2020/8/19 版

北極環境研究コンソーシアム
北極域研究船利用計画
北極域研究船利用計画ワーキンググループ
１．背景と趣旨
北極は中心部が海であり、北極研究の進展には船舶による観測が重要となる。現在の日
本の北極海観測は自国耐氷船か他国砕氷船を利用して行われ、それぞれに観測時期・海域・
人員・予算等の制約の中で実施されている。特に他国砕氷船の利用は、各国の政治的動向による自国観測計画への干渉のリスクを常に内在するとともに、データの利活用における制限などの無視できない問題を持つ。また、他国砕氷船は沿岸警備隊所属の船舶など研究船でない場合もあり、観測機器や実験室等の設備が充実しておらず、研究ミッションのプライオリティーも高くな
いため、取得データの質や量が十分ではない場合もある。例え研究を目的とした砕氷研究船であっても、日本のように高い観測技術を有した人員が乗船しているケースは稀である。加えて他国砕氷船への観測機材および試料の輸送（輸出入）等にかかわる経費や事故・トラブル対応は、現場分析や実験等が必要な分野の研究にとって大きな負担となる。このようなことが、我が国の研究対象やデータ取得を制限する大きな阻害要因となってきた。
他方、自国の砕氷研究船を持たないことによる数々の障害があったとはいえ、日本にはこれまで北極海・南極海のみならず、季節海氷域であるオホーツク海・ベーリング海において分野をまたいだ研究を数多く実施してきた。また、耐氷船による観測戦略や先進的な観測装置の開発など、障害をカバーする独自性も有しており、それらの先進性や独自性の維持発展を志向しつつ自国砕氷船を持つことによって、北極研究を国際的にリードしていくことが可能である。
大きな課題と可能性の双方を有する中で、2015（平成 27）年 10 月に総合海洋政策本部が策定した「我が国の北極政策」、並びに、2016（平成 28）年 2 月から 8 月にかけて開催された文部科学省 科学技術・学術審議会 北極研究戦略委員会にて、新たな「北極域研究船」建造の必要性が示された。そして、同年 11 月から 2017（平成 29）年 1 月にかけて開催された文部科学省 北極域研究船検討会にて「砕氷機能を有する北極域研究船」の在り方が示され、それを受けて、2017（平成 29）年度に「北極域研究船の推進」事業が予算化され、国立研究開発法人海洋研究開発機構（JAMSTEC）において、北極域研究船の具体的な機能検討等が実施された。さらに、2018（平成 30）年 5 月に閣議決定・公表された第三期海洋基本計画では、「北極政策の推進」が大きく取り上げられるとともに、「砕氷機能を有する北極域研究船の建造等に向けた検討を進める」と明記されるに至った。北極環境研究コンソー
シアム（JCAR）では、これらの政策的動向と並行し、2018（平成 30）年度に 2 回にわたって北極域研究計画ワークショップを開催し、砕氷研究船の必要性を強く認識し研究コミュ
ニティの立場からの要望書を纏めるに至った。
2017（平成 29）年度以降段階的に進められてきた「北極域研究船の推進」事業は、性能評価や氷海航行支援システムの検討などを経て、令和 2 年度は本船の基本設計・デザイン
1

を実施する。これらの進展を踏まえ、JCAR では、前述の課題を克服し、我が国の研究コミ
ュニティが有する可能性を現実にしていくため、現時点から北極域研究船の就航後を見据えた研究コミュニティとしての準備を開始することとし、「北極域研究船利用計画ワーキン
ググループ」を設置した。ワーキンググループでは 2018 年（平成 30）年 12 月に纏めた要望書をベースに、さらには現在検討されている北極域研究船の機能や主要目（付録①）を踏まえ、就航後 10 年程度を見え据えた具体的な北極域研究船の利用計画を策定した。
本利用計画は、項目２として、まずは北極域研究船による研究の意義を概観し、項目３に個別の研究テーマとその内容を整理した。加えて、各研究テーマについては、具体的な観測計画を検討した（付録②）。また、項目４として、直接的な研究以外での北極域研究船の利活用策を「波及効果」としてまとめた。
２．北極域研究船による研究意義
全球気候システムの理解と北極域の将来予測の精度向上において、北極海の海氷変動メ
カニズムの解明は喫緊の課題である。2007 （平成 19）年に代表される海氷激減は海洋温暖化が著しい太平洋側北極海で主に観測されてきたが、北極海全域で季節海氷域化が進行している現在では、大気－海氷－海洋システムの観点から全北極海が未知の領域となりつつある。
一般に、氷縁を含む季節海氷域では、大気－海洋間の熱交換、海氷や高密度水による物質の輸送、植物プランクトンの光合成などが活発であり、さらに北極海では河川水の流入による影響も多分に受ける場合があり、物理的にも生物地球化学的にも興味深く複雑な現象が多く存在する。北極海におけるこれら諸現象の理解のためには、大気－海氷－海洋の熱収支、生態系や物質循環・炭素循環を視点とした現場観測および観測データに基づく学
際的なプロセス研究が必須であるが、季節海氷域化した北極海では季節ごとの熱収支・海氷速度などが過去よりも著しく変化しており、夏季のみの船舶による重点観測や数点で展開される係留系観測、海氷移動に強く制限される漂流系観測といった観測手段だけでは研究の進展は困難である。さらに、温暖化が進行した北極海や氷床の状況を再現し予測するために、現在と顕著に異なる過去の気候状態における北極海の海氷分布や氷床末端位置を復元し、それらの変動メカニズムを理解することが重要であり、海底における侵食と堆積の状況を把握し、堆積物を広範囲に採取することが不可欠である。加えて、より長期的な変動を理解するためには、現在海洋底が拡大しているガッケル海嶺等のテクトニクス、北極海の形成過程や地球内部構造等の解明が必要となり、堆積物等の古環境・古気候研究と合わせた、固体地球変動と表層環境の相互作用を理解する必要がある。すなわち、全球気候システムの理解と北極域の将来予測の精度向上を目指した北極研究を進展させていくた
めには、変化の著しい北極海の大気－海氷－海洋システムに臨機応変に対応し、いま起きている変化を示す現場データや試料を取得することが不可欠であり、砕氷機能を有する北極域研究船を最大限利用した観測研究を実行することが求められる。今後、日本独自の北極研究を発展させるためには、北極域研究船をプラットフォームとして、現場観測（氷上も含む））
・
有人観測ステーション・無人観測（AUV やドローン等）を展開できる体制を整え、他国との有機2

