・南極底層水研究の最新トピックス

世界の海洋の海底近くの水温分布
北大西洋深層水

海洋のコンベアベルト

南極底層水(Gordon, 2001)

全海水の約75%は４℃以下。 世界で一番重い冷たい水は南極海で作られ（南極底層水）、全世界の底層に拡がっていく。
深層循環（2000年の時間スケール）の源
海洋の子午面循環 (MOC: Meridional Overturning Circulation )北大西洋深層水の南下； 南極底層水の北上

北大西洋深層水

太平洋

南極底層水

南極底層水の形成域と輸送経路

ケープダンレーウェッデル海ウェッデル海ケルゲレン海台？
？

プレIPYとIPYでの日本の貢献
・南極底層水の形成←海氷生産の把握
・南極底層水の輸送
・南極底層水の変質と原因

Orsi et al. (1999) を加筆

沿岸ポリニヤとは？

・ 氷厚0～0.2mの薄氷域
・ 幅約数十km(Pease, 1987)

海氷厚と熱損失との関係

マイクロ波放射計

沿岸ポリニヤ＝薄氷域
衛星（マイクロ波放射計）から薄氷厚推定
熱収支計算：奪われた熱量＝海氷生産量

昭和基地

ウェッデル海

未知の南極底層水？
ダンレー岬

衛星による海氷生産量のマッピング
Tamura, Ohshima, Nihashi (2008)

南極底層水の形成域
ロス海
生産量 No. 1

アデリー

生産量
No. 2

CFC-11 Distribution near bottom (Orsi et al., 1999)

Suggestion ofAABW formation
around 60-70E

Weddell?

Amery

AABW
formation
Ross• Jacobs and Georgi(1977)• Middleton and Humphries(1989)• Mantisi et al. (1991)• Golovin et al. (2011)

AdelieSlide provided by S. Rintoul“CFC suggests that an important portion of the WADW in the southern Weddell Gyre
originates outside the western Weddell Sea, probably near the Amery Basin andenvirons, around 75E.” from Meredith et al. (2000, JGR)

S4

CFC11Darnley

S4DODarnley

Cape Darnley
Amery

Oxygen nearsea bottom

WOCE Atlas

昭和基地

ウェッデル海

未知の南極底層水？
ダンレー岬

衛星による海氷生産量のマッピング
Tamura, Ohshima, Nihashi (2008)

南極底層水の形成域
ロス海

The Darnley polynya on the west side of Prydz Bay
生産量
No. 1water thatアデリー
is another potential sourceof dense
is just beginning to be explored.
from Descriptive Physical Oceanography (Talley)生産量
No. 2

ケープダンレー沖：日本のIPYの集中観測海域

南極底層水
OxygenPotential Temp.

平野大輔氏
作成

係留系観測

アーンデラ
流速計

ＡＤＣＰ

峡谷の底(M3)での水温と流速の1年間の時系列 (水深 2659 m)
水温降下流速度
底近く・その上

海氷生産量
・峡谷では、冷たい重い水の到来に同期して強い降下流
・流れは底近くほど強いM3

Potem. temp. 水温降下流

Thick lines: 20m from bottom
Thin lines: 224m from bottom
Shaded periods: Northward (Downslope) velocity > 30cm/s

約4日周期で0.4m/s程度の降下流: 冷たい重い水と同期→ 傾圧不安定？ 地形性ﾛｽﾋﾞｰ波？
3-day 6-day oscillations occurs associated with dense plumein the Filchner, Weddell Sea (Darelius et al., 2009)

near bottom (26m)away bottom (224m)

DC trans.

新底層水の厚さ500m

nAABW trans.

新底層水の流量
流速・水温を内挿・外挿；-0.4℃以下を新底層水

新底層水の厚さは平均 300m：170m(6月) → 420m(10月) (予想以上に厚い)流れの幅を20kmと仮定：新底層水の流量 0.52(Sv)Cape Darnley

Amery Ice Shelf

Salinity of bottom water from instrumented seals
Collaborated with Drs. Williams, Roquet, Field, Hindell

SEaOS: Number of profiles:Southern Ocean

SODB: 10513
Argo: 19463
海氷域

SEaOS: 22230→ 150000Courtesy L. Boehme

ゾウアザラシ（Elphant seals）の場合：最大2000m まで潜る底の餌を取りに行くので高密度陸棚水・底層水が観測できる

高速非静水圧モデル(Matsumura & Hasumi)による数値simulation
中山修士論文Reproduction of arrival of dense water and periodic downslope current

observed θmodeled θobserved vmodeled v

Comparison between
observation and modelat M3

大きな海氷生産量はなぜ？

なぜ巨大なポリニヤができるか？

Westward coastal current
Streaks ofnew ice

100km
Offshoreward wind

Iceberg
tongue
合成開口レーダ

氷山舌によるフィルター効果

DSW ventilation in Polynya
and Subsequent AABW Transport
CDP: Cape Darnley Polynya
B. B. : Burton Basin
N. B. : Nielsen Basin

Mooring

M325

Sea ice production (color shading) and iceberg tongue (black)
during 2003-2010 (AMSR period)

cross-laminated sediments↓
signal of episodic density currents↓bottom water production

Nielsen
Basin

Ripple cross-laminated sediments on the East Antarctic Shelf:
Evidence for episodic bottom water production during theHolocene? by P. T. Harris, 2000, Marine Geology

