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2015 年度 実績報告書

海氷生成とリンクする南極底層水・深層循環の再描像

研究課題

研究課題/領域番号 25241001
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, 低温科学研究所, 准教授 (20250508)
青木 茂  北海道大学, 低温科学研究所, 准教授 (80281583)
松村 義正  北海道大学, 低温科学研究所, 助教 (70631399)
北出 裕二郎  東京海洋大学, 学術研究院, 教授 (50281001)
研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2017-03-31
キーワード南極底層水 / 沿岸ポリニヤ / 高密度陸棚水 / ケープダンレー底層水 / マイクロ波放射計 / フラジルアイス / 酸素同位体 / ロス棚氷ポリニヤ
研究実績の概要

南極沿岸ポリニヤでは多量に海氷が生産され、それによって重い水ができ南極底層水の起源水となる。南極底層水が沈み込むことで海洋子午面循環が駆動される。本課題では、未知の部分が多い東南極を中心として海氷生成とそれに伴う底層水形成・深層循環を明らかにすることを目的とする。
衛星観測では、海氷タイプを識別したうえで薄氷厚を推定できるマイクロ波放射計のアルゴリズムの開発をした。これにより、ポリニヤでの海氷生産量の見積もりの精度が一気に上がり、特にケープダンレーポリニヤでは、今までの見積もりよりも生産量が1.5倍ほど大きいことが示され、ここでの底層水形成との関係がより明瞭になった。ケープダンレーポリニヤ域で得られた5つの係留系による海洋・海氷時系列データと、高精度化された衛星による海氷タイプ及び海氷生産量の時系列データとの関係を現在解析中である。南極最大の海氷生産量を持ち南極底層水の生成域でもあるロス棚氷ポリニヤに対し、その変動機構と海氷生産収支が簡略なポリニヤモデルによって説明可能であることが示された。
アデリーランド底層水が生成されるメルツポリニヤ沖では、メルツ氷河の崩壊により、海氷生産量が激減し、底層水生成が減少、さらに氷床融解量が増加していることが、衛星観測と酸素同位体データなどから明らかになった。前年度までの研究でビンセネス湾沖での南極底層水の生成が示唆されていたが、海鷹丸による平成25-27年度の海洋観測から、ここでの底層水形成は、東南極ではアデリーランド沖とケープダンレー沖に次ぐ寄与があることが示唆された。また、ここでは密度の低い底層水が形成されていることが示された。
数値モデル研究では、ラグランジェ手法によるフラジルアイスのモデル化に加え、海底から巻き上がる堆積物を再現しうるモデリングにも成功し、ポリニヤ域での物質循環研究に利用できるモデルが開発された。

現在までの達成度 (区分)
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

ケープダンレー沖の観測に関しては、「しらせ」の度重なるトラブルにより、我々の観測はキャンセル・変更を余儀なくされた部分が大きかったが、オーストラリア南極局やオーストラリアの砕氷船「オーロラ号」の協力などを得て、陸棚上に設置した係留系は概ね回収でき良好がデータを得ることができた。海鷹丸によるビンセネス湾での平成27年度の観測は、海氷の張り出しが例年より大きく、陸棚上での観測は出来なかったが、陸棚斜面上での巨大係留系の設置は予定通りできた。以上、現場観測に関しては十分な観測が出来なかった部分はあるが、今後の解析に重要となるデータセットは概ね取得できた。
一方、衛星によるポリニヤと海氷生産量に関する研究は順調に進み、その成果はJournal of Geophysical Research 、Journal of Climate、Annals of Glaciologyなどに掲載された。また、数値モデルによる研究も順調に進み、ラグランジェ手法によるフラジルアイスのモデリングの研究はAnnals of Glaciologyに掲載され、それをさらに発展させたポリニヤモデルを開発中である。
その他、全南大洋の底層水研究のベースになる全南大洋の海洋データセットの作成が完了し、その手法に関する研究はJournal of Atmospheric and Oceanic Technologyに投稿中である。以上から、現場観測とその解析、衛星データの解析、数値モデル実験とも、概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

