2015 Fiscal Year Annual Research Report
可聴下波動伝播特性による南極域の多圏融合物理現象解明と温暖化影響評価
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26241010
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| Research Institution | National Institute of Polar Research |
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Principal Investigator |
金尾 政紀 国立極地研究所, 研究教育系, 准教授 (40233845)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山本 真行 高知工科大学, 工学部, 教授 (30368857)
岩田 貴樹 常磐大学, コミュニティ振興学部, 准教授 (30418991)
平松 良浩 金沢大学, 自然システム学系, 教授 (80283092)
石原 吉明 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 研究員 (80400232)
長尾 大道 東京大学, 地震研究所, 准教授 (80435833)
坪井 誠司 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 地球情報基盤センター, 部長 (90183871)
豊国 源知 東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (90626871)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 可聴下波動 / 南極域 / 多圏融合物理現象 / 微気圧変動 / 波浪脈動 / 氷河地震 / 波動伝播モデリング / 温暖化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
極域における可聴下周波数帯域の波動伝播特性による多圏システム間の物理相互作用解明に向けて、今年度は以下内容を実施した。
氷河地震関連では、昭和基地の地震検知率の統計解析から、季節依存性と気温との相関を詳細に調べた（Iwata and Kanao, 2015）。また国際地震センター（ISC）へ報告した地震数の長期変動と季節変化を検討した（Storchak et al., 2015）。さらにグリーンランドやシベリアを含む、北極全域の地震活動と地殻構造・テクトニクスについて最新成果をレビューした（Kanao et al., 2015）。
広域解析では昭和基地の微気圧変動アレイ観測データから、南大洋起源の波浪をはじめ各周波数帯の波動の到来方向推定を行った（Murayama et al., 2015）。また昭和基地を含む両極域の広帯域地震計データのスペクトル解析から、巨大地震で励起される地球中心核の低周波固有モードの励起状態の緯度分布を推定した（Shimizu et al., 2015）。さらに南極プレートの上部マントル3次元温度構造モデルを、国際極年で展開した地震計データのトモグラフィー解析より推定した（An et al., 2015）。
波動伝播モデリングでは、南大洋脈動による微気圧擾乱の励起様式と、大気-海洋-固体地球間のカップリングを、有限要素法による精密なモデリング計算で行った（松村、科研費雇用研究員）。また氷床中を伝搬する地震波形計算により、氷床厚や基盤深度情報も加味して、氷床中の実体波の生成様式を推定した (Toyokuni et al., 2015）。
本研究による成果を含め、国際極年における極域地震学的研究成果をエルゼビア社のPolar Science特集号として編集・出版した（2015, Vol. 9, Issue 1, ELSEVIER 社、計15編）。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
時系列解析では、昭和基地の微気圧計の2008‐2014年の連続データのスペクトル解析から、脈動と微気圧擾乱の短時間変動、日周・季節変化、並びに長期間の経年変化が得られ、順調に行われている（石原、研究分担者）。
氷河地震関連では、昭和基地の地震検知率の統計解析から季節依存性と気温との相関が詳細に調べられ、また検知地震数の長期変動と季節変化について検討された。さらに氷河地震を含む北極全域の地震活動とテクトニクスの最新成果がまとめられた。
広域解析では昭和基地の微気圧変動データから、南大洋波浪の到来方向推定がアレイ解析で行われ、また昭和基地を含む両極域の地震計スペクトル解析から、巨大地震で励起される中心核の低周波固有モードの励起状態の緯度分布が推定された。さらに南極プレート全域の上部マントル3次元不均質速度及び温度構造の微細モデルが、国際極年IPYで得られた南極域の広域データのトモグラフィー解析により、これまで以上の高い空間分解能で求められた。
波動伝播計算では、多圏間の物理相互作用メカニズム推定のため、大気-海洋のマルチスケール・カップリングのモデリングが行われ、また氷床中を伝搬する地震波形モデリングにより、氷床中の実体波（ice waves）の生成様式が示された。
本研究による成果は、エルゼビア社Polar Scienceや海洋出版の月刊地球等に、特集号として編集・出版されている。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成27年度までを継続し、固体地球と大気・氷床・海洋との物理相互作用で生じる波動伝播現象解明を進める。昭和基地と周辺域の微気圧データから、南大洋波浪による脈動の時系列解析、海氷消長に伴う地震動の活動度、等を中心に行う。また極域に特有な励起源を仮定した波動伝播特性のモデリングと多圏間カップリングを継続して研究する。
時系列解析では、昭和基地の微気圧記録を最新データ（～2016）まで解析し、海洋波浪による微気圧擾乱の振幅・周波数の長期間変動を調べ、気象データと比較して表層環境の影響を評価する。
氷河地震では、地震検知率の時間変動の統計解析を継続すると共に、気温以外に風向・風速・海氷分布との相関を調べる。また雪氷圏での破壊・衝突現象を起源とする非線形高周波共鳴シグナルの時間変動を調べ、表層環境データとの関連を検討する。さらに昭和基地周辺でのアレイデータから、周辺の氷震を検知して到来方向・震源決定を行う。
広域解析では、南極域の微気圧観測データから中規模、及び大規模アレイ解析を行い、小アレイの結果と比較して解析空間スケールの最適化を行う。また、砕氷船「しらせ」船上の南大洋波浪の解析を継続し、船体動揺による高度変化の影響を除去して波浪起源微気圧変動の緯度分布を推定する。
波動伝播計算では、大気-海洋-固体地球-雪氷圏の多圏間カップリングによる伝搬様式を推定する。特に海岸等の境界条件の推定、データ同化手法導入により、観測データを再現するための現実的なモデルを構築する。また南極氷床中を伝搬する地震波動の生成様式をさらに精度良くシミュレートする。
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[Journal Article] Temperatures, inferred lithosphere-asthenosphere boundary, and heat flux beneath the Antarctic Plate2015
Author(s)
An, M., Wiens, D. A., Zhao, Y., Feng, M., Nyblade, A., Kanao, M., Li, Y., Maggi, A. and Lévêque, J.
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Journal Title
Journal of Geophysical Research (Solid Earth)
Volume: 120
Pages: 8720-8742
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] Identification of the multi-sphere sources in the coastal and marine environment inferred from infrasound array observations in East Antarctica2015
Author(s)
Kanao, M., T. Murayama, M.-Y. Yamamoto, Y. Ishihara, T. Matsushima, S. Toda, Y. Kakinami and K. Okada
Organizer
the 26th General Assembly of the International Union of Geodesy and Geophysics (IUGG), S01e, IUGG-0303
Place of Presentation
Prague Congress Centre (Prague, Czech Republic)
Year and Date
2015-06-22 – 2015-07-02
Int'l Joint Research
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[Presentation] A source identification in the coastal and marine environment inferred from infrasound array observations in the Lüzow-Holm Bay, East Antarctica2015
Author(s)
Kanao, M., T. Murayama, M.-y. Yamamoto, Y.Ishihara, T. Matshushima, S. Toda, Y. Kakinami and K. Okada
Organizer
CTBT: Science and Technology 2015, T1.1-P02
Place of Presentation
Hofbrug Palace (Vienna, Austria)
Year and Date
2015-06-22 – 2015-06-26
Int'l Joint Research
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