海氷が導く熱・塩・物質のグローバル輸送

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20H05707
• 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: 深町 康 北海道大学, 北極域研究センター, 教授 (20250508) ; 羽角 博康 東京大学, 大気海洋研究所, 教授 (40311641) ; 田村 岳史 国立極地研究所, 先端研究推進系, 准教授 (40451413) ; 三谷 曜子 京都大学, 野生動物研究センター, 教授 (40538279) ; 真壁 竜介 国立極地研究所, 先端研究推進系, 助教 (40469599) ; 二橋 創平 苫小牧工業高等専門学校, 創造工学科, 教授 (50396321) ; 西岡 純 北海道大学, 低温科学研究所, 教授 (90371533)
• 研究期間 (年度): 2020-08-31 – 2025-03-31
• キーワード: 海氷生産 / マイクロ波放射計 / 沿岸ポリニヤ / バイオロギング / 春季ブルーム / フラジルアイス / 淡水輸送

研究実績の概要

海氷生産量に関しては、南大洋において、衛星マイクロ波放射計AMSR2の薄氷厚アルゴリズムを改良し、気象データに最新のERA5を用いるなどして、2002年から2022年までの20年間について、海氷生産量の見積もりの再構築を行った。そのうえで、海氷生産量の時系列データと南極底層水の変動との比較などを行った。また、SSM/I、SMMRの低周波数チャンネルによる薄氷厚アルゴリズムの開発を完成させた。これにより、45年間の全球の海氷生産量を見積もる体制が整った。海氷融解量に関しては、春季の水温・塩分データの表層塩分欠損量等から融解量を見積もるという手法をオホーツク海、ベーリング海、バフィン湾/ラブラドル海に適用し、海氷融解量のデータセットを作成した。この新たに構築したデータセットからは、温暖化による海氷融解量の減少トレンドや海氷生産量の時空間変動との対応など、初めての海氷融解量の定量化を活かした研究を行うことができた。これらのデータセットは、昨年度作成した南大洋の海氷融解量データセットと合わせて、開発中のAMSRによる海氷融解量推定アルゴリズムの検証データに利用される。観測としては、南大洋において、第65次日本南極地域観測隊のもと、海氷融解直後域での集中XCTD観測やしらせからのバスケット（人が降りて作業するかご）を利用した海氷サンプリングを行うことができ、海氷による物質輸送と生物生産の関係解明に資するデータを取得できた。さらに、コロナ禍により今まで現地へ赴けなかった北極チュクチ海観測拠点バロー及びアラスカ大学を訪問し、チュクチ海での係留系観測データを取得し、過去に取得したデータと合わせて、北極ポリニヤ域を起点とする海氷による物質輸送に関わるデータの初期解析を行った。

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

衛星による海氷生産量・融解量推定の信頼性を高めるには、現場データによる検証が必須である。昨年度の海氷生産量に関しての現場検証に引き続き、今年度は海氷融解量の現場検証データセットを両半球にわたって作成できたので、衛星による海氷融解量推定アルゴリズムを完成させる見通しが立った。これらにより、現場データの検証を得た海氷生産量と海氷融解量の長期時系列データの作成が可能となり、底層水や中層水の変動との関連や、海氷による熱塩輸送の定量化が可能となる。一方、第64次及び第65次日本南極地域観測隊の協力のもと、十分な海氷サンプルが取得できたので、これらの分析と衛星海氷データとを合わせて解析することで、サブ課題の一つである、海氷を介する物質輸送と生物生産に関する研究を大きく前進させることができる。以上、本課題の目的である、海氷による熱・塩・物質輸送の定量化に必要な、衛星海氷アルゴリズムの開発と現場観測データの取得が予定通りに進んでいる。また、本課題に関する論文も、今年度、国際誌に9本出版されている。以上より、本課題はおおむね順調に進展している、と判断する。

今後の研究の推進方策

衛星マイクロ波放射計SSM/I、SMMRによる薄氷厚アルゴリズムの開発が完了したので、現在行っている全球での45年間の海氷生産量のデータセット作成を完成させる。海氷融解量についても、両半球で行ってきた現場海洋観測データからの海氷融解量の見積もりを検証データとして、AMSRによる海氷融解推定アルゴリズムを完成させ、全球の海氷融解量データセットを作成する。海氷生産量と融解量データを合わせて解析することで、海氷による全球規模の熱塩輸送を見積もる。観測からの見積もりは世界初となる。一方、南極観測しらせからのバスケット観測により多数の海氷サンプルが得られたので、本年度は海氷中に含まれている物質の同定など分析に集中して、海氷が物質輸送に果たす役割を南大洋をテストサイトして明らかにする。オホーツク海でも海氷サンプリング及び海氷融解後の海洋集中観測を行ってきたので、それらのデータを解析することで、この海域における海氷を介する物質輸送と生物生産の関係の理解を深める。

