5． 衛星観測：海氷研究の生命線

海氷研究は衛星リモートセンシングにより進展してきた

AMSR2(日本のセンサー)による

1972年前種々の沿岸観測データを収集して解析

1972

ESMR
マイクロ波放射計により、初めて全球での海氷分布がわかるようになる

1978

SMMR

1987

SSM/I
分解能 25㎞
現在も継続

2002

AMSR, AMSR-E
日本の衛星センサー
分解能 6.3－12.5km
AMSR2

2012
日本の衛星センサー
今後

日本のセンサーAMSRシリーズは今や海氷研究の生命線

AMSRの後継機 ?
◎可視光
太陽光の反射

赤外線
地球放射：温度マイクロ波（雲を突き抜ける）

吸収帯

電磁波
◎

1

（衛星）リモートセンシング• 能動センサー（自ら電磁波を出し、そのはね返りを測定）
レーダー (radar) : パワー大
合成開口レーダー(SAR: Synthetic Aperture Radar)
マイクロ波散乱計
マイクロ波高度計• 受動センサー（物体から射出される電磁波を測定）
放射計 (radiometer) : パワー小マイクロ波放射計 （SSM/I, AMSR）
可視・赤外放射計 (“ひまわり”などもそう)◎ウェッデルポリニヤ
マイクロ波放射計による （冬季）
ポリニヤ形成メカニズム
熱、水蒸気、CO2など

１９７４

大気S小冷却S大S小

deepconvection

１９７５

熱

１９７６2

沿岸ポリニヤ → 海氷生産工場

熱損失

Heat loss
vs.
Ice thickness

海氷厚
海氷がたくさんできるほど、塩分が排出され、重い水ができる

マイクロ波放射計による薄氷厚アルゴリズム→ 熱収支計算による熱損失 ＝ 海氷生産量○

・マイクロ波放射計(AMSR)により薄氷厚検出(アルゴリズム)
・熱収支計算←氷厚データ+大気データ・奪われる熱はすべて海氷生産に使われると仮定
海氷生産量を全球で毎日見積もることができる
マイクロ波放射計(AMSR-E)

合成開口レーダー(ALOS PALSAR)
(m)

定着氷
薄氷

定着氷
空間分解能: 6.25km
南極大陸(ケープダンレーポリニヤ, 東南極)

2007年7月31日○3大気海氷表面間熱交換の様子

Ki：海氷熱伝導係数

海氷表面温度（Ts）
海氷

海氷内熱伝導フラックス（Fi）

放射フラックスH = Ki (Tw – Ts) / Fi

乱流フラックス

2m高気温

氷厚（H）

ｰ1.86℃（Tw）海Yu and Rothrock（1996） に従って氷厚を導出

AVHRR表面温度

南極海

AVHRR氷厚

ケイシー基地ケイシー基地

南極大陸

南極大陸

南極海

ヴィンセンネス湾ポリニヤ（2003年10月19日）

4

AVHRR氷厚

SSM/I PR (polarization ratio) の比較

AVHRR氷厚

SSM/I PR-85

ヴィンセンネス湾ポリニヤ（2003年10月19日）
PR=垂直偏波と水平偏波の比AMSR-E Polarization Ratio (PR) vs. MODIS ice thickness
89 GHz36 GHzRoss Sea
Weddell Sea
Cape Darnley

南極海での薄氷厚アルゴリズム
Ice thickness up to 20 cm is estimated from fitted exponential curve
Ice
89GHz: higher spatial resolution, but needs water vapor correction
Nihashi and Ohshima (2015)105氷厚導出の流れ

AVHRR ch4

AVHRR ch5

Key et al. (1997)(Tamura et al., revised)

海氷表面温度ECMWF
SSM/I（PR-85, PR-37）
比較・検証

熱収支計算
海氷厚（AVHRR氷厚）

薄氷アルゴリズム（ポリニヤの氷厚）(Yu and Rothrock, 1996)(Drucker et al., 2003)(Tamura et al., 2006)

熱収支計算 ＠海氷面

α：アルベド SE：顕熱フラックス
SW：短波放射 LA：潜熱フラックス
Q = (1－α)SW + LW + SE + LA + FC LW：長波放射 FC：海氷内熱伝導・氷厚データ ： マイクロ波放射計データによる氷厚アルゴリズム
・気象データ ： ERA-40（2m気温・露点温度，10m風速，SLP）+ ISCCP（雲量） + NCEP2（2m気温・絶対湿度，10m風速，SLP）

熱収支がバランスする(Q=0)ような海氷面温度を決めると熱伝導FCも求まり、FC=海氷から大気へ奪われる熱量

海氷生産量
V = FC/ (ρi L f) FC：海氷の熱損失，ρi ：海氷の密度，L f ：海氷融解の潜熱
結氷点の海氷域で大気に奪われる熱全て海氷生産へ（海洋下層からの熱流入は無視）○6

海氷生産量の全球マッピング(by AMSR)

Nihashi &Ohshima,(2015)

Iwamoto, Ohshima,& Tamura (2014)

南極海: 高海氷生産→底層水生成北極海: 低海氷生産
ｵﾎｰﾂｸ海: 北半球で最大

合成開口レーダー

13

飛行方向にデータを合成することで、アンテナ幅を大きくする効果を生む。
→ 分解能がよくなる◎7◎

衛星合成開口レーダー（SAR）で観測されたケープダンレーポリニヤ

8

海氷漂流速度の計算方法 (AMSR-E)

面相相関法を用いて計算
窓画像の大きさ： 37.5×37.5km
画像の時間間隔：２４時間（ascendingどうし、descendingどうしを用いる）→37.5×37.5kmグリッドの日平均データを作成
北半球全域の海氷域でほぼ欠測なく結果が得られる◎

ICESat による氷厚観測
レーザーを用いて、海面から出ている氷の高さを計測し、アイソスタシーを仮定して、下に沈んでいる分（氷の厚さ）を推定する。

海氷○9海氷を測る －係留観測から－
海氷の密接度や漂流といった量は人工衛星で観測可能であるが、最も基本的な物理量である「海氷の厚さデータ」
は、衛星の観測からでは正確な値を得ることが（将来とも）難しいものである。氷厚データに関しては、その平均的分布（気候値）さえもよくわかっていない状況にある。長期連続した客観性の高い海氷厚データを得るには、超音波氷厚計（Ice Profiling Sonar）を長期係留する方法が現在もっとも有効な方法である。これは海水中に係留された測器より発信した音波のエコー時間を用いて海氷の厚さを測定するもので、データ取得・データ処理ともに簡単ではないので、国際的にもまだ限られた研究者にしか使われていない。

氷厚計の計測原理＊論文・記事紹介のプレゼンテーション「古典・基礎的または話題性のある極域海洋に関わる論文」
あるいは「キーワードに北極海・南極海・オホーツク海・海氷などがある新聞記事」を題材に、論文紹介・記事紹介をパワーポイントを使って行う（6-7分程度）。記事紹介の場合は授業での話と関連付けられるものが望ましく、記事そのものだけでなく、その背景も調べてレポートする。主に学生間で2-4分程度の質疑応答も行う。また、研究課題は、A4レポート用紙数枚(最低2枚)でレポートする。
論文・記事レポートのプレゼンテーションを行う日
7月7日 (木）13:00－14：30
7月14日 (木）13:00－14：30
レポート提出は7月15日（金）16時30分まで10