時系列観測による北極海の海洋温暖化の実態解明

• 研究課題/領域番号: 22K03728
• 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17020:大気水圏科学関連
• 研究機関: 国立研究開発法人海洋研究開発機構
• 研究代表者: 伊東 素代 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 地球環境部門(北極環境変動総合研究センター), 副主任研究員 (60373453)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2024年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2023年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2022年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: 北極海 / 海洋物理 / 海洋温暖化 / 環境変動

研究開始時の研究の概要

近年北極海で起こっている海洋温暖化と海氷減少は、太平洋側北極海で最も顕著で、その原因である高温な夏季太平洋水の熱輸送量の実態を解明することが急務である。しかし、従来の観測手法では、海洋表層を中心に分布する夏季太平洋水の時系列変動を捉える係留系観測は実施することができず、その熱輸送量は明らかになっていなかった。そこで、本研究では、夏季太平洋水の主要流路上にあるバロー海底谷において、近年開発された新たな手法を導入することで、海洋表層の時系列観測に挑戦し、夏季太平洋水の熱輸送量の定量化を実現する。バロー海底谷は、国際北極科学委員会のプロジェクトの重点海域でもあるため、国際協力にも貢献できる。

研究実績の概要

現場観測としては、2022年9月に設置した表層観測システムを取り付けた係留系3系の観測を2024年9月まで継続実施している。また、バロー海底谷での詳細な熱量把握行うため、2023年9月に「みらい」にて係留系地点を含む観測ラインで海底谷横断の詳細観測を実施した。更に、海盆域での熱量把握のため、海洋地球研究船「みらい」とカナダ沿岸警備隊砕氷船「ルイ・サンローラン」で連携して、広域の海洋観測を実施した。

これまで取得した係留系観測データの解析については、過去20年間のバロー海底谷の流量、熱輸送量の季節、経年変動とその原因の解析結果について国際学会で口頭発表を行った。また、2021年から実施中の表層観測システムの観測データを用いた高精度な流量、熱輸送量の見積もりと誤差評価の解析結果については、国内学会でポスター発表を行った。長期変動の解析結果は論文にまとめ、査読付き英文雑誌に投稿予定である。

この研究課題では、北極海の海氷減少の一因で、北極海の海盆域に膨大な熱を運ぶ夏季太平洋水の主要流路上にあるバロー海底谷において、近年、開発された新たな手法を導入することで、海洋表層の時系列観測に挑戦し、夏季太平洋水の熱輸送量の定量化を実現することを目的としている。2021年から開始した海洋表層の時系列データを用いることで、2021年9月から2022年9月の1年間の夏季太平洋水の熱輸送量の高精度な見積もりに成功し、従来の観測方法では熱輸送量が5-40％過小評価されることを示唆する結果が得られた。2024年9月まで時系列観測を継続しており、得られたデータから更に信頼度の高い熱輸送量の見積もりと誤差評価を進める。

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

現場観測については、表層観測システムを取り付けた北極海バロー海底谷の係留系3系による時系列観測を2022年9月から継続実施している。また、海洋地球研究船「みらい」を用いた係留系観測点に沿った高解像の海洋観測、「みらい」およびカナダ沿岸警備隊砕氷船「ルイ・サンローラン」を用いた海盆域における広域の熱量把握のための海洋観測を実施した。どちらも当初計画通りの実施状況である。

データ解析については、これまで取得した過去20年間の長期の係留系観測データの解析、本科研費で実施している表層観測システムのデータの解析を進め、国際学会で2回の口頭発表、国内学会で1回のポスター発表を行った。長期変動の解析結果は論文にまとめ、査読付き英文雑誌に投稿予定である。2023年度中の論文投稿までには至らなかったが、ほぼ計画通りの実施状況である。