観測に関しては、平成27年度に海鷹丸により設置されたビンセネス湾沖の巨大係留系の回収を平成28年度の海鷹丸航海で行う予定である。昨年度までに全南大洋の海洋データセットが作成されたので、それと衛星の新アルゴリズムによる海氷生産量データセットと合わせて解析し、全南大洋での視点で、海氷生産と底層水形成及びそれらの変動の関係を明らかにすることをめざす。ケープダンレー沖、アデリーランド沖、ビンセネス湾沖の各底層水生成域では、過去の船舶データに加え、アザラシによるCTDデータを有効に使って、季節変化まで含めた、底層水形成と輸送課程の解明をめざす。ケープダンレーポリニヤ域では、ポリニヤ内で取得された全5系の係留系データと新アルゴリズムによる衛星海氷データと合わせて解析することで、この海域での高海氷生成から底層水形成にいたる過程の全容を明らかにするべく研究を進める。特にIce Profiling SonarやADCPによるフラジルアイス検知機能と、フラジルアイス出現を同定できる衛星新アルゴリズムを最大限に利用して、高海氷生成過程と高密度水形成過程に注目して解析を行う。さらに、これらの解析で得られた知見をもとに、フラジルアイス生成・融解を取り入れたラグランジェ手法による沿岸ポリニヤ数値モデルを開発し、高海氷生産過程やポリニヤ内での鉛直循環・水塊変質過程に対する理解を深める。

  • 研究成果

    (40件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (34件) (うち国際学会 11件) 図書 (2件)

  • [国際共同研究] オーストラリア南極局/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
      オーストラリア南極局/タスマニア大学
  • [雑誌論文] Interannual variability of sea-ice thickness in the pack-ice zone off Lutzow-Holm Bay, East Antarctica2016

    • 著者名/発表者名
      Sugimoto, F., T. Tamura, H. Shimoda, S. Uto, D. Simizu, K. Tateyama, S. Hoshino, T. Ozeki, Y. Fukamachi, S. Ushio, and K. I. Ohshima
    • 雑誌名

      Polar Science

      巻: 10 ページ: 43-51

    • DOI

      10.1016/j.polar.2015.10.003

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Variability and ice production budget in the Ross Ice Shelf Polynya based on a simplified polynya model and satellite observations2015

    • 著者名/発表者名
      Nakata, K., K. I. Ohshima, S. Nihashi, N. Kimura, and T. Tamura
    • 雑誌名

      Journal of Geophysical Research

      巻: 120 ページ: 6234-6252

    • DOI

      10.1002/2015JC010894

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Helicopter-borne observations with portable microwave radiometer in the Southern Ocean and the Sea of Okhotsk2015

    • 著者名/発表者名
      Tamura, T., K. I. Ohshima, J. L. Lieser, T. Toyota, K. Tateyama, D. Nomura, K. Nakata, A. D. Fraser, P. W. Jansen, K. B. Newbery, R. A. Massom, and S. Ushio
    • 雑誌名

      Annals of Glaciology

      巻: 56 ページ: 436-444

    • DOI

      10.3189/2015AoG69A621

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 南極沿岸ポリニヤにおける海氷生産量の年変動2016

    • 著者名/発表者名
      田村岳史, 大島慶一郎, Fraser, A. D., Willians, G. D.
    • 学会等名
      2016年度日本海洋学会春季大会
    • 発表場所
      東京大学本郷キャンパス(東京都文京区)
    • 年月日
      2016-03-16
  • [学会発表] AMSR2データを用いた南極海における薄氷厚推定アルゴリズムの開発2016

    • 著者名/発表者名
      二橋創平, 大島慶一郎
    • 学会等名
      2016年度日本海洋学会春季大会
    • 発表場所
      東京大学本郷キャンパス(東京都文京区)
    • 年月日
      2016-03-16
  • [学会発表] ポリニヤタイプを考慮した薄氷厚アルゴリズムの開発2016

    • 著者名/発表者名
      中田和輝, 大島慶一郎, 二橋創平
    • 学会等名
      2016年度日本海洋学会春季大会
    • 発表場所
      東京大学本郷キャンパス(東京都文京区)
    • 年月日
      2016-03-16
  • [学会発表] 海氷クラックの形成が植物プランクトンブルームと海氷内部への物質輸送に及ぼす影響2016

    • 著者名/発表者名
      野村大樹, 青木茂, 清水大輔
    • 学会等名
      2016年度日本海洋学会春季大会
    • 発表場所
      東京大学本郷キャンパス(東京都文京区)
    • 年月日
      2016-03-16
  • [学会発表] 海氷結氷期における海底堆積物の上方輸送の観測2016

