・オホーツク海:海氷生成と中層循環

海氷の気候システムに果たす役割

海氷生成

熱と塩の再分配 ・輸送 ： 中深層水の生成
・北太平洋の中層水の起源
・海氷の南方輸送（負の熱と淡水の輸送）
・温暖化に対する応答（海氷域は影響大）・物質循環・生態系との関係

海氷融解

グローバルな目でみたオホーツク海
2月の海氷分布と平均気温（2001年）

北太平洋の中層水

Nihashi et al.,2009

・風上が北半球の寒極 → 北半球における海氷域の南限

・多量の海氷生産 → 北太平洋で一番重い水ができる場所→ 大気・陸からの熱・物質を北太平洋中層水(200-800m)へ

Temperature

海水は同じ密度面（等密度面）に沿って流動する。
３００－５００ｍ
等密度面上での水温・酸素などの分布を見ると、海水の起源
Itoh et al. (2003)
27.0σθ
や流動の様子がわかる

Isopycnal
MapOxygenLevitus

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

表面温度(AVHRR)

マイクロ波放射計(SSM/I)

ポリニヤ
Thin ice
Thick ice

Kimura and Wakatsuchi, 2004

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

大気海氷表面間熱交換の様子
2m高気温
H = Ki (Tw – Ts) / Fi
Ki：海氷熱伝導係数

海氷表面温度（Ts）
海氷
海

海氷内熱伝導フラックス（Fi）

乱流
フラックス

放射
フラックス

氷厚（H）

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

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/ (ρ i L f) FC：海氷の熱損失，ρ i ：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）

海氷生産量の見積もり（熱収支と衛星データより）

中層(等密度面上）での水温高密度陸棚水高密度陸棚水生成を捉えた観測

塩分
温度 Ohshima et al.(2003)
Ohshima et al., 2003

１２

塩分増加
１ ２
３
海氷期Itoh et al. (2003)
Itoh et al.,2003(Shcherbina et al., 2003; Science)北半球の寒極

東樺太海流

１０００ｍ

黒潮系の高温・高塩水

宗谷暖流

海氷による熱塩の輸送・再配分

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

海氷生成・融解に伴う熱塩フラックスのデータセット作成
Sea ice data are derived from AMSR-E data (daily)(%)

Ice concentration

Ice thickness

22 Dec. 2003

Freezing

Melting(m)

Ice motion

Melting

20 cm s-1

by NT2 algorithm

by ice thickness algorithm by maximum correlation method(Markus and Cavalieri, 2000)(Nihashi et al., 2009)(Kimura and Wakatsuchi, 2004)

ECMWF: Air temp. Humidity, Wind speed, and SLP (daily)
ISCCP: Cloud (monthly)
HadISST: SST (monthly)
Nihashi, Ohshima and Kimura, J. Climate (2012)年間の正味海面熱収支
大気から海洋が熱をもらう場合を正

海氷生成
潜熱（負の熱）を蓄積

海氷による気候形成
1mの海氷の融解（潜）熱＝全大気柱25-30度を昇温

負の熱の輸送海氷融解
潜熱（負の熱）を放出

北海道北部・東部域の寒冷な気候（特に夏季）は、海氷（+東樺太海流）が運ぶ負の熱によって形成(Ohshima et al.,2003)

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)

海氷・中層水の生物生産への影響

硝酸塩濃度植物プランクトン色素（クロロフィルa）濃度

北太平洋亜寒帯域、南極海には、夏でも大量の栄養塩が残存している海域が存在している。
→ High Nutrient & Low Chlorophyll （HNLC）海域
HNLCを作り出す可能性のある潜在的要因
HNLC海域で夏季における植物プランクトンの生産を制限している• 光
要因は、微量金属の１つ、「鉄」であった。
• 鉛直混合（栄養塩の供給）• 低水温 (high latitude)★鉄添加実験（培養ボトル～現場海域）の結論• 捕食• 微量栄養物質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）。

オホーツク海から西部北太平洋への鉄の供給 Nishioka, et al. (in preparation)
Oyashio
Latitude (N) on 155 E line
Salinity
region 44 42 40 37.5 35 32.5 30
2520
11.5
15
1000
2000
3000
4000

Sea of Okhotsk

5000
0500

1000

Dissolved Fe

Bussol strait

Depth (m)North Pacific Intermediate Water

1500

western subarctic Pacific2000

Oyashioregion 44 422500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

201511.5

Distance (km)Latitude (N) on 155 E line

3534.834.6
34.434.2
3433.833.633.433.233
32.8
32.6
32.4
32.2
32
31.8
31.6
31.4
31.2
31640

