南極底層水を起点とする熱塩循環・物質循環のダイナミクス

2021 年度 実績報告書

• 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: 17H06317
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 大島 慶一郎 北海道大学, 低温科学研究所, 教授 (30185251)
• 研究分担者: 中野 善之 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 研究プラットフォーム運用開発部門, 副主任研究員 (20566103) ; 水田 元太 北海道大学, 地球環境科学研究院, 助教 (30301948) ; 北出 裕二郎 東京海洋大学, 学術研究院, 教授 (50281001) ; 川合 美千代 東京海洋大学, 学術研究院, 准教授 (50601382) ; 勝又 勝郎 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 地球環境部門(海洋観測研究センター), グループリーダー (80450774) ; 田村 岳史 国立極地研究所, 先端研究推進系, 准教授 (40451413)
• 研究期間 (年度): 2017-06-30 – 2022-03-31
• キーワード: 南極底層水 / 南大洋 / 気候変動 / 地球変動予測 / 海洋物理 / 海洋化学 / ケープダンレー底層水 / トッテン氷河

研究実績の概要

「海鷹丸」「しらせ」「開洋丸」により、集中的な海洋観測を東南極最大の氷床減少域であるトッテン氷河の沖合で実施し、定在する巨大な海洋渦が沖合の暖水を効率的に氷河方向へ輸送していること等を明らかにした。「しらせ」では陸棚域でも詳細な海洋観測を行い、同時に取得した海底地形や係留系データと数値モデル実験も合わせて、トッテン氷河前面へ至る暖水の輸送過程や特性の一部を明らかにした。沖合いの陸棚斜面から陸棚上に侵入した周極深層水起源の暖水は、お盆のような形状の地形のもとで生ずる時計回りの循環によって沿岸に近づき、陸棚上にある氷河へと延びるいくつかの海底峡谷を通って氷河下面に供給されることがわかった。一方、「開洋丸」の観測からは、南極底層水の10 年規模の変動について、ここ30 年ほどは塩分が低下していたが、2010 年代後半に塩分増加に転じたことが解明され、氷床融解の変動に起因する東方（ロス海）の底層水の塩分増加の影響であるとの仮説が提唱された。また、周極深層水を南極方向に輸送する渦の活発化も観測された。「海鷹丸」の観測からは、豪州南極海盆の下部子午面循環の浅化と南豪州海盆への南極底層水供給量の減少が推定された。「白鳳丸」での係留系や化学トレーサー・栄養塩等の観測から、ケープダンレー底層水（CDBW）の循環時間スケールや底層水形成に伴う物質循環を解明した。特に、陸棚上で生成される高密度水がCDBWとして北西方向へ輸送される際、有機物分解による炭素や栄養塩濃度の増加が見られないことや、CDBWによる人為起源CO2輸送量が南極底層水全体の10%を占めることを突き止めた。以上の研究成果は、Scientific Reports やCommunications Earth & Environment等の雑誌にそれぞれ複数の論文として掲載された。

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。

備考

【受賞】田村岳史：2021年度日本気象学会堀内賞「海氷生産量のグローバルマッピングによる地球気候の研究」，日本気象学会，2021年9月．
【一般向け講演】大島慶一郎：地球温暖化って本当？どんなことが起こるのか？.「備える：ウィズコロナの時代をどう生きるか」北海道大学公開講座，Zoomオンライン開催，2021年6月10日．

