【研究領域課題番号】20K19949 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

微量金属 / 海氷 / 北極海 / 微量金属元素 / 極域海洋 / マンガン / 微量元素 / 極域

【研究成果の概要】

北極圏海氷域における微量金属元素「マンガン（Mn）」の役割を明らかにするために、2021年度は主に以下の取組みを行った。
１．北海道サロマ湖の海氷および海水中のMnの定量評価を行った。
２．北極海での現場観測が実現し、海氷域でMn分析用の海氷、海水試料を採取することに成功した。
３．新規製作したMnの分析装置を用いて、海水中のMnの分析がほぼ可能になった。
１について、2020年度にサロマ湖で採取した海氷下海水中のろ過Mn（溶存態Mn）を誘導結合プラズマ質量分析計（ICP-MS）で分析した。海水中の溶存態Mn濃度の鉛直分布は、表層1 m（115 nM）から底層10 m（53 nM）にかけて減少した。一方、海氷の融け水中の溶存態Mn濃度は、800 nMを超える高い値を示した。分析結果から、海氷からMnが放出されたことで、表層水中のMn濃度が増加したことが考えられた。2について、ロシアの砕氷船R/V Akademik Tryoshnikovに乗船し、北極海を調査する国際観測航海（2021 NABOS Expedition）に参加した。ペリスタルティックポンプを用いて、ラプテフ海、東シベリア海の表層水を船の舷部から採水した。また船から北極海の海氷上へ降りて氷上観測を実施し、海氷下の海水と海氷試料を採取した。これらはMn分析用の試料として日本へ持ち帰り、分析の準備を進めている。3について、2020年度に新規製作したMn分析計の分析ラインを組み上げ、ルミノール化学発光法を用いた分析法の検討を行った。検討した分析法を用いて、海水中のMnを定量的に評価した。

【研究種目】若手研究

【研究期間】2020-04-01 - 2023-03-31

【配分額】4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)

【研究領域課題番号】18K11612 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

硫黄循環 / 硫化ジメチル / 海氷 / 北極海 / メルトポンド

【研究成果の概要】

本研究は、本来北極海での観測において海氷環境で行われる予定であったが、新型コロナウイルス感染症の蔓延により、予定していた韓国極地研究所のアラオン号による北極海航海に参加の見通しが立たなくなった。アラオン号での観測が可能となるまで本研究費を延長する可能性も検討したが、今後状況が早急に改善される可能性が低いと判断し、本研究は北極海の海氷環境に近しい環境である北海道サロマ湖において同様の観測をおこなうこととした。2021年2月から3月にかけて行われた予備観測の結果を受け、2021年度は2022年2月から3月にかけてサロマ湖において約1週間の観測をおこない、海氷、海氷下海水を鉛直方向に密に採取した。試料は海氷を鉛直方向に4層に切断して採取し、海氷下海水はバンドン採水器を用いて低塩分層、移行層、高塩分層の3層で採取した。これらの試料のうち、溶存硫化ジメチル濃度はサロマ湖湖畔のネイパル北見の実験スペースにおいてガスクロマトグラフを用いて分析を行った。他の試料は硫化ジメチルの前駆体であるジメチルスフォニオプロピオネート（DMSP）、DMSP分解酵素の遺伝子発現の分析のため、ネイパル北見で試料の前処理を行った。未測定の試料は2022年度ので測定する予定である。また、サロマ湖での観測では東海大学の野坂博士も共同で観測をおこない、クロロフィル濃度、バクテリア計数、透明細胞外重合物質粒子（TEP）のデータについて提供をしていただく予定である。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2018-04-01 - 2023-03-31

【配分額】4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)

【研究領域課題番号】18KK0292 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

北極海 / 雲 / 海氷 / 大気ー海氷ー海洋相互作用 / 雲システム / 相互作用 / 雲・降水 / 海洋 / 気候システム / 温暖化 / 湿潤化

【研究成果の概要】

本研究課題におけるドイツのアルフレッドウェーゲーナー極地海洋研究所（以下：AWI）との共同観測・共同研究の主要な成果は、以下の４つが挙げられる。（1）大気領域モデルにおける雲・放射過程を日本の研究船で観測した事例で検証（ドイツを含む4カ国からなる７つのモデルが参加）、（2）ニーオルスンで実施したCPSゾンデ観測データの補正方法の提唱とドイツが実施した雲観測データとの比較、(3)ロシア・ケープバラノバ基地でのラジオゾンデ観測の精度評価、(4)ドイツが主体となるMOSAiC航海に参加およびデータ解析。

【研究の社会的意義】

気候モデルにおいて雲を精緻に計算することは長年の課題である。一方で、雲自体の観測も難しい分野である。本研究では、前者について、日本の研究船「みらい」で取得した海氷のない北極海の各種の気象データを利用し、各国の数値モデルを検証した。これにより雲が液相か固相かによって放射計算の結果が観測から大きくずれることを示した。後者については、雲を安価に観測できる観測手法について、データの補正方法の提唱や検証を行った。また、MOSAiCという数十年に一度の北極海の国際観測プロジェクトに国際パートナーとして参画し、通年のデータを取得できたことは、今後の北極気候変動研究の推進に大きく貢献する。

【研究種目】国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B))

【研究期間】2018-10-09 - 2021-03-31

【配分額】18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円)

【研究分野】気象・海洋物理・陸水学

【研究領域課題番号】16K21700 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

北極海 / 慣性振動 / 内部重力波 / 海水 / 乱流混合 / エネルギー散逸 / ウェーブレット / 海氷 / 北極海・チャクチ海台 / 近慣性内部重力波 / エネルギーカスケード / 渦ー波ー乱流の相互作用効果 / 海氷減少 / 地球温暖化 / 海洋物理 / 海洋乱流 / 気候変動