    • 著者名/発表者名
      伊藤優人, 大島慶一郎, 西岡純, 楠本仁麦, 水田元太, 深町康
    • 学会等名
      2016年度日本海洋学会春季大会
    • 発表場所
      東京大学本郷キャンパス(東京都文京区)
    • 年月日
      2016-03-15
  • [学会発表] ケープダンレー底層水形成に関わる乱流混合の役割2016

    • 著者名/発表者名
      平野大輔, 北出裕二郎, 大島慶一郎, 深町康
    • 学会等名
      2016年度日本海洋学会春季大会
    • 発表場所
      東京大学本郷キャンパス(東京都文京区)
    • 年月日
      2016-03-15
  • [学会発表] 豪州南極海盆の中・深層に広がる低塩分化2016

    • 著者名/発表者名
      嶋田啓資, 北出裕二郎, 青木茂
    • 学会等名
      2016年度日本海洋学会春季大会
    • 発表場所
      東京大学本郷キャンパス(東京都文京区)
    • 年月日
      2016-03-15
  • [学会発表] Formation and variability of Antarctic Bottom Water off Cape Darnley: the fourth Antarctic Bottom Water2016

    • 著者名/発表者名
      Ohshima, K. I., Nakayama, Y., Fukamachi, Y., Matsumura, Y., Nihashi, S., Tamura, T., Kitade, Y., Hirano, D., Shimizu, D., and Aoki S.
    • 学会等名
      2016 AGU Ocean Sciences Meeting
    • 発表場所
      ニューオーリンズ(アメリカ合衆国)
    • 年月日
      2016-02-25
    • 国際学会
  • [学会発表] Validation of AMSR-E thin ice algorithm based on moored ice profiling sonar measurement2016

    • 著者名/発表者名
      Fukamachi, Y., Ohshima, K. I., Iwamoto, K., Tamura, T., Nihashi, S.
    • 学会等名
      Workshop on satellite data for Arctic research and applications, Side event during Arctic Frontiers 2016
    • 発表場所
      トロムソ(ノルウェー)
    • 年月日
      2016-01-26
    • 国際学会
  • [学会発表] Thin-ice thickness algorithm for AMSR-E based on the comparison with the mooring observation2016

    • 著者名/発表者名
      Kashiwase, H., Ohshima, K. I., Fukamachi, Y., and Nihashi, S.
    • 学会等名
      Joint PI Meeting of Global Environment Observation Mission 2015
    • 発表場所
      TKPガーデンシティ竹橋(東京都千代田区)
    • 年月日
      2016-01-20
  • [学会発表] Development of algorithm for thin ice thickness and detection of fast ice and its application to estimation of sea ice production2016

    • 著者名/発表者名
      Ohshima, K. I.
    • 学会等名
      Joint PI Meeting of Global Environment Observation Mission 2015
    • 発表場所
      TKPガーデンシティ竹橋(東京都千代田区)
    • 年月日
      2016-01-19
  • [学会発表] ROBOTICA: Research of Ocean-ice BOundary InTeraction and Change around Antarctica2015

    • 著者名/発表者名
      Aoki, S.
    • 学会等名
      ILTS International Symposium on Low Temperature Science
    • 発表場所
      北海道大学低温科学研究所(北海道札幌市)
    • 年月日
      2015-11-30
  • [学会発表] Recent research results and future project in Antarctic Ocean by Umitaka-Maru research group for physical oceanography2015

    • 著者名/発表者名
      Kitade Yujiro, Shimada Keishi, Aoki Shigeru, Tamura Takeshi, Mizobata Kohei, Fukamachi Yasushi, Ohshima Kay I.
    • 学会等名
      The 16th Japanese-French Oceanography Symposiu
    • 発表場所
      塩竈市公民館(宮城県塩竈市)
    • 年月日
      2015-11-20
    • 国際学会
  • [学会発表] Rapid and persistent freshening of Antarctic Bottom Water in the Australian-Antarctic Basin2015

    • 著者名/発表者名
      Shimada Keishi, Kitade Yujiro, Mizobata Kohei, Aoki Shigeru, Ohshima Kay I., Tamura Takeshi, Odate Tsuneo
    • 学会等名
      The Sixth Symposium on Polar Science
    • 発表場所
      国立極地研究所(東京都立川市)
    • 年月日
      2015-11-17
  • [学会発表] Sea ice production variability in the Antarctic coastal polynyas2015