研究成果

• [国際共同研究] スクリプス海洋研究所(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: スクリプス海洋研究所
• [国際共同研究] タスマニア大学/オーストラリア南極局(オーストラリア)
  • 国名: オーストラリア
  • 外国機関名: タスマニア大学/オーストラリア南極局
• [国際共同研究] ブリティッシュアンターックティックサーベイ(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: ブリティッシュアンターックティックサーベイ
• [雑誌論文] Helicopter-based ocean observations capture broad ocean heat intrusions towards the Totten Ice Shelf (2023)
  • 著者名/発表者名: Nakayama, Y., J. S. Greenbaum, P. Wongpan, K. Yamazaki, T. Noguchi, D. Simizu, H. Kashiwase, D. D. Blankenship, T. Tamura, S. Aoki
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Age distribution of Antarctic Bottom Water off Cape Darnley, East Antarctica, estimated using chlorofluorocarbon and sulfur hexafluoride (2022)
  • 著者名/発表者名: Ohashi Y., Yamamoto-Kawai M., Kusahara K., Sasaki K., Ohshima K. I.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 12 ページ: －
  • DOI: 10.1038/s41598-022-12109-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Shoaling of abyssal ventilation in the Eastern Indian Sector of the Southern Ocean (2022)
  • 著者名/発表者名: Shimada K., Kitade Y., Aoki S., Mizobata K., Cheng, L., Takahashi T. K., Makabe, R., Kanda J., Odate T.
  • 雑誌名: Communications Earth & Environment 巻: 3 ページ: －
  • DOI: 10.1038/s43247-022-00445-2
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Seasonal Variation and Governing Dynamics of the Mixed Layer in the Indian Sector of the Southern Ocean (2022)
  • 著者名/発表者名: Azevedo M., Aoki S., Kitade Y.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Oceans 巻: 127 ページ: －
  • DOI: 10.1029/2021JC017838
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Dominant frazil ice production in the Cape Darnley polynya leading to Antarctic Bottom Water formation (2022)
  • 著者名/発表者名: Ohshima K I, Fukamachi Y, Ito M, Nakata K, Simizu D, Ono K, Nomura D, Hashida G, Tamura T
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 8 ページ: eadc9174
  • DOI: 10.1126/sciadv.adc9174
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Warm surface waters increase Antarctic ice shelf melt and delay dense water formation (2022)
  • 著者名/発表者名: Aoki, S., T. Takahashi, K. Yamazaki, D. Hirano, K. Ono, K. Kusahara, T. Tamura, G. D. Williams
  • 雑誌名: Communications Earth & Environment 巻: 3 ページ: －
  • DOI: 10.1038/s43247-022-00456-z
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Dense water downslope flow and AABW production in a numerical model: Sensitivity to horizontal and vertical resolution in the region off Cape Darnley polynya (2021)
  • 著者名/発表者名: Mensah V., Nakayama Y., Fujii M., Nogi Y., Ohshima K. I.
  • 雑誌名: Ocean Modelling 巻: 165 ページ: 101843
  • DOI: 10.1016/j.ocemod.2021.101843
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Improved SSM/I Thin Ice Algorithm with Ice Type Discrimination in Coastal Polynyas (2021)
  • 著者名/発表者名: Kashiwase H., Ohshima K. I., Nakata K., Tamura T.
  • 雑誌名: Journal of Atmospheric and Oceanic Technology 巻: 38 ページ: 823～835
  • DOI: 10.1175/JTECH-D-20-0145.1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Seasonal Evolution of Cape Darnley Bottom Water Revealed by Mooring Measurements (2021)
  • 著者名/発表者名: Mizuta G., Fukamachi Y., Simizu D., Matsumura Y., Kitade Y., Hirano D., Fujii M., Nogi Y., Ohshima K. I.
  • 雑誌名: Frontiers in Marine Science 巻: 8 ページ: －
  • DOI: 10.3389/fmars.2021.657119