今後の研究の推進方策

現場観測については、2024年9月に海洋地球研究船「みらい」に、首席研究者として乗船し、係留系の回収、再設置を行なう予定である。また、熱量把握のための海洋観測は、「みらい」に加えて、2024年8月のカナダ沿岸警備隊砕氷船「ルイ・サンローラン」と2024年7月のアメリカ砕氷船「ヒーリー」でも実施することを調整済で、本科研費で購入した投下型水温塩分計をカナダ、アメリカに発送し、現地に到着済である。
データ解析のうち、「3.バロー海底谷の熱輸送量変動の原因解明」については、英文論文を投稿予定である。「2.バロー海底谷の熱輸送量の定量化」については、2024年度秋に回収予定のデータも含めた3年分の海洋表層の時系列観測のデータの解析を行ない、熱輸送量の見積もりの高精度化、誤差評価を進め、国際学会等で発表を行なう予定である。

研究成果

• [国際共同研究] カナダ海洋科学研究所(カナダ)
• [国際共同研究] ウッズホール海洋研究所(米国)
• [国際共同研究] カナダ海洋科学研究所(カナダ)
• [国際共同研究] ウッズホール海洋研究所(米国)
• [雑誌論文] Recent state transition of the Arctic Ocean’s Beaufort Gyre (2023)
  • 著者名/発表者名: Lin Peigen、Pickart Robert S.、Heorton Harry、Tsamados Michel、Itoh Motoyo、Kikuchi Takashi
  • 雑誌名: Nature Geoscience 巻: 16 号: 6 ページ: 485-491
  • DOI: 10.1038/s41561-023-01184-5
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Formation and circulation of newly ventilated winter water in the western Beaufort Sea (2023)
  • 著者名/発表者名: Lin Peigen、Pickart Robert S.、Weingartner Thomas J.、Simmons Harper L.、Itoh Motoyo、Kikuchi Takashi
  • 雑誌名: Progress in Oceanography 巻: 216 ページ: 103068-103068
  • DOI: 10.1016/j.pocean.2023.103068
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Floating microplastic inventories in the southern Beaufort Sea, Arctic Ocean (2023)
  • 著者名/発表者名: Ikenoue Takahito、Nakajima Ryota、Mishra Pravakar、Ramasamy Eswara Venkatesaperumal、Fujiwara Amane、Nishino Shigeto、Murata Akihiko、Watanabe Eiji、Itoh Motoyo
  • 雑誌名: Frontiers in Marine Science 巻: 10 ページ: 1288301-1288301
  • DOI: 10.3389/fmars.2023.1288301
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] An affordable and customizable wave buoy for the study of wave-ice interactions: design concept and results from field deployments (2023)
  • 著者名/発表者名: Kodaira Tsubasa、Katsuno Tomotaka、Nose Takehiko、Itoh Motoyo、Rabault Jean、Hoppmann Mario、Kimizuka Masafumi、Waseda Takuji
  • 雑誌名: Coastal Engineering Journal 巻: 66 号: 1 ページ: 1-15
  • DOI: 10.1080/21664250.2023.2249243
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Atlantic-origin water extension into the Pacific Arctic induced an anomalous biogeochemical event (2023)
  • 著者名/発表者名: Nishino Shigeto、Jung Jinyoung、Cho Kyoung-Ho、Williams William J.、Fujiwara Amane、Murata Akihiko、Itoh Motoyo、Watanabe Eiji、Aoyama Michio、Yamamoto-Kawai Michiyo、Kikuchi Takashi、Yang Eun Jin、Kang Sung-Ho
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 14 号: 1
  • DOI: 10.1038/s41467-023-41960-w
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The Pacific water flow branches in the eastern Chukchi Sea (2023)
  • 著者名/発表者名: Pickart R.、Lin P.、Bahr F.、McRaven L.、Huang J.、Pacini A.、Arrigo K.、Ashjian C.、Berchok C.、Baumgartner M.、Cho K.-H.、Cooper L.、Danielson S.、Dasher D.、Fuiwara A.、Gann J.、Grebmeier J.、He J.、Hirawake T.、Itoh Motoyo (他14名)
  • 雑誌名: Progress in Oceanography 巻: 219 ページ: 103169-103169
  • DOI: 10.1016/j.pocean.2023.103169
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Horizontal distribution of surface microplastic concentrations and water-column microplastic inventories in the Chukchi Sea, western Arctic Ocean (2023)