    • 著者名/発表者名
      Tamura Takeshi, Ohshima Kay I., Fraser Alex D., Williams Guy D.
    • 学会等名
      The Sixth Symposium on Polar Science
    • 発表場所
      国立極地研究所(東京都立川市)
    • 年月日
      2015-11-17
  • [学会発表] Integrated multidisciplinary study on change in the Southern Ocean and the Antarctic ice sheet2015

    • 著者名/発表者名
      Nogi Yoshifumi, Ohshima Kay I., Ikehara Minoru, Moteki Masato, Kawamura Kenji, Fukuda Yoichi, Abe-Ouchi Ayako, Tamura Takeshi, Suganuma Yusuke
    • 学会等名
      The Sixth Symposium on Polar Science
    • 発表場所
      国立極地研究所(東京都立川市)
    • 年月日
      2015-11-17
  • [学会発表] Dynamics of thermohaline and material circulations originating from Antarctic Bottom Water2015

    • 著者名/発表者名
      Ohshima Kay I., Yamamoto-Kawai Michiyo, Kitade Yujiro, Katsumata Katsuro, Fukamachi Yasushi, Tamura Takeshi, Aoki Shigeru
    • 学会等名
      The Sixth Symposium on Polar Science
    • 発表場所
      国立極地研究所(東京都立川市)
    • 年月日
      2015-11-17
  • [学会発表] Modeling sediment entrainment into newly formed sea ice2015

    • 著者名/発表者名
      Matsumura Yoshimasa, Ito Masato, Ohshima Kay I.
    • 学会等名
      The Sixth Symposium on Polar Science
    • 発表場所
      国立極地研究所(東京都立川市)
    • 年月日
      2015-11-17
  • [学会発表] The prospect of the observation around the unexplored area in the Southern Ocean2015

    • 著者名/発表者名
      Nogi, Y., Aoki, S., Tamura, T.
    • 学会等名
      The Sixth Symposium on Polar Science
    • 発表場所
      国立極地研究所(東京都立川市)
    • 年月日
      2015-11-17
  • [学会発表] Research of Ocean-ice BOundary InTeraction and Change around Antarctica (ROBOTICA)2015

    • 著者名/発表者名
      Aoki, S., Tamura, T., Team ROBOTICA
    • 学会等名
      The Sixth Symposium on Polar Science
    • 発表場所
      国立極地研究所(東京都立川市)
    • 年月日
      2015-11-17
  • [学会発表] 氷がつくる海洋大循環2015

    • 著者名/発表者名
      大島慶一郎
    • 学会等名
      低温科学研究所公開講座「広がる低温の魅力-低温科学の最前線-」
    • 発表場所
      北海道大学低温科学研究所(北海道札幌市)
    • 年月日
      2015-10-19
  • [学会発表] AMSR-Eを用いた南極海における海氷の結氷・融解過程に関わる熱塩フラックスデータセットの作成2015

    • 著者名/発表者名
      二橋創平, 大島慶一郎
    • 学会等名
      2015年度日本海洋学会秋季大会
    • 発表場所
      愛媛大学城北キャンパス(愛媛県松山市)
    • 年月日
      2015-09-28
  • [学会発表] アデリー海岸沿岸域における水塊特性の経年変動に見られる海洋-氷床相互作用2015

    • 著者名/発表者名
      小林理央, 青木茂, 草原和弥, Rintoul Stephen R.
    • 学会等名
      2015年度日本海洋学会秋季大会
    • 発表場所
      愛媛大学城北キャンパス(愛媛県松山市)
    • 年月日
      2015-09-28
  • [学会発表] Mid-winter surveys for sea ice biogeochemistry in bi-polar oceans2015

    • 著者名/発表者名
      Nomura, D., Delille, B., Dieckmann, G. S., Granskog, M. A., Tison, J., Meiners, K. M., Ohshima, K. I., and Tamura, T.
    • 学会等名
      Goldschmidt 2015
    • 発表場所
      プラハ(チェコ)
    • 年月日
      2015-08-21
    • 国際学会
  • [学会発表] The fourth Antarctic Bottom Water: Cape Darnley Bottom Water2015