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Multidecadal poleward shift of the southern boundary of the Antarctic Circumpolar Current off East Antarctica (2021)
  • 著者名/発表者名: Yamazaki K., Aoki S., Katsumata K., Hirano D., Nakayama Y.
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 7 ページ: eabf8755
  • DOI: 10.1126/sciadv.abf8755
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Shoreward intrusion of oceanic surface waters alters physical and biological ocean structures on the Antarctic continental shelf during winter: Observations from instrumented seals (2021)
  • 著者名/発表者名: Kokubun N., Tanabe Y., Hirano D., Mensah V., Tamura T., Aoki S.
  • 雑誌名: Limnology and Oceanography 巻: 66 ページ: 3740～3753
  • DOI: 10.1002/lno.11914
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Poleward eddy-induced warm water transport across a shelf break off Totten Ice Shelf, East Antarctica (2021)
  • 著者名/発表者名: Hirano D., Mizobata K., Sasaki H., Murase H., Tamura T., Aoki S.
  • 雑誌名: Communications Earth & Environment 巻: 2 ページ: －
  • DOI: 10.1038/s43247-021-00217-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Time series of sea-ice production in Antarctic coastal polynyas based on AMSR-E/2 satellite observations over the last 20 years (2023)
  • 著者名/発表者名: Nihashi, S.
  • 学会等名: The 13th Gordon Research Conference on Polar Marine Science
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 氷床海洋相互作用 (2023)
  • 著者名/発表者名: 田村岳史
  • 学会等名: 「国連海洋科学の10年」シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Helicopter-based ocean observations capture broad ocean heat intrusions towards the Totten Ice Shelf (2022)
  • 著者名/発表者名: Nakayama, Y., P. Wongpan, J. S. Greenbaum, K. Yamazaki, T. Noguchi, D. Simizu, H. Kashiwase, D. D. Blankenship, T. Tamura, S. Aoki
  • 学会等名: AGU Fall Meeting 2022
  • 国際学会
• [学会発表] Dominating frazil-ice production in a coastal polynya leads to Antarctic Bottom Water formation (2022)
  • 著者名/発表者名: Ohshima K. I., Fukamachi Y., Ito M., Nakata K., Simizu D., Ono K., Nomura D., Hashida G., Tamura T.
  • 学会等名: AGU Ocean Sciences Meeting 2022
  • 国際学会
• [学会発表] Investigating the upslope flow of modified Circumpolar Deep Water through canyons using high resolution model and bathymetry in the Cape Darnley Bottom Water formation region (2022)
  • 著者名/発表者名: Mensah V., Nakayama Y., Fujii M., Nogi Y., Ohshima K. I.
  • 学会等名: AGU Ocean Sciences Meeting 2022
  • 国際学会
• [学会発表] Circumpolar distribution of bottom water ages in the Southern Ocean, estimated by a new method using chlorofluorocarbon and sulfur hexafluoride (2022)
  • 著者名/発表者名: Ohashi Y., Yamamoto-Kawai M., Kusahara K., Sasaki K., Ohshima K. I.
  • 学会等名: AGU Ocean Sciences Meeting 2022
  • 国際学会
• [学会発表] Regional East Antarctica simulation with optimized ocean, sea ice, and thermodynamic ice shelf model parameters (2022)
  • 著者名/発表者名: Hyogo H., Nakayama Y., Fujii M., Tamura T., Aoki S.
  • 学会等名: AGU Ocean Sciences Meeting 2022
  • 国際学会
• [学会発表] Global mapping of sea-ice production and active-frazil area in coastal polynyas using a unified AMSR algorithm (2022)
  • 著者名/発表者名: Nakata K., Ohshima K. I.
  • 学会等名: AGU Ocean Sciences Meeting 2022
  • 国際学会
• [学会発表] AMSR-EとAMSR-2観測による南極海沿岸ポリニヤにおける海氷生産量の20年間（2002-21）の変動 (2022)
  • 著者名/発表者名: 二橋創平, 田村岳史, 大島慶一郎
  • 学会等名: 2022年度日本海洋学会秋季大会
• [学会発表] クロロフルオロカーボンと溶存酸素からみた東南極における底層水特性の10年規模の変化 (2022)
  • 著者名/発表者名: 大橋良彦, 馬場成美, 川合美千代, 佐々木健一