研究成果

• [国際共同研究] ワシントン大学/アラスカ大学(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: ワシントン大学/アラスカ大学
• [国際共同研究] タスマニア大学(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
• [雑誌論文] Reconstruct the AMSR-E/2 thin ice thickness algorithm to create a long-term time series of sea-ice production in Antarctic coastal polynyas (2024)
  • 著者名/発表者名: Nihashi S, Ohshima K I, Tamura T
  • 雑誌名: Polar Science 巻: 39 ページ: 100978
  • DOI: 10.1016/j.polar.2023.100978
  • 査読あり
• [雑誌論文] 環オホーツクにおける鉄を中心とした物質循環研究 (2024)
  • 著者名/発表者名: 西岡 純, 三寺 史夫, 大島 慶一郎, 江淵 直人, 白岩 孝行, 中村 知裕, 的場 澄人, 中塚 武, 安田 一郎, 村山 愛子, 小野 数也, 篠原 琴乃, 若土 正曉
  • 雑誌名: 低温科学 巻: 82 ページ: 69-82
  • DOI: 10.14943/lowtemsci.82.69
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] 海氷に含まれる鉄の生物利用能に関する研究 (2024)
  • 著者名/発表者名: 漢那 直也, 西岡 純
  • 雑誌名: 低温科学 巻: 82 ページ: 93-101
  • DOI: 10.14943/lowtemsci.82.93
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Particle-tracking experiments of coastal-origin sea ice that could induce high biological productivity in the Sea of Okhotsk (2023)
  • 著者名/発表者名: Kuga M, Ohshima K I, Kimura N, Nakata K, Fukamachi Y
  • 雑誌名: Journal of Oceanography 巻: 79 ページ: 145-159
  • DOI: 10.1007/s10872-022-00670-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] On-shelf circulation of warm water toward the Totten Ice Shelf in East Antarctica (2023)
  • 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 R, van Wijk E, Greenbaum J S, Blankenship D D, Saito K, Aoki S
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 14 ページ: 4955
  • DOI: 10.1038/s41467-023-39764-z
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Summer ice-algal blooms by the diatom Fragilariopsis curta (Van Heurck) Hustedt off Cape Darnley, Southern Ocean (2023)
  • 著者名/発表者名: Takahashi K D, Ito M, Sano M, Makabe R, Yamamoto-Kawai M, Ohshima K I
  • 雑誌名: DIATOM 巻: 39 ページ: 12-20
  • DOI: 10.11464/diatom.39.12
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Mapping Methodology Adapted to all Polar and Subpolar Oceans with a Stretching/Shrinking Constraint (2023)
  • 著者名/発表者名: Mensah V, Ohshima K I
  • 雑誌名: Journal of Atmospheric and Oceanic Technology 巻: 40 ページ: 1241-1261
  • DOI: 10.1175/JTECH-D-22-0143.1
  • 査読あり
• [雑誌論文] Circumpolar distributions of age and anthropogenic CO2 content of Antarctic Bottom Water revealed by chlorofluorocarbon and sulfur hexafluoride (2023)
  • 著者名/発表者名: Ohashi Y, Yamamoto-Kawai M, Kusahara K, Sasaki K, Ohshima K I
  • 雑誌名: Progress in Oceanography 巻: 219 ページ: 103153
  • DOI: 10.1016/j.pocean.2023.103153
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observing Antarctic Bottom Water in the Southern Ocean (2023)
  • 著者名/発表者名: Silvano A, Purkey S, Arnold G, Castagno P, Stwart A L, Rintoul S R, Foppert A, Gunn K L, Herraiz-Borreguero L, Aoki S, Nakayama Y, Naveira Garabato A C, Spingys C, Akhoudas C H, Sallee J B, de Lavergne C, Abrahamsen E P, Meijers A J S, Meredith M P, Zhou S, Tamura T, Yamazaki K, Ohshima K I, 他21名
  • 雑誌名: Frontiers in Marine Science 巻: 10 ページ: －
  • DOI: 10.3389/fmars.2023.1221701
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Backward-tracking simulations of sea ice in the Sea of Okhotsk toward understanding of material transport through sea ice (2023)