    • 著者名/発表者名
      Ohshima, K. I., Fukamachi Y., Williams, G. D., Nihashi, S., Tamura, T., Kitade, Y., Hirano, D., Aoki, S., and Wakatsuchi, M.
    • 学会等名
      26th IUGG General Assembly 2015
    • 発表場所
      プラハ(チェコ)
    • 年月日
      2015-07-01
    • 国際学会
  • [学会発表] Numerical Investigation of Formation and Variability of Antarctic Bottom Water off Cape Darnley2015

    • 著者名/発表者名
      Nakayama, Y., Ohshima, K. I., Matsumura, Y., Fukamachi, Y., Hiroyasu, H.
    • 学会等名
      26th IUGG General Assembly 2015
    • 発表場所
      プラハ(チェコ)
    • 年月日
      2015-07-01
    • 国際学会
  • [学会発表] Modeling Frazil Ice using Lagrangian particle tracking2015

    • 著者名/発表者名
      Matsumura, Y., and Ohshima, K. I.
    • 学会等名
      26th IUGG General Assembly 2015
    • 発表場所
      プラハ(チェコ)
    • 年月日
      2015-07-01
    • 国際学会
  • [学会発表] Sea ice production variability in the Antarctic coastal polynyas2015

    • 著者名/発表者名
      Tamura, T., Ohshima, K. I., Williams, G. D., and Fraser, A. D.
    • 学会等名
      26th IUGG General Assembly 2015
    • 発表場所
      プラハ(チェコ)
    • 年月日
      2015-06-27
    • 国際学会
  • [学会発表] Landfast sea ice: the missing factor explaining Antarctic coastal polynya sea ice production2015

    • 著者名/発表者名
      Fraser, A. D., Ohshima, K. I., Nihashi, S., Massom, R. A., and Tamura, T.
    • 学会等名
      26th IUGG General Assembly 2015
    • 発表場所
      プラハ(チェコ)
    • 年月日
      2015-06-26
    • 国際学会
  • [学会発表] Coincident circumpolar mapping of Antarctic coastal polynyas and landfast sea ice; their relationship and linkage2015

    • 著者名/発表者名
      Nihashi Sohey and Ohshima Kay I.
    • 学会等名
      26th IUGG General Assembly 2015
    • 発表場所
      プラハ(チェコ)
    • 年月日
      2015-06-26
    • 国際学会
  • [学会発表] Sediment upward dispersion and frail ice formation by strong wnd events -A possible mechanism of iron supply to sea ice2015

    • 著者名/発表者名
      Ito, M., Ohshima, K. I., Nishioka, J., Kusumoto, Y., Mizuta, G., Fukamachi, Y.
    • 学会等名
      2015 ESSAS Annual Science Meeting
    • 発表場所
      シアトル(アメリカ合衆国)
    • 年月日
      2015-06-17
    • 国際学会
  • [学会発表] 南大洋・南極氷床変動の解明に向けた分野融合研究2015

    • 著者名/発表者名
      野木義史, 大島慶一郎, 池原実, 茂木正人, 川村賢二, 福田洋一, 阿部彩子, 田村岳史, 菅沼悠介
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2015年大会
    • 発表場所
      幕張メッセ国際会議場(千葉県千葉市)
    • 年月日
      2015-05-27
  • [学会発表] グローバルな視点で見た南大洋の海氷生成と底層水形成2015

    • 著者名/発表者名
      大島慶一郎, 二橋創平, 岩本勉之, 田村岳史
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2015年大会
    • 発表場所
      幕張メッセ国際会議場(千葉県千葉市)
    • 年月日
      2015-05-27
  • [学会発表] AMSR-Eデータを用いた南極海の定着氷域の新しい検出方法2015

    • 著者名/発表者名
      二橋創平, Fraser, A. D., 大島慶一郎
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2015年大会
    • 発表場所
      幕張メッセ国際会議場(千葉県千葉市)
    • 年月日
      2015-05-27
  • [図書] パリティ「特集:物理科学, この1年」, Vol.31, No.12016

    • 著者名/発表者名
      大島慶一郎
    • 総ページ数
      116 (66-67)
    • 出版者
      丸善出版
  • [図書] 北海道大学低温科学研究所編「低温科学便覧」, 第7章 南極海における海氷生成と深層水形成2015

    • 著者名/発表者名
      大島慶一郎, 深町康, 青木茂, 松村義正 他
    • 総ページ数
      383 (133-158)
    • 出版者
      丸善出版

URL: 

公開日: 2017-01-06  

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