  • 学会等名: 2022年度日本海洋学会秋季大会
• [学会発表] On-Shelf Circulation of Warm Water Toward the Totten Ice Shelf, East Antarctica (2022)
  • 著者名/発表者名: Hirano D., Tamura T., Kusahara K., Fujii M., Yamazaki K., Nakayama Y., Ono K., Itaki T., Aoyama Y., Simizu D., Mizobata K., Ohshima K. I., Nogi Y., Rintoul S., Wijk E., Greenbaum J., Blankenship D., Aoki S.
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2022年大会
• [学会発表] Upslope flow of mCDW across the continental shelf using a high-resolution model in the Cape Darnley Bottom Water formation region (2022)
  • 著者名/発表者名: Mensah V., Nakayama Y., Fujii M., Ohshima K. I.
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2022年大会
• [学会発表] Regional East Antarctica simulation with optimized ocean, sea ice, and thermodynamic ice shelf model parameters (2022)
  • 著者名/発表者名: Hyogo S., Nakayama Y., Fujii M., Tamura T., Abe-Ouchi A., Aoki S.
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2022年大会
• [学会発表] Warm surface waters increase Antarctic ice shelf melt and delay dense water formation (2022)
  • 著者名/発表者名: Aoki S., Takahashi T., Yamazaki K., Hirano D., Ono K., Kusahara K., Tamura T., Williams G.
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2022年大会
• [学会発表] 南大洋・南極氷床が駆動する全球気候変動 (2022)
  • 著者名/発表者名: 勝又勝郎
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2022年大会
• [学会発表] 南大洋子午面循環における中規模渦による水平拡散 (2022)
  • 著者名/発表者名: 北出裕二郎, 溝端浩平, 嶋田啓資, 青木茂, 内田裕
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2022年大会
• [学会発表] The 19-year(2002-20) time series of annual sea-ice production in all Antarctic coastal polynyas based on AMSR-E/2 satellite observations (2021)
  • 著者名/発表者名: Nihashi S., Tamura T., Ohshima K. I.
  • 学会等名: The 12th Symposium on Polar Science
  • 国際学会
• [学会発表] Investigation on the interactions between the downslope flow of AABW and upslope flow of mCDW using a high-resolution model (2021)
  • 著者名/発表者名: Mensah V., Nakayama Y., Fujii M., Nogi Y., Ohshima K. I.
  • 学会等名: The 12th Symposium on Polar Science
  • 国際学会
• [学会発表] Silica concentrations of seawater and sea- ice in the coastal regions of the Southern Ocean, The 12th Symposium on Polar Science (2021)
  • 著者名/発表者名: Nojiro N., Yamamoto-Kawai M., Makabe R., Takahashi D.
  • 学会等名: The 12th Symposium on Polar Science
  • 国際学会
• [学会発表] Changes in Antarctic Bottom Water formation, deduced from oxygen and CFC-12 in the Indian Ocean sector of the Southern Ocean between 1987 and 2020 (2021)
  • 著者名/発表者名: Baba N, Ohashi Y., Sasaki K., Yamamoto-Kawai M.
  • 学会等名: The 12th Symposium on Polar Science
  • 国際学会
• [学会発表] On-shelf warm water circulation toward Totten Ice Shelf, East Antarctica (2021)
  • 著者名/発表者名: Hirano D., Tamura T., Kusahara K., Fujii M., Yamazaki K., Nakayama Y., Ono K., Itaki T., Aoyama Y., Simizu D., Mizobata K., Ohshima Kay I., Nogi Y., Aoki S.
  • 学会等名: The 12th Symposium on Polar Science
  • 国際学会
• [学会発表] 南極海沿岸ポリニヤ域における海氷生産量の変動 (2021)
  • 著者名/発表者名: 二橋創平, 田村岳史, 大島慶一郎
  • 学会等名: 2021年度日本海洋学会秋季大会
• [学会発表] 統一薄氷厚アルゴリズムによる全球ポリニヤ・海氷生産量マッピング (2021)
  • 著者名/発表者名: 中田和輝, 大島慶一郎
  • 学会等名: 2021年度日本海洋学会秋季大会
• [備考] 【プレスリリース】平野大輔，溝端浩平，佐々木裕子，村瀬弘人，田村岳史，青木茂：2021年10月．
  • URL: https://www.nipr.ac.jp/info/notice/20211026-2.html
• [産業財産権] 水中観測システム及び水中観測システムの音波競合排除方法 (2017)
  • 発明者名: 菅良太郎，中野善之，百留忠洋，渡邊佳孝，吉岡孝史
  • 権利者名: 国立研究開発法人 海洋研究開発機構
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特許第6980255号