2016 Fiscal Year Annual Research Report
Recent surface darkening and abrupt melting of Greenland ice sheet (SIGMA2)
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16H01772
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
青木 輝夫 岡山大学, 自然科学研究科, 教授 (30354492)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
梶野 瑞王 気象庁気象研究所, 環境・応用気象研究部, 主任研究官 (00447939)
庭野 匡思 気象庁気象研究所, 気候研究部, 研究官 (10515026)
本山 秀明 国立極地研究所, 研究教育系, 教授 (20210099)
橋本 明弘 気象庁気象研究所, 予報研究部, 主任研究官 (20462525)
谷川 朋範 気象庁気象研究所, 気候研究部, 研究官 (20509989)
的場 澄人 北海道大学, 低温科学研究所, 助教 (30391163)
大島 長 気象庁気象研究所, 環境・応用気象研究部, 主任研究官 (50590064)
保坂 征宏 気象庁気象研究所, 気候研究部, 室長 (70354454)
藤田 耕史 名古屋大学, 環境学研究科, 准教授 (80303593)
足立 光司 気象庁気象研究所, 環境・応用気象研究部, 主任研究官 (90630814)
竹内 望 千葉大学, 大学院理学研究科, 教授 (30353452)
飯塚 芳徳 北海道大学, 低温科学研究所, 助教 (40370043)
石元 裕史 気象庁気象研究所, 気象衛星・観測システム研究部, 室長 (70281136)
田中 泰宙 気象庁気象研究所, 環境・応用気象研究部, 主任研究官 (50435591)
野沢 徹 岡山大学, 自然科学研究科, 教授 (10311325)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | グリーンランド氷床 / 暗色化 / 光吸収性エアロゾル / アルベド / 非静力学モデル / 積雪変質モデル / 全球・領域化学輸送モデル / 雪氷微生物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
(1)地上観測：雪氷中の光吸収性エアロゾル（LAA）を昇華装置で電子顕微鏡用試料に作成する方法を開発すると共に、LAA濃度をろ過したフィルターの透過率から推定するための装置を開発した。雪氷微生物の繁殖モデル開発のため、過去に取得したサンプル分析を実施し、表面暗色化に関わるシアノバクテリアがダスト量と強い相関のあることが分かった。また、クリオコナイトホール（CCH）は全体としてはアルベドを高く維持する効果があることが分かった。その他、次年度の現地観測のための自動気象観測装置の部品調達、CCHの3次元構造測定装置の開発を行った。
(2)衛星観測：積雪のX線マイクロCTデータを使って、積雪粒子形状とその光散乱特性を計算し、アルゴリズムで用いられる粒子散乱モデルとの比較を行った。グリーンランド氷床上全積雪域において、表面積雪粒径の2000-2016年間における経年変化のトレンドをMODISデータから抽出した結果、夏季の7月に顕著な増加トレンドが確認された。また、1982-2013年の長期間の衛星光学センサの観測データを解析し、グリーンランド氷床上における雪氷微生物の繁殖に重要な湿雪被覆期間の経年変動を調べた。
(3)数値モデリング：全球エアロゾルモデルMASINGAR及び全球化学気候モデルMRI-CCM2を側面・上部境界条件として気象庁非静力学・化学モデルNHM-Chemを走らせるフレームワークを構築した。また、NHM-Chemと積雪変質モデルSMAPを連携するためのインターフェースを構築した。グリーンランドのローカルダストの発生フラックスを計算できるモジュールをNHM-Chemに実装した。一方、NHMとSMAPを結合し、グリーンランド全域で、表面質収支の季節変化と年々変動を再現できるようになった。さらに、全球モデルで用いられている陸面モデルに生物起源の雪氷汚染を組み込む準備を進めた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
(1)地上観測：2017年度に計画中の北西グリーンランド氷床上現地観測準備は順調に進んでいる。また、雪氷中LAA測定のための昇華装置開発は計画通り進み、次年度以降の観測の目処が立った。一方、過去の現地気象・雪氷観測データを用いて、衛星リモートセンシング及び数値モデルの計算値との比較を行い、それぞれの検証作業が概ね順調に進んだ。また、2014年に掘削したアイスコアの分析も順調に進み、1660年以降のブラックカーボン等濃度の季節変化が再現できる高い時間分解能の測定ができるようになった。微生物分析では、過去のサンプル分析が計画通り進み、表面不純物堆積量の決定要因を絞り込むことができた。
