未探査領域への挑戦

2019 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: 17H06322
• 研究機関: 国立極地研究所
• 研究代表者: 野木 義史 国立極地研究所, 研究教育系, 教授 (90280536)
• 研究分担者: 吉田 弘 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, 次長 (00359134) ; 沖野 郷子 東京大学, 大気海洋研究所, 教授 (30313191) ; 巻 俊宏 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (50505451) ; 青山 雄一 国立極地研究所, 研究教育系, 助教 (70270452) ; 青木 茂 北海道大学, 低温科学研究所, 准教授 (80281583) ; 末吉 哲雄 国立極地研究所, 国際北極環境研究センター, 特任准教授 (80431344)
• 研究期間 (年度): 2017-06-30 – 2022-03-31
• キーワード: 地球観測 / 海洋工学 / 海洋探査 / 環境変動 / 地球変動予測

研究実績の概要

本研究課題は、ロボット技術等の無人観測技術を、未探査領域である南極沿岸の海氷域と沿岸域に適用することで、新たなデータ取得を目指すものである。
2019年度に、全体の会合を3回(2019年4/25, 10/10および2020年3/30(TV会議))開催し、現況や今後の方針等について議論した。また、AUV(Autonomous Underwater Vehicle)の専門的な検討を行うサブワーキンググループの会合も適宜実施し、AUV試験および試験結果に基づく改良点等の検討を行った。以下、2019年度に実施した概要を示す。
前年度にAUVのほぼ全体的な組み上げを終了したAUVの試験を中心に実施し、調整や修正等を進めた。水槽実験や実際の海での試験に加え、特に冬期の北海道紋別港において、氷下海洋域での試験を行い、修正および調整を実施し、今後の改良点を整理した。さらにAUV回収のために、小型の遠隔操縦ロボット（ROV）の基本的な組立を実施、回収機構の設計を行った。南極沿岸浅海域海底地形調査用の小型ROVも基本的な組立を行い、水槽等で試験を行うい、さらに北海道サロマ湖において氷下での試験観測を実施し、概ね良好な結果を得た。また、AUV探査を行う予定である南極周辺の既存海底地形データの収集と整理を継続するとともに、AUV搭載マルチビーム測深機データの解析手法の検討を行った。
南極ケープダンレー沖に設置した時系列データを衛星回線で送信する係留式ブイシステムについては回収を行った。一部システムに不具合等があり、原因解明を進めている。
大陸域での観測では、固定翼・回転翼UAVを用い、昭和基地上空での空撮データを実施し、これまでのデータとともに昭和基地の表面地形図を作成および精度評価を継続した。さらに、固体班と連携し、積雪による地殻変動や重力変化の評価も継続した。また、氷河・棚氷の融解量把握のため白瀬氷河上において、氷河氷厚レーダーApRES(Autonomous phase-sensitive Radio-Echo Sounder) の観測も継続した。

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

海洋域の観測では、AUVのほぼ全体的な組み上げを終了し、水槽や海洋域での試験を実施できた。特に、北海道紋別港において、氷下海洋域での試験も実施できており、今後の調整を含む改良点等の整理ができた。また、AUV回収を行うためのROVも基本的な組立を終了し、回収機構の設計も進んでいる。AUV展開の難しい沿岸域の海氷・棚氷下の地形計測用に、氷上に開けた穴から展開可能な小型ROVの開発も、試験観測等を行い順調に進んでいる。昭和基地周辺等の南極周辺の既存海底地形データの収集と整理も継続し順調に進行している。さらに、南極ケープダンレー沖に設置した係留式ブイシステムの観測について、一部システムの不具合があったものの、無事回収できた。
大陸域の観測では、固定翼・回転翼UAVによるデータの取得とともに、地形図の精度評価も進んでいる。さらに、時系列測定型氷厚レーダー（ApRES)による観測も継続し、データが取得できている。
以上のように、海洋域および大陸域での観測において、予定通りの内容をほぼ着実に実施できた事から、区分(2)とする。

今後の研究の推進方策

AUVの開発に関しては、実施の南極海氷域での動作試験を計画しており、南極への展開能力を検証し、海氷および棚氷下の観測を実施する。また、AUV回収システムの開発は継続し試作・試験を行い、実際の運用に適用する。氷上に開けた穴から展開可能な小型ROVの実際の観測を実施し、海底地形観測の展開範囲の拡張を行う。加えて、南極周辺の海底地形データのコンパイルを完成し、さらにAUV搭載マルチビーム測深機データの解析手法を確立し、実海域動作試験で得られた測深データの解析を行う。
プロファイリングブイ・システム関しては、システム不具合の原因を解明し修復するとともに、引き続きプロファイリングデータの有用性等の検証を行い、アルゴフロート等の結果との比較研究を行うとともに、底層水班との連携し今後の開発方針を検討する。
UAV観測に関しては、精度評価等の結果をもとに、測量方法の改良を行い、南極でデータを蓄積し、さらにレーザー測量計を搭載した回転翼UAVの構築および観測を実施しさらなる高精度観測化を図る。氷河氷厚レーダーの観測に関しては、ApRESのデータをから、白瀬氷河の底面融解量の時系列データセットを作成し情報共有を行い、領域内融合研究の促進を図る。