37.5

35

32.5 3025

5.5
54.51000

4180K2000

3.550KN

KNOT
BussolStrait3000
4000

3Bussol strait

Depth (m)120KE 130KE 140K
E 150K
E 160KE 170K
E60K
N

40K
N

30K
N

20K
N

5000

10K
N

2.521.5
10KK0500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

Distance (km)Vertical section profiles of Salinity and Dissolved Fe from the Okhotsk Sea to along 155 E

0.50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

中層鉄仮説

西部北太平洋の高い生物生産を支えている
Nishioka et al.(2007)

巨大魚付林：
アムールオホーツクシステム

Nakanowatari et al.(2007)

温暖化の影響グローバルな目でみたオホーツク海2月の海氷分布と平均気温（2001年）

北太平洋の中層水

Nihashi et al.,2009

・風上が北半球の寒極 → 北半球における海氷域の南限

・多量の海氷生産 → 北太平洋で一番重い水ができる場所→ 大気・陸からの熱・物質を北太平洋中層水(200-800m)へ

気象庁より最大海氷域面積

積算海氷域面積

オホーク海の海氷面積は３０年で約２０％減少している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

27.0σ θ 面でのポテンシャル温度
0.3℃

26.9σ θ 面でのポテンシャル温度

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

中層水昇温＝潜り込み減少

温暖化

Nishioka et al.(2007)

海氷生産量減少中層循環の弱化
Nakanowatari et al.(2007)

生物生産への影響?

[ (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期間の塩分の差
500mまでで平均
ΔS＝0.05 psu

平均すると0.52mの淡水化

低塩化の原因は何か？
１．地球温暖化に伴う水循環の活発化による高緯度域での降水増加 （北大西洋と同様な機構が北太平洋でも起こっている？）
・北西部北太平洋には顕著な低塩化はない・アムール川のフラックスにもトレンドはない (Tachibana et al., 2008)
・（降水ー蒸発）のトレンドも大きくない （信頼性？）?

２．海氷による塩の再配分の弱まり
北西部で生成された海氷が南部へ輸送・融解されることで、北西部に塩を南部に淡水を供給→ 海氷生成の減少 (-20% / 30yr) によりそれが弱化

○

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

FeFe

春の海洋データから海氷の厚さを推定する
Spring salinity profiles taught us thinning of sea-ice coverin the Okhotsk Sea

Upwind region in fall and winterTemperature increase: 2.0 K /50-yr→ Sea-ice decrease: -20% /30-yr

Correlation coefficient = -0.61

海氷面積は約30年の衛星データあり（20％減少）
海氷の厚さはどうなのか？
量的な議論には厚さの情報が不可欠

Time series of T, S vertical profile from a profiling float
DEC
Temperature
0m

JULY

sea ice< -1.5 C150m

Salinity0m

150m

sea icemelting< 32

trajectory of the float

Ice melting↑
Salt deficit
0m150m(2001-2009): 42 stn.

Criteria for adoption of profilethat is used for sea ice melting(thickness) estimation
Average
1. Within 1-2 months= 65 cm
after sea ice disappear

Near-freezing
temp. layerT

Ice thickness inferred fromsalinity profile from floats

S

2. Salt deficit (surface freshening layer)
can be clearly identified
3. Near-freezing temp. layer exist
underneath the freshening layer

25
20

Ship observation

Float

15
10
50

1950

1960

1970

1980

1990

2000

09

60-years data
→ valuable dataset forclimate change issue
ICESat, CryoSat: only from 2003
Ship observations: 311 stn.
Profiling floats:
42 stn.
Total:
353 stn.

Average thickness＝ 77 cmfrom 353 stn.

comparable todirect observationsof 60 - 120 cm

thin
ICESat snow-ice freeboat
thin Thin over northern andeastern shelves
Thicker toward west
Thicker toward south

thickerthicker

Average for <53N
81 cm

Mapping of ice thickness
Courtesy by Drs. Markus,
Kurtz and Nihashi

Yearly averaged ice thickness
160

Ice thickness (cm)

140120

data >3
data <3

100
80
60
40
200

1950
1960
1970
1980
1990
2000
0993 cm
89 cm
91 cm
83 cm
75 cm 67 cm→ Discussion of decadal average
Data number is limited for statistical discussion ofyear- to – year variability

Decadal averaged ice thickness－25% / 30yrs

Ice thickness －25% / 30yrs
Ice area－20% / 30yrs

Ice volume －40% / 30yrs

Sea ice in the Okhotsk Sea is sensitive to current global warming !