(2)衛星観測：比較的長期に利用できるMODIS及びAVHRRデータを利用し、グリーンランドの涵養域、消耗域それぞれにおける表面状態変化の長期変動を精度良く抽出できた。衛星光学センサの長期データセットの整備が終わり、グリーンランド氷床上の湿雪域の時空間変動の解析が順調に進んだ。積雪の光散乱粒子モデルを開発するため、共同研究機関の協力で積雪のX線マイクロCTデータを入手し、積雪粒子形状の抽出を計画通り行い、さらに粒子の光散乱特性を幾何光学近似法で計算する作業まで行った。
(3)数値モデリング：NHM-Chem-SMAP結合計算を開始できる目途が付き、領域スケールのモデル開発は順調に進んだ。その中で、グリーンランド気象場の予測・再現に適用できるようNHM-Chemに改修を加え、動作確認を行い、グリーンランド北西部を対象とする水平解像度1kmの気象予測実験を開始できた。全球モデルでは北極域でのブラックカーボンについて、モデル計算と観測結果との比較を進めつつあり。また、微生物モデル開発ではCCHの発達と崩壊を表現するモデルの開発を進めた結果、グリーンランドで観測されたCCHの深さ変化を再現することに成功した。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1)地上観測：2017年度に北西グリーンランド氷床上で現地観測を実施し、自動気象観測装置観測、分光放射観測、積雪断面観測、フィルン・コア掘削、LAA測定用積雪サンプリング等を行う。また、同地域のカナック氷帽上での自動気象観測装置観測、周辺の裸氷域での分光放射観測、堆積物のサンプリング、クリオコナイト観察を実施する。これらの観測及び過去の観測で得られた積雪・氷床コアサンプルを昇華側エアロゾル分析装置やフィルター透過率測定装置で高精度測定し、LAA組成や濃度とアルベド及び表面融解量との関係に着目した解析・気候復元を行う。
(2)衛星観測：積雪のX線マイクロCTデータ解析を継続して行い、変質過程と粒子形状・粒径分布との関係についての実用的なモデルを構築する。また、高度化した積雪粒子による光散乱モデルを用いて、2000年以降のMODISデータを用いてグリーンランド氷床の涵養域における積雪粒径の時空間変動を求める。さらに、涵養域における裸氷及び微生物による暗色域の年々変動の地域的な違いを調べると共に、雪氷微生物の繁殖に重要となる湿雪域の時空間分布の特徴を調べる。
(3)数値モデリング：NHM-Chem-SMAP結合計算を実施し、近年のグリーンランド全域における表面質量収支の時空間分布、経年変化等を解析する。その際、衛星観測データ等を利用して雲・降水の再現性に関する検証を行う。また、全球・領域化学輸送－積雪プロセスモデルシステムを用いて、グリーンランドにおけるLAAとして重要なBC及びダストの降下量と、それによる表面質量収支への影響を面的に評価し、その影響量に対するLAAの長距離輸送成分とローカル発生源の寄与率を算出する。微生物効果を組み込んだ全球モデルによって、感度実験を実施し、微生物の定量的効果を調べる。さらに、CCHの崩壊と気象条件の関係及びアルベドへの影響について解析する。
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[Journal Article] 北極域における積雪汚染及び雪氷微生物が急激な温暖化に及ぼす影響評価に関する研究（SIGMAプロジェクト）」によるグリーンランド観測2017
Author(s)
青木輝夫, 庭野匡思, 谷川朋範, 橋本明弘, 的場澄人, 杉山慎, 竹内望, 本山秀明, 永塚尚子, 植竹淳, 堀雅裕, 島田利元, 山口悟, 藤田耕史, 山崎哲秀
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Journal Title
極地
Volume: 53
Pages: 34-40
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[Journal Article] Initiation of a major calving event on Bowdoin Glacier captured by UAV photogrammetry2017
Author(s)
Jouvet, G., Weidmann, Y., Seguinot, J., Funk, M., Abe, T., Sakakibara, D., Seddik, H., Sugiyama, S.