  • 著者名/発表者名: Ikenoue Takahito, Nakajima Ryota, Fujiwara Amane, Onodera Jonaotaro, Itoh Motoyo, Toyoshima Junko, Watanabe Eiji, Murata Akihiko, Nishino Shigeto, Kikuchi Takashi
  • 雑誌名: Science of The Total Environment 巻: 855 ページ: 159564-159564
  • DOI: 10.1016/j.scitotenv.2022.159564
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Transport Processes of Seafloor Sediment From the Chukchi Shelf to the Western Arctic Basin (2022)
  • 著者名/発表者名: Watanabe Eiji, Onodera Jonaotaro, Itoh Motoyo, Mizobata Kohei
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Oceans 巻: 127 号: 4
  • DOI: 10.1029/2021jc017958
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Monitoring Alaskan Arctic Shelf Ecosystems Through Collaborative Observation Networks (2022)
  • 著者名/発表者名: S. Danielson, J. Grebmeier, K. Iken, C. Berchok, L. Britt, K. Dunton, L. Eisner, E. Farley, A. Fujiwara, D. Hauser, M. Itoh, T. Kikuchi, S. Kotwicki, K. Kuletz, C. Mordy, S. Nishino, C. Peralta-Ferriz, R. Pickart, P. Stabeno, K. Stafford, A. Whiting, R. Woodgate
  • 雑誌名: Oceanography 巻: 35 ページ: 198-209
  • DOI: 10.5670/oceanog.2022.119
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Increased heat transport through Barrow Canyon and its impact on subsurface warming in the western Arctic Ocean (2023)
  • 著者名/発表者名: Motoyo Itoh, Shigeto Nishino and Takashi Kikuchi
  • 学会等名: Pacific Arctic Group (PAG) 2023 Fall Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Increased heat transport through Barrow Canyon and its impact on subsurface warming in the western Arctic Ocean (2023)
  • 著者名/発表者名: Motoyo Itoh, Shigeto Nishino and Takashi Kikuchi
  • 学会等名: 2024 Ocean Sciences Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] 北極海バロー海底谷における表層混合層の時系列観測 (2023)
  • 著者名/発表者名: 伊東素代
  • 学会等名: 日本海洋学会2023年度秋季大会
• [学会発表] Overview of the R/V Mirai Arctic Ocean cruise in 2022 (2023)
  • 著者名/発表者名: Motoyo Itoh, Jonaotaro Onodeara, Mariko Hatta, Shigeto Nishino, Amane Fujiwara, Eiji Watanabe, Akihiko Murata, Takashi Kikuchi
  • 学会等名: Seventh International Symposium on the Arctic Research (ISAR-7)
  • 国際学会
• [学会発表] Enhanced Pacific Summer Water heat transport through the Barrow Canyon into the Canada Basin in late 2010s (2022)
  • 著者名/発表者名: Motoyo Itoh
  • 学会等名: 20th ASOF-ISSG Meeting and Workshop
  • 国際学会
• [学会発表] Overview of the R/V Mirai Arctic Ocean cruise in 2022 (2022)
  • 著者名/発表者名: Motoyo Itoh, Jonaotaro Onodeara, Mariko Hatta, Shigeto Nishino, Amane Fujiwara, Eiji Watanabe, Akihiko Murata, Takashi Kikuchi
  • 学会等名: The 13th Symposium on Polar Science
• [学会発表] Japan Country reports (2022)
  • 著者名/発表者名: Motoyo Itoh
  • 学会等名: Pacific Arctic Group (PAG) 2022 Fall Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Japanese activities for DBO: Physical oceanography and moorings (2022)
  • 著者名/発表者名: Motoyo Itoh, Jonaotaro Onodera, Eiji Watanabe
  • 学会等名: 6th DBO Data Workshop
  • 国際学会
• [学会発表] Japanese Research Activities 2022-2023 (2022)
  • 著者名/発表者名: Motoyo Itoh
  • 学会等名: Alaska Eskimo Whaling Commission Third Triannual Meeting of Commissioners
• [図書] 北極域の研究―その現状と将来構想―/太平洋水の熱・流量フラックスの変化 (2024)
  • 著者名/発表者名: 伊東素代
  • 総ページ数: 480
  • 出版者: 海文堂出版