Harris (2000)

cross-laminated sediments → bottom water production

5000yr

8000yrBurtonBasin

Intensity ofbottom current

Borchers, A. et al., (2010): Bottom-water dynamics during the Holocene
and the last interglacial stage (MIS 5) and its relation to sea-ice formationin East Antarctic shelf areas , IPY Oslo Science Conference, Oslo,Cape Darnley Project (Cruises)
IPYYear2008

20092010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

CruiseHakuho- Umitakamaru
maru
MooredRegion(Shirase) (Umitaka- Hakuhomaru)
maru

Shirase(Polynya)

Polynya
Slope

Slopeor
CanyonAqua AMSR-E

present

GCOM-W1 AMSR230

AABW Pathways in Model Forced by Polynya Salt Flux (Nakayama, in pre.)Integrated tracer concentration DW: Polynya  Depression  Canyon
Wild Canyon

High ice production(forcing) area

2011-13

2008-09(2013-14)

Depression

Mooring array off Cape Darnley
Deploy: Feb. 2011 (JARE52) → Recover: Feb. 2013 (JARE54)

Polynyamooring(JARE53)

Antarctic Bottom
Water

OxygenPotential Temp.

JARE51 → JARE54: 未知の南極底層水を探る

南極底層水の形成域と輸送経路

ケープダンレーウェッデル海ウェッデル海ケルゲレン海台？
？

プレIPYとIPYでの日本の貢献
・南極底層水の形成←海氷生産の把握
・南極底層水の輸送
・南極底層水の変質と原因？

Orsi et al. (1999) を加筆

S4

CFC11

DarnleyプレIPY観測(2003-2005): ケルゲレン海台東斜面での北上流と水温
青：北上流 赤：南下流

日豪の測器を結集した係留系アレイ175 km

 底層強化：世界最強の深層流

 南極底層水の厚さは1500 m

Fukamachi et al.,Nature Geoscience,in pressケルゲレン海台での南極底層水の北上流量
30 Sv

 LADCP SADCPとCTD観測を合わせた流量の見積り

Donohue et al.
(1999) in 94/12-95/1

12 Sv
Fukamachi et al.,Nature Geoscience,in press
0 Sv
03/F

2 - years

05/J2年間の平均流量は12.3 Sv  ウェッデルより大、大西洋の循環量に匹敵但し、再循環の部分の評価は今後の課題
変動が極めて大→スナップショット（過去研究）の見積もりではダメ季節変動は不明瞭, 季節内変動が顕著

南極底層水の形成域と輸送経路

ウェッデル海ウェッデル海ケルゲレン海台？

プレIPYとIPYでの日本の貢献
・南極底層水の形成←海氷生産の把握
・南極底層水の輸送
・南極底層水の変質と原因Orsi et al. (1999) を加筆

Ongoing warming / freshening of
Antarctic Bottom Water (AABW)- Brief review and new results -Abyssal warming below 4000m from 1990s to 2000s
Purkey and Johnson (2010)

Warming trend of bottom water (AABW)
Weddell Sea: Fahrbach et al.(2004)
Ross Sea: Ozaki et al. (2009), Jacobs and Giulivi (2010)
Adelie Coast: Aoki et al. (2005), Rintoul (2007)

Freshening of AABW
Ross Sea: Jacobs (2004)

Australian-Antarcitc Basin: Rintoul (2007)

Temperature

Adelie Coast:Aoki et al (2005)
Australian-AntarcticBasin

Cause of Freshening
・Enhanced melting ofIce Shelf

Warming・Increase of P-E(Precipitation-Evaporation

・Deduced sea ice prod.
in the polynya

Freshening
Salinity(Rintoul, 2007)

Increase/Decreased rate of Ice Shelf, Ice Sheet
From GRACE

Melting
Melting(Rignot et al. 2008)(Chen et al., 2008)

Temperature

Adelie Land
Bottom Water
Cause of Freshening

・Enhanced melting ofIce Shelf
・Increase of P-E(Precipitation-Evaporation

2012
after calving

2000s 1990s

2010 MGT calving
before calving

Freshening
Salinity

Aoki et al., in preparation

1970

・Deduced sea ice prod.
in the polynya

No.2
Cape Darnley

Mapping of annual
sea ice production
Tamura, Ohshima &Nihashi (2008)

Ross Sea

No. 1Mertz

No. 3

Breaking and outflow of MGT and B9B grounded iceberg from ALOS imageries(Breaking of MGT: Feb 2010)
Old regime of Mertz and Ninnis Glacierpolynyas by MGT and B9B
MGT

B9B

stable 1992~

MGTpushB9B(1 Dec 2009)
MGturn(20 Mar 2010)
B9B
MG(17 Aug 2010)

still moving

Change of ice production?
Change of AABW fomation?
New regime of Mertz Glacier polynyaby B9B and MG (Mertz Glacier)Sea ice production 2000-2009

2000-2009

Calving ofMertz Glacier Tongue (MGT)↓Decreasd sea ice production↓Decreased AABW ?

Calving of MGT in Feb. 2010 !

2010

2010

2011

2011

Tamura and Williams, et al., 2012,
Nature Communications

Impact of the Mertz Glacier Tongue calving on dense water formationand export; Kusahara et al. (2011, Nature Comm.)

Velocity & densitywith MGT: model

Seaice production
Velocity& densityfrom satellite
withoutMGT

Decreased DSW by 23%

Ice production
with MGT: model

Ice production
without MGT: modelOngoing warming / freshening of
Antarctic Bottom Water (AABW)→Contraction of AABW ?
→Global-scale slowdown oflower limb of MOC ??