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Journal Title
The Cryosphere
Volume: 印刷中
Pages: 印刷中
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] THE GLOBAL AEROSOL SYNTHESIS AND SCIENCE PROJECT (GASSP) Measurements and modelling to reduce uncertainty2017
Author(s)
Reddington, C., K. Carslaw, P. Stier, N. Schutgens, H. Coe, D. Liu, J. Allan, J. Browse, K. Pringle, L. Lee, M. Yoshioka, J. Johnson, L. Regayre, D. Spracklen, G. Mann, A. Clarke, M. Hermann, S. Henning, H. Wex, T. Kristensen, W. Leaitch, U. Poeschl, D. Rose, M. Andreae, J. Schmale, Y. Kondo, N. Oshima, et. al.
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Journal Title
Bull. Amer. Meteor. Soc.
Volume: in press
Pages: in press
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] グリーンランド南東ドームにおける浅層掘削と初期物理解析2017
Author(s)
飯塚芳徳, 的場澄人, 藤田秀二, 新堀邦夫, 山崎哲秀, 宮本淳, 堀彰, 斉藤健, 古川崚仁, 杉山慎, 青木輝夫
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Journal Title
低温科学
Volume: 75
Pages: 45-52
DOI
Open Access
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[Journal Article] 宇宙からの積雪観測2016
Author(s)
堀雅裕, 青木輝夫, 谷川朋範, Knut Stamnes, and Wei Li
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Journal Title
雪氷
Volume: 78
Pages: i-ii
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Taxon interactions control the distributions of cryoconite bacteria colonizing a High Arctic ice cap2016
Author(s)
Gokul, J. K., Hodson, A. J., Saetnan, E. R., Irvine-Fynn, T. D. L., Westall, P. J., Detheridge, A. P., Takeuchi, N., Bussell, J., Mur, L. A. J. and Edwards, A.
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Journal Title
Molecular Ecology
Volume: 25
Pages: 3752-3767
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] A Firn Densification Process in the High Accumulation Dome of Southeastern Greenland2016
Author(s)
Iizuka, Y., Miyamoto, A., Hori, A., Matoba, S., Furukawa, R., Saito, T., Fujita, S, Hirabayashi, M, Yamaguchi, S, Fujita, K, Takeuchi, N.
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Journal Title
Arctic Antarctic and Alpine Research
Volume: 49(1)
Pages: 13-27
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Anthropogenic influences on the physical state of submicron particulate matter over a tropical forest2016
Author(s)
Bateman, A. P., Gong, Z., Harder, T. H., de Sa, S. S., Wang, B., Castillo, P., China, S., Liu, Y., O'Brien, R. E., Palm, B. B., Shiu, H.-W., Cirino, G. G., Thalman, R., Adachi, K., et al.
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Journal Title
Atmospheric Chemistry and Physics
Volume: 17
Pages: 1759-1773
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] Effect of difference in Terra and Aqua on MODIS-derived snow products, and numerically simulated snow grain size over Greenland ice sheet2017
Author(s)
Aoki, T., R. Shimada, T. Tanikawa, M. Niwano, M. Hori, H. Ishimoto, K. Stamnes, W. Li, and N. Chen
Organizer
Joint PI Meeting of Global Environment Observation Mission 2016
Place of Presentation
TKP GardenCity Takebashi (Tokyo)
Year and Date
2017-01-23 – 2017-01-27
Int'l Joint Research
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[Presentation] Recent ice mass loss of outlet glaciers and ice caps in the Qaanaaq region, northwestern Greenland2016
Author(s)
S. Sugiyama, S. Tsutaki, D. Sakakibara, J. Saito, Y. Ohashi, M. Maruyama, N. Katayama, E. Podolskiy, M. Minowa, S. Matsuno, T. Sawagaki, S. Matoba, M. Funk, R. Genco, H. Enomoto