  • 著者名/発表者名: Kuga M, Ohshima K I, Kishi S, Kimura N, Toyota T, Nishioka J
  • 雑誌名: Journal of Oceanography 巻: 80 ページ: 59-70
  • DOI: 10.1007/s10872-023-00706-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spatiotemporal high-resolution mapping of biological production in the Southern Ocean (2023)
  • 著者名/発表者名: Pan Xianliang L., Lai Xiangxing, Makabe Ryosuke, Hirano Daisuke, Watanabe Yutaka W.
  • 雑誌名: Communications Earth & Environment 巻: 4 ページ: 488
  • DOI: 10.1038/s43247-023-01067-y
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Enhancement and interannual variability of the upper cell circulation in the Southern Ocean, detailed by the advanced mapping and assembling methods (2024)
  • 著者名/発表者名: Ohshima, K. I., H. Yoshinari, and V. Mensah
  • 学会等名: Ocean Sciences Meeting 2024
  • 国際学会
• [学会発表] Interannual variability of sea ice melt estimated from spring hydrographic data in the Sea of Okhotsk (2024)
  • 著者名/発表者名: Honda M., K. I. Ohshima, V. Mensah, J. Nishioka, S. Riser, M. Sato
  • 学会等名: Ocean Sciences Meeting 2024
  • 国際学会
• [学会発表] Characteristics of water masses and nutrient properties in the southern Sea of Okhotsk (2024)
  • 著者名/発表者名: Nishioka, J., T. Toyota, A. Murayama, K. Ono, M. Imai, Y. Yamashita, K. Suzuki, T. Nakamura, K. I. Ohshima, H. Mitsudera
  • 学会等名: The 38th International Symposium on the Okhotsk Sea & Polar Oceans
  • 国際学会
• [学会発表] Iron supply processes in the southern Sea of Okhotsk (2024)
  • 著者名/発表者名: Momoka Imai, Aiko Murayama, Kazuya Ono, Youhei Yamashita, Koji Suzuki, Tomohiro Nakamura, Kay I. Ohshima, Humio Mitsudera, Jun Nishioka
  • 学会等名: The 38th International Symposium on the Okhotsk Sea & Polar Oceans
  • 国際学会
• [学会発表] New method for estimating sea ice age (2024)
  • 著者名/発表者名: N. Kimura, H. Hasumi
  • 学会等名: The 38th International Symposium on the Okhotsk Sea & Polar Oceans
  • 国際学会
• [学会発表] Winter migration of rehabilitated juvenile spotted seals (Phoca largha) tracked from the southern Sea of Okhotsk, and the patterns of their behaviors (2024)
  • 著者名/発表者名: Heping Li, Kay I. Ohshima, Masako Okazaki, Yoko Mitani
  • 学会等名: The 8th International Bio-Logging Science Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Dominant frazil ice production in Antarctic coastal polynyas and its role on bottom water formation and material cycle (2023)
  • 著者名/発表者名: Kay I. Ohshima, Masato Ito, Kazuki Nakata, Yasushi Fukamachi, Takeshi Tamura
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2023年大会
  • 招待講演
• [学会発表] 春季の塩分データから推定されるオホーツク海南部における海氷融解量の経年変動 (2023)
  • 著者名/発表者名: 本田 茉莉子, 大島 慶一郎, Vigan Mensah, 西岡 純, Stephen Riser, 佐藤 政俊
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2023年大会
• [学会発表] Multidecadal trends of sea ice melt in the Labrador Sea/Baffin Bay revealed by T-S observations (2023)
  • 著者名/発表者名: Mensah, V., M. Ikeda, M. Komatsu, K. I. Ohshima
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2023年大会
• [学会発表] Century-long T-S-based estimate of sea ice melt in the Pacific Arctic Region (2023)
  • 著者名/発表者名: Mensah, V., Y-C. Chen, K. I. Ohshima
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2023年大会
• [学会発表] Mapping of sea-ice melting and net freshwater flux by sea-ice growth/melt in the Southern Ocean (2023)