研究成果

• [雑誌論文] Tracking Omnidirectional Surfaces Using a Low-Cost Autonomous Underwater Vehicle (2021)
  • 著者名/発表者名: Noguchi Yukiyasu、Maki Toshihiro
  • 雑誌名: IEEE Journal of Oceanic Engineering 巻: 46 ページ: 11～23
  • DOI: 10.1109/JOE.2020.2972046
  • 査読あり
• [雑誌論文] Saroma-ko Lagoon Observations for sea ice Physico-chemistry and Ecosystems 2019 (SLOPE2019) (2020)
  • 著者名/発表者名: Nomura D., P. Wongpan T. Toyota, Tanikawa T., Kawaguchi Y., Ono T., Ishino T., Tozawa M., Tamura T.P., Yabe I.S., Son E.Y., Vivier F., Lourenco A., Lebrun M., Nosaka Y., Hirawake T., Ooki A., Aoki S., Else B., Fripiat F., Inoue J., Vancoppenolle M.
  • 雑誌名: Bulletin of Glaciological Research 巻: 38 ページ: 1～12
  • DOI: doi:10.5331/bgr.19R02
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] HATTORI ～低コストだが使えるAUVを目指して～ (2020)
  • 著者名/発表者名: 巻俊宏
  • 雑誌名: Techno-Ocean News 巻: 73 ページ: 1～2
• [雑誌論文] Dynamic Fine‐Scale Sea Icescape Shapes Adult Emperor Penguin Foraging Habitat in East Antarctica (2019)
  • 著者名/発表者名: Labrousse Sara、Fraser Alexander D.、Sumner Michael、Tamura Takeshi、Pinaud David、Wienecke Barbara、Kirkwood Roger、Ropert‐Coudert Yan、Reisinger Ryan、Jonsen Ian、Porter‐Smith Rick、Barbraud Christophe、Bost Charles‐Andre、Ji Rubao、Jenouvrier Stephanie
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 46 ページ: 11206～11218
  • DOI: doi:10.1029/2019GL084347
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Landfast ice controls on sea-ice production in the Cape Darnley Polynya: A case study (2019)
  • 著者名/発表者名: Fraser Alexander D.、Ohshima Kay I.、Nihashi Sohey、Massom Robert A.、Tamura Takeshi、Nakata Kazuki、Williams Guy D.、Carpentier Scott、Willmes Sascha
  • 雑誌名: Remote Sensing of Environment 巻: 233 ページ: 111315～111315
  • DOI: doi:10.1016/j.rse.2019.111315
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Evaluation of AMSR-E Thin Ice Thickness Algorithm from a Mooring-Based Observation: How Can the Satellite Observe a Sea Ice Field with Nonuniform Thickness Distribution? (2019)
  • 著者名/発表者名: Kashiwase Haruhiko、Ohshima Kay I.、Fukamachi Yasushi、Nihashi Sohey、Tamura Takeshi
  • 雑誌名: Journal of Atmospheric and Oceanic Technology 巻: 36 ページ: 1623～1641
  • DOI: doi:10.1175/JTECH-D-18-0218.1
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reduced Sea Ice Production Due to Upwelled Oceanic Heat Flux in Prydz Bay, East Antarctica (2019)
  • 著者名/発表者名: Guo Guijun、Shi Jiuxin、Gao Libao、Tamura Takeshi、Williams Guy D.