【研究成果の概要】

本研究では、北極海における海氷変動と海洋内部の乱流混合エネルギーについて実態を解明すべく、船舶や係留系を用いた観測を執り行った。海氷が著しく後退する西部北極海に設置した係留系のデータを解析した結果、元来、海洋の乱流エネルギーが小さいと考えられている海域であるにもかかわらず、顕著な内部波や混合エネルギーの存在が確認された。これは、海氷後退の結果、大気と海洋間で熱や運動量の交換が拡大していることに起因する。この変化は、海氷が比較的少ない初夏や結氷初期に、海氷が風に対して敏感に応答することで、海洋上層に同じ周期の波動が発生し、下方伝搬した結果と考えられる。

【研究の社会的意義】

上述のように、地球温暖化の影響で海氷が著しく減少し続ける北極海において、海洋が大気に接する時間が増加することは自明である。変化が著しい北極海において、海洋がこの変化にどのように応答しているのか？と言う問いに対して、係留系を用いた直接的な海氷や海洋流速の現場観測を執り行い、通年におよぶ貴重な実測データを取得した。その詳細なデータ解析から、北極海の海洋では、地球温暖化に端を発した海氷減少の影響がすでに中・深層にまでおよび始めていることを提示できた点は、学術コミュニティのみならず社会全体に与える影響力は決して小さくないと考える。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)

【研究分野】船舶海洋工学

【研究領域課題番号】26249133 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

北極海 / 海氷予測 / 現場観測 / 衛星リモートセンシング / 数値モデル / マイクロ波放射計 / 海氷漂流速度 / データ同化 / 海氷 / 予測 / 観測

【研究成果の概要】

屋外実験やサロマ湖、北極海・南極海での現地観測を行い、可搬型マイクロ波放射計を用いたマイクロ波帯の放射・散乱・反射特性を測定した。それにより、衛星リモートセンシングの海氷厚アルゴリズムを改良した。加えて、人工衛星搭載のマイクロ波放射計データを用いて毎日の正味海氷増加・減少面積のデータセットを作成し数値モデルの検証に用いるとともに、北極海における海氷変動メカニズムの解析を行った。
数値モデルに観測データを取り込むこと（データ同化）により、北極海航路域の海氷短期予測と北極海全域の海氷季節予測の精度が改善され、風、海氷、亜表層水が予測精度に重要な役目を果たしていることが示唆された。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2014-04-01 - 2018-03-31

【配分額】37,310千円 (直接経費: 28,700千円、間接経費: 8,610千円)

【研究分野】環境動態解析

【研究領域課題番号】24241009 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

北極海 / 地球温暖化 / 極温暖化増幅 / 予測可能性 / 異常気象 / 観測 / データ同化 / 極端気象現象 / 海氷 / 予測 / 中高緯度 / 相互作用 / 低気圧 / 雲降水 / 水循環

【研究成果の概要】

北極の温暖化増幅に関して、低気圧活動の役割に着目した観測的・数値的研究を実施した。(1)シベリア域の低気圧活動の変動は、水蒸気輸送過程を通じて水循環・河川流量の変動に影響を与えるとともに、夏季北極海上の海氷を減少させる特有の気圧配置を左右する要素であること、(2)冬季バレンツ海やベーリング海の低気圧活動の変化は、近年の北極温暖化および海氷減少に影響する一方で、中緯度での厳冬を引き起こし、その予測には中緯度海洋の変動が鍵であること、（３）北極海航路上の強風や海氷の移流を精度よく予測するには、高層気象観測網の強化が必要であること、などを明らかにした。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2012-04-01 - 2016-03-31

【配分額】45,370千円 (直接経費: 34,900千円、間接経費: 10,470千円)

【研究分野】海洋工学

【研究領域課題番号】11450387 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

北極海 / 海氷 / 地理情報システム / GIS / 数値予報 / 極地環境 / 氷海工学 / 流氷

【研究成果の概要】

本研究で得られた成果は,下記の通りである。
1.北極海上空及び海上の気象データを入手した。データ供給元は、ECMWFと気象庁である。
2.北極海の氷況の人工衛星観測データを入手した。これは、米国DMSP衛星搭載のSSM/Iセンサによるもので、NSIDCから入手した。このデータは解像度25kmと大変粗いものであるが、ほぽ毎日の氷況のデジタルデータがインターネットを通して入手できるため、便利である。
3.海流データは適当なものが見つからなかったため、数値計算により予測することを前提として、回転水槽を用いた基礎実験とそれに対応した数値計算を行った。実験においては、水槽の回転数と直径方向の流速の関係を変化させることにより、実際に北極海で見られる貫北極海流とボーフォート還流が表現され、北極海の表面海流にシベリアやアラスカからの大量の河川流出の寄与の大きいことが示唆された。また、多層流モデルによる計算も実験と同様の結果を示し、この計算プログラムが北極海海流の予測に有効であることが示された。
4.収集したデータは全て、汎用GISソフトであるArcView用にデータ変換し、GISデータベース化した。これにより、データの閲覧・解析が容易になり、有効活用できるようになった。
5.この様にして作成されたシステムを用いて、北極海全域の海氷変動挙動を解析した。それにより、氷野全体は主に風と気温により変動するが、局所的には非常に複雑な変化をするところもあるなど、海域ごとの特徴を抽出することができた。
6.さらに、GISと海氷変動予測計算を繋ぐインターフェースプログラムを作成し、データ・GIS・予測計算を結合したシステムを作成した。これを用いて北極海の海氷変動予測計算を行い、その有効性を確かめた。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】1999 - 2000

【配分額】15,200千円 (直接経費: 15,200千円)