  • 著者名/発表者名: Komatsu, M., K. I. Ohshima, V. Mensah, K. Nakata
  • 学会等名: International Symposium on Sea Ice Across Temporal and Spatial Scales
  • 国際学会
• [学会発表] Dominant frazil ice production, associated dense water formation and material transport in Antarctic coastal polynyas (2023)
  • 著者名/発表者名: Ohshima, K. I., M. Ito, K. Nakata, Y. Fukamachi, T. Tamura
  • 学会等名: International Symposium on Sea Ice Across Temporal and Spatial Scales
  • 国際学会
• [学会発表] Late summer frazil ice formation with high Chlorophyll off the Amery Ice Shelf and Cape Darnley (2023)
  • 著者名/発表者名: Ohshima, K. I., Y. Machimura, V. Mensah, K. Nakata, M. Ito, Y. Fukamachi, R. Makabe, S. Takao, S. Nihashi
  • 学会等名: International Symposium on Sea Ice Across Temporal and Spatial Scales
  • 国際学会
• [学会発表] Trends in sea ice melt in the Baffin Bay and Labrador Sea estimated from ocean observations (2023)
  • 著者名/発表者名: Mensah, V., M. Ikeda, M. Komatsu, K. I. Ohshima
  • 学会等名: International Symposium on Sea Ice Across Temporal and Spatial Scales
  • 国際学会
• [学会発表] A decreasing trend in Bering Sea ice melt revealed by a century-long T-S-based estimate (2023)
  • 著者名/発表者名: Mensah, V., Y-C. Chen, K. I. Ohshima
  • 学会等名: International Symposium on Sea Ice Across Temporal and Spatial Scales
  • 国際学会
• [学会発表] Contrasting phytoplankton communities in Cape Darnley and Dalton Polynya, East Antarctica during sea-ice melting and forming seasons (2023)
  • 著者名/発表者名: Takahashi K. D., M. Yamamoto-Kawai, R. Makabe, T. Tamura, M. Moteki
  • 学会等名: Southern Ocean Observing System Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Use of a drifter array for observing temporal variability of pelagic ecosystems and material cycling in seasonal ice zone (2023)
  • 著者名/発表者名: Makabe R, Takahashi K D, Tsuchiya C, Sano M, Ito M, Matsuda R, Takao S, Kurosawa N, Moteki M
  • 学会等名: Southern Ocean Observing System Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] 宗谷暖流域におけるADCP後方散乱強度解析:堆積物の巻き上がりと動物プランクトンの日周鉛直移動 (2023)
  • 著者名/発表者名: 久賀 みづき, 大島 慶一郎, 深町 康, 伊藤 優人, 西岡 純
  • 学会等名: 日本海洋学会2023年度秋季大会
• [学会発表] Estimation of ice melt, freshwater budget and their multi-decadal trends in the Baffin Bay and Labrador Sea (2023)
  • 著者名/発表者名: Mensah, V., K. Fujita, M. Ikeda, M. Komatsu, K. I. Ohshima
  • 学会等名: 日本海洋学会2023年度秋季大会
• [学会発表] A mapping methodology adapted to all polar and subpolar oceans with a stretching/shrinking constraint (2023)
  • 著者名/発表者名: Mensah, V., K. I. Ohshima
  • 学会等名: 日本海洋学会2023年度秋季大会
• [学会発表] AMSR-E/2 衛星観測(2002-22)による南極海沿岸ポリニヤの海氷生産量トレンド (2023)
  • 著者名/発表者名: 二橋 創平, 田村 岳史, 大島 慶一郎
  • 学会等名: 日本海洋学会2023年度秋季大会
• [学会発表] 北極海氷の数ヶ月予測手法の改良:海氷年齢と海氷厚 (2023)
  • 著者名/発表者名: 木村 詞明, 羽角 博康, 大山 元夢, 山口 一
  • 学会等名: 日本海洋学会2023年度秋季大会
• [学会発表] 過去45年間の全球海氷生産量の見積もり (2023)
  • 著者名/発表者名: 柏瀬 陽彦, 大島 慶一郎, 田村 岳史
  • 学会等名: 日本海洋学会2023年度秋季大会
• [学会発表] 南大洋流氷に出現する大型珪藻の生死と海氷融解後の播種 (2023)
  • 著者名/発表者名: 高橋 啓伍, 土屋 千歩, 高尾 信太郎, 佐野 雅美, 真壁 竜介, 茂木 正人
  • 学会等名: 日本海洋学会2023年度秋季大会
• [学会発表] Feeding habits of migratory pinnipeds in the adjacent waters of northern Japan (2023)
  • 著者名/発表者名: Heping Li, Yoko Mitani
  • 学会等名: PWS Symposium 2023
  • 国際学会
• [備考] 基盤研究S「海氷が導く熱・塩・物質のグローバル輸送」
  • URL: http://www.lowtem.hokudai.ac.jp/wwwod/~ohshima/kaken2020/index.html