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 46 ページ: 4782～4789
  • DOI: doi:10.1029/2018GL081463
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] AUV：自律型海中ロボット (2019)
  • 著者名/発表者名: 吉田弘, 巻俊宏
  • 雑誌名: 日本船舶海洋工学会誌 巻: 85 ページ: 19～24
• [雑誌論文] STEM教育における水中ロボットの活用と効果 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山縣広和
  • 雑誌名: マリンエンジニアリング 巻: 54(6) ページ: 848～853
• [雑誌論文] 極域海洋モニタリングブイの開発―オホーツク海における試験観測 (2019)
  • 著者名/発表者名: 青木 茂、市川 雅明、小野 数也、深町 康、大島 慶一郎、中川 敏彦、小林 研吾、小竹 正人、小澤 知史
  • 雑誌名: 海洋理工学会誌 巻: 25 ページ: 29～34
  • DOI: 10.14928/amstec.25.1_29
• [学会発表] Temporal variability of Antarctic Bottom Water formation and its drivers (2020)
  • 著者名/発表者名: Silvano, A., Foppert A., Rintoul S. R., Holland P., Castagno P., Garabato A. N., Haumann A., Kimura N., Tamura T., Macdonald A. M.
  • 学会等名: AGU Ocean Sciences Meeting 2020
  • 国際学会
• [学会発表] Dynamic fine-scale sea-icescape shapes adult emperor penguin foraging habitat in East Antarctica (2020)
  • 著者名/発表者名: Labrousse, S., Fraser A. D., Sumner M., Tamura T., Pinaud D., Wienecke B., Kirkwood R., Ropert-Coudert Y., Reisinger R., Jonsen I., Porter-Smith R., Barbraud C., Bost C., Ji R., Jenouvrier S
  • 学会等名: AGU Ocean Sciences Meeting 2020
  • 国際学会
• [学会発表] 地球物理データで見る南大洋の海洋底 (2020)
  • 著者名/発表者名: 藤井昌和
  • 学会等名: 手研究者・学生を対象とした南大洋・南極研究集会
• [学会発表] 海底で採取した火成岩の磁気的研究：地殻とマントルの磁化構造をデータで描く (2020)
  • 著者名/発表者名: 藤井昌和
  • 学会等名: 令和元年度 高知大学海洋コア総合研究センター 共同利用・共同研究成果発表会
• [学会発表] Crustal accretion in a backarc spreading ridge: the oceanic core complexes in the Shikoku Basin and their tectonic implications (2019)
  • 著者名/発表者名: Ohara Y., Okino K., Akizawa N., Fujii M., Harigane Y., Hirauchi K., Ishizuka O., Machida S., Michibayashi K., Sanfilippo A., Snow J. E., Camilla Sani, Yamashita H
  • 学会等名: American Geophysical Union 2019 Fall Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Modeling strong basal melting at the Shirase Glacier Tongue, East Antarctica (2019)
  • 著者名/発表者名: Kusahara K., Hirano D., Fujii M., Fraser A. D., Tamura T.