Organizer
American Geophysical Union fall meeting 2016
Place of Presentation
Moscone Center, San Francisco
Year and Date
2016-12-12 – 2016-12-16
Int'l Joint Research
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[Presentation] グリーンランド氷床北西部SIGMA-Dアイスコア中の鉱物組成変動2016
Author(s)
永塚尚子, 東久美子, 本山秀明, 的場澄人, 藤田耕史, 山崎哲秀, 大沼友貴彦, 箕輪昌紘, 小室悠紀, 青木輝夫, 平林幹啓, Dallmayr R
Organizer
第7回極域科学シンポジウム
Place of Presentation
国立極地研究所（立川市）
Year and Date
2016-11-29 – 2016-12-02
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[Presentation] Variations of back carbon and dust in Greenland during the past 350 years2016
Author(s)
Kumiko Goto-Azuma, Yoshimi Ogawa-Tsukagawa, Yutaka Kondo, Remi Dallmayr, Motohiro Hirabayashi, Jun Ogata, Kyotaro Kitamura, Kenji Kawamura, Hideaki Motoyama, Sumito Matoba, Moe Kadota, Teruo Aoki, Nobuhiro Moteki, Sho Ohata, Tatshuhiro Mori, Makoto Koike, Yuki Komuro, Akane Tsushima and Naoko Nagatsuka
Organizer
The Seventh Symposium on Polar Science
Place of Presentation
国立極地研究所（東京）
Year and Date
2016-11-29 – 2016-12-02
Int'l Joint Research
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[Presentation] グリーンランドSIGMA-Dサイ トにおける過去350年間のブラックカーボン変動－アイスコア連続融解分析装置に よる初期結果－2016
Author(s)
東久美子, 塚川佳美, 近藤豊, ダルマイヤー・レミ, 平林幹啓, 尾形純, 北村亨 太郎, 川村賢二, 本山秀明, 的場澄人, 門田萌, 青木輝夫, 茂木信宏, 大畑祥, 森樹大, 小池真, 小室悠紀, 對馬あかね, 永塚尚子
Organizer
雪氷研究大会（2016・名古屋）
Place of Presentation
名古屋大学（名古屋市）
Year and Date
2016-09-28 – 2016-10-02
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[Presentation] グリーンランド氷床北西部SIGMA-Dアイスコア中の鉱物組成変動2016
Author(s)
永塚尚子, 東久美子, 本山秀明, 的場澄人, 藤田耕史, 山崎哲秀, 大沼友貴彦, 箕輪昌紘, 小室悠紀, 青木輝夫, 平林幹啓, Dallmayr R
Organizer
雪氷研究大会（2016・名古屋）
Place of Presentation
名古屋大学（名古屋市）
Year and Date
2016-09-28 – 2016-10-01
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[Presentation] 2012年のグリーンランド氷床における極域領域気候モデルNHM-SMAP初期評価結果2016
Author(s)
庭野匡思, 青木輝夫, 橋本明弘, 谷川朋範, 保坂征宏, 堀雅裕, 島田利元, 的場澄人, 山口悟, 藤田耕史, 本山秀明
Organizer
雪氷研究大会（2016・名古屋）
Place of Presentation
名古屋大学（名古屋市）
Year and Date
2016-09-28 – 2016-10-01
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[Presentation] Development of the NHM-SMAP regional climate model2016
Author(s)
Masashi Niwano，Teruo Aoki，Akihiro Hashimoto，Tomonori Tanikawa，Masahiro Hosaka，Rigen Shimada，and Masahiro Hori
Organizer
Greenland Surface Mass Balance Workshop
Place of Presentation
Lamont-Doherty Earth Observatory of Columbia University, New York
Year and Date
2016-09-07 – 2016-09-08
Int'l Joint Research
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[Presentation] グリーンランド氷床上における積雪物理量の衛星リモートセンシング2016
Author(s)
青木輝夫, 朽木勝幸, 庭野匡思, 石元裕史, 増田一彦, 堀雅裕, 谷川朋範, 島田利元, Knut Stamnes, Wei Li, Nan Chen
Organizer
日本気象学会2016年度春季大会
Place of Presentation
国立オリンピック記念青少年総合センター（東京）
Year and Date
2016-05-18 – 2016-05-21
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[Presentation] Spatial and interannual variation of satellite derived snow grain size on Greenland ice sheet2016
Author(s)
Aoki, T. K. Kuchiki, M. Niwano, T. Tanikawa, M. Hori, R. Shimada, H. Ishimoto, K. Stamnes, W. Li, and N. Chen, S. Matoba, S. Yamaguchi, K. Masuda, and M. Schneebeli
Organizer
International Radiation Symposium 2016
Place of Presentation
University of Auckland (Auckland)
Year and Date
2016-04-14 – 2016-04-22
Int'l Joint Research
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