衛星重力データ、衛星高度計データを用いた南極氷床の長期質量変動決定

公募研究

研究領域	熱ー水ー物質の巨大リザーバ：全球環境変動を駆動する南大洋・南極氷床
研究課題/領域番号	20H04981
研究種目	新学術領域研究(研究領域提案型)
配分区分	補助金
審査区分	複合領域
研究機関	国立天文台
研究代表者	山本圭香国立天文台, RISE月惑星探査プロジェクト, 特任研究員 (40452263)
研究期間 (年度)	2020-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス	完了 (2021年度)
配分額 *注記	5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円) 2021年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円) 2020年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
キーワード	衛星重力ミッション / 衛星高度計 / 南極氷床変動 / 時間変動重力場
研究開始時の研究の概要	南極氷床の融解メカニズムの解明および気候モデル改良のための拘束条件として、南極の氷床質量変動の長期にわたる実測値は、重要な役割を果たす。本研究の概要は、複数の重力測定衛星（GRACE、GRACE-FO）および衛星高度計（ICESat、ICESat-2、Cryosat-2）のデータを用い、2002年から2021年までの南極氷床質量の時間変化の実測値を求め、その速度成分・加速度成分から、最近20年間の南極氷床融解の状況、グローバルな海面上昇への寄与、および全球規模の気候振動との関係を考察する研究である。
研究実績の概要	南極の広域の氷床バランスの研究への重力測定衛星のデータの使用は、大スケールの氷床の時間変化を質量の変化として捉えることができるという利点があるが、重力測定衛星が観測するのは、鉛直方向の質量変化の総和である。南極においては氷床変動の他にGIAによる質量再分配の影響も顕著であり、氷床の質量変動を得るにはこの影響を差し引かなければならない。我々は、長期の重力測定衛星データおよび衛星高度計のデータを用い、GIAモデルに依存せずに氷床変動とGIAによる質量変動を分離することを試みた。研究には、衛星重力データから得られた質量の時間変化、複数の衛星高度計データの解析結果を利用し、2つのデータの時間、空間解像度をGRACEデータと合わせるフィルタリング処理を適用した。これに加え、南極におけるフィルン密度モデルを用いた。第一近似として、GIAの変動を高度で見た場合は、氷床変動による高度変化と比べ非常に小さく、高度計からは観測誤差よりも小さくて検出できないと仮定し、無視して考え、衛星高度計から得られた南極の高度変化が、氷床表面と下部氷床の2層の高度変化で説明されると近似した。この仮定のもと、質量変化および高度変化のそれぞれについて、観測値とその変化を引き起こす成分を結びつける方程式を立て、この2式から、反復改良を伴う時系列方向の最小二乗法を行い、氷床変動と、GIAの成分を分離した。分離によって得られたGIAの線形質量変動の推定値は、GRACEとは異なる空間パターンのトレンドを示し、部分的には既存のGIAモデルと似たパターンを示した。ただし、推定値が不自然に大きな負の値を取地域が存在し、これは氷床の底面融解など、本研究で仮定した単純な2層の氷床モデルでは十分に説明できない氷床変化が起こっている地域と対応しており、今後、こうした地域に対しては、より厳密なメカニズムを考慮した改善が望まれる。
現在までの達成度 (段落)	令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
今後の研究の推進方策	令和3年度が最終年度であるため、記入しない。