・極域海洋と地球温暖化

正のﾌｨｰﾄﾞﾊﾞｯｸ

• 北極海の海氷の激減→夏には海氷がなくなってしまう？
→温暖化を加速する？

中深層水の形成

極域海洋→地球温暖化の高感度域→全球への影響• 北大西洋深層水の低塩化→熱塩循環が弱まってしまう？
• 南極底層水の低塩・低密度化→熱塩循環が弱まってしまう？
• オホーツク海での海氷生産減少→北太平洋の中層循環が弱まってしまう？

極域海洋→地球温暖化の高感度域→全球への影響• 北極海の海氷の激減→夏には海氷がなくなってしまう？
→温暖化を加速する？
• 北大西洋深層水の低塩化→熱塩循環が弱まってしまう？
• 南極底層水の低塩・低密度化→熱塩循環が弱まってしまう？
• オホーツク海での海氷生産減少→北太平洋の中層循環が弱まってしまう？

南極氷床は石鹸降り積もる雪が氷になる
割れにくい～変化が緩やか

北極海氷はシャボン玉
海が氷になる

割れやすい～急激な変化

南極大陸
氷床厚分布
３ｋｍ単位ｍ北極海
海氷厚分布(m)321

太平洋側

Newton2005年北極海横断
航海データ

３ｍ

大西洋側

Asahi Shinbun, 17 Aug. 2007
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朝日新聞 平成18年7月26日

IPCC model平均
海

氷の厚さ

実際の北極海の9月の海氷面積2007
4.2 million
km2

After Stroeve et al.
(2007, GRL)

1958-76 1993-97

Rothrock (1999)

潜水艦ソナーの観測

2007
2005

北極の海氷(衛星と潜水艦の観測）
面積・厚さとも減少(面積は特に夏）面積は10年で9%の減少
この10年での減少大季節海氷域での海氷融解
日射

開水面

底面・側面より融解
アルベド

アイスアルベドフィードバック
1990年12月南極昭和基地沖

開水面：0.07
海水 ：0.7

NASA Goddard Institute for Space Studies
GISS Surface temperature analysis web site (http://data.giss.nasa.gov/gistemp/)

90N-23.6N

1900

23.6N-23.6S

2000

23.6S-90S

2005
1900

2000

地球シミュレーターによる温暖化予測実験(2071～2100平均気温)－(1971～2000平均気温)

北極域が特に昇温
正のフィードバック効果
北極の海氷が減少→アルベド低下 → 日射の吸収大→融解促進→海氷の断熱効果減→海からの熱→大気を加熱

海氷運動のcurl
1980
1990

2000

海氷密接度
1980

2000

1990

2006/2007冬の平均海氷速度
海氷速度の強化

海洋力学高度（地衡流線）
2002-2006

by K. Shimada2008不均一な海氷減少

大気循環場の変化
地球規模の気候変化①氷が融ける③北極海から氷が出てゆく

氷が減少

大西洋側
北極海

②氷ができない

氷が動く
太平洋側
北極海

海の温暖化

海流が強くなる

力学的フィードバック
Photo by K. Shimada

Shimada (2009)

北極海氷はシャボン玉
少しの変化急激で大きな変化

アイスクリーム理論： Shimada et al., (2006)

北極・夏の海氷の激減のメカニズム• 熱力学的：アルベドフィードバック効果
多くが定性的な議論が→定量的な議論へ
海氷・海洋結合システムとしての理解• 力学的：風応力→海氷運動→海洋運動→海氷運動

極域海洋→地球温暖化の高感度域→全球への影響• 北極海の海氷の激減→夏には海氷がなくなってしまう？
→温暖化を加速する？
• 北大西洋深層水の低塩化→熱塩循環が弱まってしまう？
• 南極底層水の低塩・低密度化→熱塩循環が弱まってしまう？
• オホーツク海での海氷生産減少→北太平洋の中層循環が弱まってしまう？

世界の海洋の海底近くの水温分布

海洋のコンベアベルト(Gordon, 2001)

世界の海洋深層水の起源
・北大西洋深層水（グリーンランド海周辺）
・南極底層水（南極大陸周辺）

北大西洋深層水(North Atlantic Deep Water)

Dye et al. (2007, CLIVAR Exchanges)よりHansen et al. (2004, Science)

