑誌名: Geoscientific Model Development 巻: 14 号: 4 ページ: 2235-2264
  • DOI: 10.5194/gmd-14-2235-2021
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Increasing dust emission from ice free terrain in southeastern Greenland since 2000 (2021)
  • 著者名/発表者名: Amino Tomomi、Iizuka Yoshinori、Matoba Sumito、Shimada Rigen、Oshima Naga、Suzuki Toshitaka、Ando Takuto、Aoki Teruo、Fujita Koji
  • 雑誌名: Polar Science 巻: 27 ページ: 100599-100599
  • DOI: 10.1016/j.polar.2020.100599
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Projected land ice contributions to twenty-first-century sea level rise (2021)
  • 著者名/発表者名: Edwards Tamsin L.、Nowicki Sophie、... and Abe-Ouchi with others
  • 雑誌名: Nature 巻: 593 号: 7857 ページ: 74-82
  • DOI: 10.1038/s41586-021-03302-y
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Anthropogenic impacts on tropospheric reactive chlorine since the preindustrial. (2021)
  • 著者名/発表者名: Zhai ST, Wang X, McConnell JR, Geng L, Cole-Dai J, Sigl M, Chellman N, Sherwen T, Pound R, Fujita K, Hattori S, Moch JM, Zhu L, Evans M, Legrand M, Liu PF, Pasteris D, Chan YC, Murray LT, Alexander B
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 48 号: 14
  • DOI: 10.1029/2021gl093808
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Rainfall on the Greenland ice sheet: Present-day states estimated from a high-resolution non-hydrostatic polar regional climate model (2022)
  • 著者名/発表者名: Niwano, M.
  • 学会等名: IASC NAG online meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Challenges to model complex snow-atmosphere interaction processes in the Greenland ice sheet (2021)
  • 著者名/発表者名: Niwano, M.
  • 学会等名: IMAU (Utrecht University) online seminar
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Effects of snow and ice physical/chemical properties on the changing cryosphere (2021)
  • 著者名/発表者名: Aoki, T.
  • 学会等名: Finland-Japan online joint seminar on Arctic Science
  • 国際学会
• [学会発表] Is surface darkening occurring over the Greenland Ice Sheet? (2021)
  • 著者名/発表者名: Aoki, T., R. Shimada, M. Hori, T. Tanikawa and M. Niwano
  • 学会等名: The 12th Symposium on Polar Science
  • 国際学会
• [学会発表] Numerical Weather Simulations for the Ice Core Drilling Expedition 2021 at SE-Dome, Southeastern Greenland Ice Sheet (2021)
  • 著者名/発表者名: Hashimoto, A., T. Aoki, T. Yamasaki, S. Matoba, M. Niwano, T. Tanikawa, K. Fujita, and Y. Iizuka
  • 学会等名: The 12th Symposium on Polar Science
  • 国際学会
• [学会発表] Global and Arctic effective radiative forcing of anthropogenic gases and aerosols in MRI-ESM2.0 (2021)
  • 著者名/発表者名: Oshima, N., Yukimoto, S., Deushi, M., Koshiro, T., Kawai, H., Tanaka, T. Y., and Yoshida, K
  • 学会等名: Tri-MIPathlon-3
  • 国際学会
• [学会発表] アイスコア観測と全球モデル計算との比較 (2021)
  • 著者名/発表者名: 大島長
  • 学会等名: グリーンランド南東ドームアイスコアに関する研究集会
• [学会発表] Impacts of anthropogenic emissions on tropospheric reactive bromine since the preindustrial. (2021)
  • 著者名/発表者名: Zhai S, Wang X, McConnell JR, Swanson W, Sherwen T, Pound R, Chellman N, Zhu L, Evans MJ, Opel T, Sigl M, Meyer H, Hattori S, Fujita K, Chan YC,
  • 学会等名: American Geophysical Union Fall Meeting 2021
  • 国際学会
• [学会発表] Variations in mineralogy of dust in ice cores obtained from Greenland over the past 100 years. (2021)
  • 著者名/発表者名: Nagatsuka N, Goto-Azuma K, Tsushima A, Fujita K, Matoba S, Onuma Y, Dallmayr R, Kadota M, Hirabayashi M, Ogata J, Ogawa-Tsukagawa T,
  • 学会等名: The 12th Symposium on Polar Science
  • 国際学会