  • 学会等名: American Geophysical Union 2019 Fall Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Winter oases for subadult southern elephant seals in East Antarctica (2019)
  • 著者名/発表者名: Labrousse, S., Williams G., Tamura T., Bestley S., Sallee J-B., Fraser A. D., Sumner M., Roquet F., Heerah K., Picard B., Guinet C., Harcourt R., McMahon C., Hindell M., Charrassin J-B.
  • 学会等名: World Marine Mammal Science Conference 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Antarctic landfast sea ice distribution and variability, and its influence on coastal polynyas (2019)
  • 著者名/発表者名: Fraser A. D., Massom R. A., Ohshima K. I., Willmes S., Kappes P., Cartwright J., Kusahara K., Tamura T., Smith R.
  • 学会等名: IGS International Symposium on Sea Ice at the Interface
  • 国際学会
• [学会発表] Fluctuations of the ice flow velocity of Shirase glacier and its surrounding landfast ice displacement in east Antarctica derived from ALOS-2/PALSAR-2 image correlation, (2019)
  • 著者名/発表者名: Nakamura K., Aoki S., Yamanokuchi T., Tamura T., Ushio S., Doi K.
  • 学会等名: IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Strong ice-ocean interaction at Shirase glacier tongue, East Antarctica (2019)
  • 著者名/発表者名: Hirano D., Tamura T., Kusahara K., Ohshima K. I., Ushio S., Simizu D., Ono K., Aoki S.
  • 学会等名: IUGG 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Autonomous platform systems for underwater observation (2019)
  • 著者名/発表者名: Maki T.
  • 学会等名: 1st International Workshop on Safety and Maintenance in Nuclear Engineering and Hazardous and Extreme Environment Robots and Sensing Systems
  • 国際学会
• [学会発表] Operation plan and design of the Antarctic exploration AUV "MONACA" (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamagata H., Maki T., Yoshida H., Nogi Y.
  • 学会等名: 日本地球惑星連合2019年大会
  • 国際学会
• [学会発表] Submersible magnetics reveals relationship between off-axis volcanism and hydrothermal systems of the Kairei and Yokoniwa fields at the Central Indian Ridge (2019)
  • 著者名/発表者名: Fujii M., Okino K.
  • 学会等名: 日本地球惑星連合2019年大会
  • 国際学会
• [学会発表] Geophysical insights into tectonic, volcanic, sedimentation, and glacial processes in Indian and Southern Oceans: Preliminary geophysical results of R/V Hakuho-maru KH-19-1 cruise (2019)
  • 著者名/発表者名: Fujii M., Sato H., Ikehara M,, Nogi Y., Sato T., Nakamura Y., Helen A. E., Sherriff-Tadano S.
  • 学会等名: 日本地球惑星連合2019年大会
  • 国際学会
• [学会発表] Geological insights into formation of Conrad Rise, Southern Ocean: Preliminary geological results of R/V Hakuho-maru KH-19-1 cruise (2019)
  • 著者名/発表者名: Sato H., Fujii M., Matsui H., Ikehara M.
  • 学会等名: 日本地球惑星連合2019年大会
  • 国際学会
• [学会発表] Evolution of oceanic core complexes in the Shikoku Basin: when backarc basins cease to open (2019)
  • 著者名/発表者名: Okino K., Ohara Y,, Fujii M., Hanyu T.
  • 学会等名: 日本地球惑星連合2019年大会
  • 国際学会
• [学会発表] Understanding of whole history of Antarctic ice sheet, sea ice, and bottom water based on core-seismic integrated investigation from Antarctic continental shelf to deep sea floor (2019)
  • 著者名/発表者名: Ikehara M., Fujii M., Itaki T.
  • 学会等名: 日本地球惑星連合2019年大会
  • 国際学会
• [学会発表] Scientific Party of R/V Hakuho-maru KH-19-1 cruise, Integrated observations for marine earth science in the Indian sector of the Southern Ocean: Preliminary results of R/V Hakuho-maru KH-19-1 cruise (2019)
  • 著者名/発表者名: Ikehara M., Ohshima K. I., Itaki T., Sato H., Fujii M., Yamamoto-Kawai M., Matsui H., Ikenoue T.