北大西洋深層水の変動
DS-Outflow

FSC-Overflow

FSC-Outflow

1970年代からNADWの流路での塩分が、おおよそ 0.01 per decade（もしくはそれ以上）の割合で、広い範囲で減少し続けている。
⇒ NADWの継続的な広範囲での低塩分化
Denmark Strait Outflow (DS-Outflow)
一様な塩分減少傾向と共に、海氷輸送量変動に伴う比較的短期の変動が見られる
Faroe-Shetland Cannel Outflow (FSC-Outflow)
一様な塩分減少傾向が見られる。Iceland付近ではより強い低塩分化の傾向も見られる。

1965

2000

DS-Overflow

Dickson et al. (2002, Science)

北大西洋深層水の変動

JAMSTEC菊地さんのスライド

大西洋西部での1955-69と1985-99の間の塩分比較
低塩分化・低温化したLSW,NEADW,DSOWが北緯40付近まで広がっている。
Curry et al. (2003, Nature)(1985-99)－(1955-69)の塩分差平均塩分断面

大西洋全体で見ると、・25S以南の海域で低塩分化が見られる。
・熱帯、亜熱帯域表層水の高塩分化も顕著である。

北大西洋深層水の変動
降水過剰域（両極側）での低塩分化と、蒸発過剰域（熱帯・亜熱帯）での高塩分化

Global Warmingと全球的な水循環の変化の影響
降水量の増加蒸発量の増加降水量の増加蒸発量の増加降水量の増加
Curry et al. (2003, Nature)より
左、Fig. 1c 表層塩分（気候値）；右、Fig. 1d 年平均のE-P北大西洋深層水の変動と関連して…
JAMSTEC菊地さんのスライド

Global Warmingと全球的な水循環の変化の影響
蒸発量の増加降水量の増加?
低塩分化

Hansen et al. (2004, Science)Already the Day After Tomorrow?
By Hansen et al.
Science, 305, 953-954 (2004)

北大西洋深層水の変動と関連して…
Holliday et al. (2007, CLIVAR Exchange)より
左：観測地点を示した地図
右下：観測地点の地図地図の星印の観測点における水温(左)と塩分(右)の時間変化

1990年代後半からの高温・高塩分化

1950

2000

今後どうなる北大西洋深層水?
• 低塩化により深層水の生成が減少→熱塩循環が弱化→停止（ゆっくりとDay After Tommorrowへ）• 高塩化した亜熱帯系水が北上し、低塩化は止まり、深層水も元のように生成表面塩分

塩分ﾄﾚﾝﾄﾞpsu/50-yr

蒸発－降水

Durack and Wijffels(2010)
降水過剰域（両極側）での低塩分化と、蒸発過剰域（熱帯・亜熱帯）での高塩分化

Global Warmingに伴う全球的な水循環の活発化

極域海洋→地球温暖化の高感度域→全球への影響• 北極海の海氷の激減→夏には海氷がなくなってしまう？
→温暖化を加速する？
• 北大西洋深層水の低塩化→熱塩循環が弱まってしまう？
• 南極底層水の低塩・低密度化→熱塩循環が弱まってしまう？
• オホーツク海での海氷生産減少→北太平洋の中層循環が弱まってしまう？

世界の海洋の海底近くの水温分布

海洋のコンベアベルト(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

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 ShelfWarming
・Increase of P-E(Precipitation-Evaporation

・Deduced sea ice prod.
in the polynya

Freshening
Salinity(Rintoul, 2007)

南極底層水の変質

ロス海の淡水化
25Gt/yr

200 m
500 m

Kaneta & Aoki

ロス海、オーストラリア－南極海盆における底層水の低塩化
potenti a l tempera ture-0.3

水
温-0.35

アデリーランド沖

低温化

-0.4
-0.45

ロス海
水
温-0.5
-0.55
-0.6
-0.65

高温化

-0.7
-0.75
1970

1975

1980

1985

1990

1995

2000

2005

34.71

淡水化

34.7s a l i ni ty

塩分

34.69
34.68
34.67
34.66

淡水化

塩分

34.65
34.64
34.63

1970
1970

1975

2000
Aoki et al.(2005)

1980

1985

1990

y ea r

1995

2000

2005

1960

2000

Ozaki et al. (2009)

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

Melting
Melting(Rignot et al. 2008)(Chen et al., 2008)ウェッデルポリニヤ

１９７４（冬季：9月）マイクロ波放射計による
１９７５

１９７６

水温

塩分

溶存酸素

JAREデータによる

水深Motoi et al., 1987

ポリニヤ形成メカニズム

熱、水蒸気、CO2など

大気
S小

冷却
S大海面
S小

deep
convection

熱ウェッデルポリニヤ

水温

ポリニヤでの深い対流
Gordon,1978

ウェッデルポリニヤ（１９７４－１９７６）↓
深い対流↓Robertson et al.,2002 中深層水の低温化

深層水の最大
水
温1970

2000

季節海氷域

南極大
陸

密度POTENTIAL DENSITY (SECTION 40°E)

北大西洋深層水
南極底層水

溶存酸素
DISSOLVED OXYGEN (SECTION 40°E)

南極中層での昇温率(Gille, 2002)

南極中層（700-1100m深）での昇温化

日本の南極観測がとらえた水温の長期変化
200m深から900m深までの水温偏差の時系列。ここ40年間で約0.2℃昇温している。

水温変化

Aoki et al., 2002

1965年

2000年

温暖化による南大洋の変化• 南極底層水の低塩・低密度化• ウェッデルポリニヤを境とする中深層水の変化• 中層水の昇温化• 棚氷・氷床の後退・融解• 沿岸ポリニヤでの海氷生成の減少• 外洋性（ウェッデル）ポリニヤの出現

極域海洋→地球温暖化の高感度域→全球への影響• 北極海の海氷の激減→夏には海氷がなくなってしまう？
→温暖化を加速する？
• 北大西洋深層水の低塩化→熱塩循環が弱まってしまう？
• 南極底層水の低塩・低密度化→熱塩循環が弱まってしまう？
• オホーツク海での海氷生産減少→北太平洋の中層循環が弱まってしまう？

中層水の50年昇温トレンド
水温27.0σ θ 面：300-500m

溶存酸素

オ
ホーツク
オホーツク海の中層水 風
上の50年間の変化の気
温偏差

Nakanowatari et al.(2007)

風上気温:+2.0°/50年
海氷面積： -20% /30年

オ
ホーツク
海の海氷面積[ (1990-2009) - (1930-1980) ]水柱全体の塩分変化を淡水フラックス(m)に換算

塩分変化の断面図(1990-2009)－(1930-1980)
2期間の塩分差
500mまでで平均ΔS＝0.05 psu

平均すると0.52mの淡水化

海氷の南方への輸送量の見積もり
厚さ：係留氷厚計
密接度：衛星マイクロ波
漂流速度：ADCP

53N～500 km3
Amur discharge 333km3

Fukamachi et al., 2009

年間の正味の塩分収支

海氷生成
塩分供給

海氷の輸送
∥
淡水の輸送

(Kg m-2)

海水の塩分：33psu
海氷の塩分:3-10psu

塩分供給

淡水供給
海氷融解
淡水供給

Nihashi et al. (submitted)

輸送

海氷生成(1930-1980)

ブライン

塩分供給

海氷融解
淡水供給

(1990-2009)
塩分供給の減少年
温暖化による海氷量減少
を北西部のこの30年の低塩化（1m強の淡水化に相当）は↓
海氷(淡水)の南部への1年間の輸送量（500km
海氷による塩の再配分の作用弱化 越 3）に相当
え↓て効
母海水の低塩化く↓DSWの生成量減少・潜り込み弱化太平洋へwind

Okhotsk Sea
sea ice formation(1930-1980)

sea ice melting

brine rejection

freshwater flux

salt flux
DSW formation

Overturning of North Pacific(1990-2009)

warmingsea ice reduction

less saltflux

freshening of
ambient waterless DSW>>>> Weakening of Overturning

Pacific

図４

鉄分（西岡氏提供）

鉄分(Nakatsuka et al., 2004)

大陸棚の海底には、海氷からブライン水が沈降し（c-1）、潮汐混合（c-2）によって巻き上げられた粒子と共に、大陸斜面の中層に流出している（c-3）。
その結果、中層水は極度に低温で濁っており（a）、植物プランクトンの生育に必要な鉄が豊富に含まれる（b）。

巨大魚付林：アムールオホーツクシステム

アムール川

鉄 海氷生成による重い水生成
中層への潜り込み

鉄鉄 生物生産に不可欠

西部北太平洋の高い生物生産を支えている

温暖化
海氷生産量減少中層循環の弱化鉄分の供給の弱化?
生物生産への影響?

中層鉄仮説

植物プランクトン色素（クロロフィルa）濃度

オホーツク海・西部北太平洋は生物生産が大きい極域・海氷域の変動↓中深層循環の変動↓
物質循環へのインパクト（鉄・CO2・他）↓生態系へのインパクト