  • 学会等名: 日本地球惑星連合2019年大会
  • 国際学会
• [学会発表] Introducing an oceanic core complex in the Shikoku Basin: Mado (2019)
  • 著者名/発表者名: Ohara Y., Okino K., Akizawa N., Fujii M., Harigane Y., Hirano N., Hirauchi K., Ishizuka O., Machida S., Michibayashi K., Sanfilippo A., Snow J. E., Yamashita H.
  • 学会等名: 日本地球惑星連合2019年大会
  • 国際学会
• [学会発表] Reconstruction of the East Antarctic ice sheet variability during the last 3 myrs in the central & eastern Droning Maud Land, East Antarctica (2019)
  • 著者名/発表者名: Suganuma Y., Kawamata M., Katsuki K., Kanamaru T., Kaneda H., Koyama T., Tanabe Y., Shibata D., Ishiwa T., Itaki T., Okuno J., Seki O., Suto I., Fujii M., Miura H.
  • 学会等名: 日本地球惑星連合2019年大会
  • 国際学会
• [学会発表] Geo-electromagnetic research at a spreading center of a divergent plate boundary in Afar depression (2019)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa N., Yoshimura R., Kidane T., Higashino S., Kagashima S., Mochizuki N., Muluneh A. A., Kitagawa K., Kadoya M., Obara N., Otofuji Y., Funaki M., Kogiso T., Fujii M.
  • 学会等名: 日本地球惑星連合2019年大会
  • 国際学会
• [学会発表] 氷床変動に起因する海水準上昇予測 －無人・遠隔技術を活用した極域研究拠点形成－ (2019)
  • 著者名/発表者名: 田村岳史, 奥野淳一, 菅沼悠介, 末吉哲雄, 野木義史, 中村卓司
  • 学会等名: 日本地球惑星連合2019年大会
  • 国際学会
• [学会発表] 気候変動・全球水循環のモニタリングとメカニズム解明 (AMSR3) (2019)
  • 著者名/発表者名: 増永浩彦, 江淵直人, 田村岳史, 芳村圭, 青梨和正, 計盛正博, 斎藤克弥
  • 学会等名: 日本地球惑星連合2019年大会
  • 国際学会
• [学会発表] Production of bromoform in sea ice and emission to the atmosphere (2019)
  • 著者名/発表者名: Nomura D., Ooki A., Damm E., Dieckmann G. S., Delille B., Frey M. M., Granskog M. A., Meiners K. M., Silyakova A., Tamura T., Tison J., Yamashita Y.
  • 学会等名: 日本地球惑星連合2019年大会
  • 国際学会
• [学会発表] 極域科学の新展開：氷床変動に起因する海水準上昇予測のための拠点観測, (2019)
  • 著者名/発表者名: 中村卓司, 杉山慎, 阿部彩子, 青木輝夫, 野木義史, 田村岳史
  • 学会等名: 日本地球惑星連合2019年大会
  • 国際学会
• [学会発表] Vertical ice flow motions obtained from year-round GNSS observations on Shirase Glacier, Antarctica (2019)
  • 著者名/発表者名: Aoyama A., Doi K., Hirano D., Tamura T., Aoki S., Shibuya K.
  • 学会等名: 日本地球惑星連合2019年大会
  • 国際学会
• [学会発表] Hardware Design of Variable and Compact AUV “MONACA” for Under-Ice Survey of Antarctica (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamagata H., Maki T., Yoshida H., Nogi Y.
  • 学会等名: IEEE OES Underwater Technology 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Path Planning Method based on Artificial Potential Field and Reinforcement Learning for Intervention AUVs (2019)
  • 著者名/発表者名: Noguchi Y., Maki T.
  • 学会等名: IEEE OES Underwater Technology 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Offshore-origin warm water inflows toward Totten Ice Shelf, East Antarctica (2019)
  • 著者名/発表者名: Hirano D., Mizobata K., Tamura T., Ito M., Yamazaki K., Yoichiro K., Kiuchi M., Murase H., Sasaki H., Aoki S.
  • 学会等名: The Tenth Symposium on Polar Science
  • 国際学会
• [学会発表] The investigation into the Ice shelf-Ocean Interaction of East Antarctica with special focusing on the Ocean Circulation (2019)
  • 著者名/発表者名: Mizobata K., Tamura T., Hirano D., Makabe R.
  • 学会等名: The Tenth Symposium on Polar Science
  • 国際学会
• [学会発表] 白瀬氷河と氷河末端を取り囲む定着氷の流動速度 (2019)
  • 著者名/発表者名: 中村和樹, 青木茂, 山之口勤, 田村岳史, 牛尾収輝, 土井浩一郎
  • 学会等名: 本リモートセンシング学会第67回(令和元年度秋季)学術講演会
• [学会発表] 水中ロボコンが中高生の"見る目"を育む (2019)
  • 著者名/発表者名: 山縣広和
  • 学会等名: 第2回海中海底工学フォーラム・ZERO
• [学会発表] 南極・ケープダンレーポリニヤ域における植物プランクトンの秋季大増殖を伴う新成氷生成 (2019)
  • 著者名/発表者名: 伊藤優人, 平野大輔, 真壁竜介, _橋啓伍, 大島慶一郎, 田村岳史, 青木茂
  • 学会等名: 2019年度日本海洋学会秋季大会
• [学会発表] 南極リュツォ・ホルム湾における海洋-氷床相互作用に関する数値モデリング (2019)
  • 著者名/発表者名: 草原和弥, 平野大輔, 藤井昌和, Alexander Fraser, 田村岳史
  • 学会等名: 2019年度日本海洋学会秋季大会
• [学会発表] トッテン棚氷近傍海域における暖水分布 (2019)
  • 著者名/発表者名: 平野大輔, 田村岳史, 溝端浩平, 伊藤優人, 山崎開平, 國府陽一郎, 木内政彰, 村瀬弘人, 青木茂
  • 学会等名: 2019年度日本海洋学会秋季大会
• [学会発表] サハリン沖係留観測に基づく高精度なAMSR-E 薄氷厚アルゴリズムの開発―衛星観測は非一様な海氷場をどのように捉えるか? (2019)
  • 著者名/発表者名: 柏瀬陽彦, 大島慶一郎, 深町康, 二橋創平, 田村岳史
  • 学会等名: 2019年度日本海洋学会秋季大会
• [学会発表] 水中ロボットによるSTEM 教育活動の効果検証 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山縣広和
  • 学会等名: ロボティクス・メカトロニクス講演会
• [学会発表] 南極海探査を目的としたAUV“MONACA”の設計と運用計画 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山縣広和, 巻俊宏, 吉田弘, 野木義史
  • 学会等名: ロボティクス・メカトロニクス講演会
• [学会発表] 南極大陸リュツォ・ホルム湾の海産クマムシ類, (2019)
  • 著者名/発表者名: 藤本心太, 鈴木忠, 伊藤 優人, 田村岳史, 辻本惠
  • 学会等名: 日本動物分類学会第55回大会
• [学会発表] 南大洋の海底地形観測の現状と展望 ～音で見える景色が生む疑問と制約～ (2019)
  • 著者名/発表者名: 藤井昌和
  • 学会等名: 南極氷床・海氷・海洋システムの研究に関する今後 10 年を見据えた将来構想
• [学会発表] 南大洋航海における地球物理観測の概要：大陸分裂と海底拡大から1歩先へ (2019)
  • 著者名/発表者名: 藤井昌和,野木義史,佐藤暢,中村恭之,佐藤太一,沖野郷子,田村千織,喜岡新
  • 学会等名: 白鳳丸30周年記念世界一周航海（HEAW30） へ向けた研究戦略会