的な連携も含めた北極海全域への観測研究の展開が必要である。
我が国は北極域研究船という強力な現場観測手段を有することで、これまで述べてきたような研究面での飛躍的進展に加え、IODP 等で実施に向けて議論されている国際的な北極海研究掘削においても、事前調査や掘削研究等の面で日本が大きな役割を担うことも可能となる。北極域研究船によって可能となる研究とその意義について概略を表 1 にまとめた。
表 1：北極域研究船を利用した研究の具体的な意義
対象意義
結氷期から融解期までの海氷域の観測の実現
我が国耐氷船との連携による海氷域内外の同期（同時）観測の実現
複数船舶の連携による大型国際プロジェクトの主導（高精度・多項目

海洋・海氷

観測、北極海横断観測など）
海氷生成・融解期における物理・生物・化学過程の現場観測の実現
海氷－海洋結合モデルの再現性向上（航路予測にも不可欠）
観測時期・海域の選択に関する自由度（柔軟性）の飛躍的な向上
開水面および氷縁域の波浪の現場観測及び予測精度の向上

海氷・波浪

大気海洋海氷間の運動量・熱・物質フラックスの推定精度向上
航行する船舶の危険回避、燃費向上
沿岸居住域の保全
我が国含む中緯度域起源の汚染物質やブラックカーボン等の北極域への流入定量化（中緯度域からの影響の理解）
陸域から沿岸域、外洋域への物質輸送の定量化（北極域における物質循環の全体像把握）

物質循環

通年の物質循環観測体制の確立
海氷を介した物質の蓄積、放出過程の理解
分析装置やサンプルの海外輸送に係る諸問題による観測項目制限の解除
観測時期及び海域の選択に関する自由度（柔軟性）の飛躍的な向上（再掲）
海氷中・海氷下から海底までの氷海域での統合的な生態系観測の実現
海洋生態系の多様性や脆弱性の評価

海洋生態系・生物生産

通年の海洋生態系観測体制の確立
観測時期及び海域の選択に関する自由度（柔軟性）の飛躍的な向上（再掲）
北極海におけるプラスチックの実態把握と海洋生態系への影響評価

気象・気候

氷海域の高層気象観測による中高緯度における予報精度の向上
北極海航路上の船舶運航の気象情報提供

3

MOSAiC のような大型国際プロジェクト立ち上げのためのフラッグシップ
観測時期及び海域の選択に関する自由度（柔軟性）の飛躍的な向上（再掲）
短期（数日スケール）から中長期（季節、数十年スケール）に至るシー
数値モデル

ムレスかつ高精度な海氷予測の実現
地球システムモデルの再現性の向上
過去の海氷分布・氷床分布の復元制度の向上

古海洋

北極海形成過程の推定
古環境・古気候研究の進展と将来の大規模掘削に向けた事前調査
海底地形図の精度の向上

テクトニクス

海氷下を含む北極海海底下内部構造の探査
海氷下海底広大軸上の熱水系の探査
波浪、海象、海氷、海水飛沫、船体着氷等、画像を中心とした周辺環境の自動観測技術の確立

船舶海洋工学・舶用機関学

船体運動、船体構造応答、機関などの高精度自動計測技術の確立
氷海船舶技術の高度化や一般舶用センサーの実証に係るテストベッ
ド・プラットフォームとしての活用
我が国発の砕氷研究船による氷海航行技術の確立、特に本船が航行時に取得する各種モニタリングデータ群を利用した、一般氷海船舶の航航海学行に係る安全性・経済性向上への貢献
本船の氷海航行トレーニングシップとしての活用による海事従事者の育成
世界に例をみない我が国独自の先進的な技術による海氷域の水平方

観測技術

向・鉛直方向の総合的観測の実現
観測データによる様々な研究の進展やリモートセンシング技術の発展への貢献
北極評議会等の国際枠組みにおける政策検討や公海漁業規制等の法規
制に係る科学的知見提供への貢献（軍籍ではない）準公船による極海航行手段の確保による我が国の安人文社会科学全保障（あるいは海洋状況把握）への貢献
北極域の気候変動や環境変化が人間社会にどのような影響をもたらすのかを明らかにし、どのように対応するべきかを検討することで、持続可能な発展の達成および我が国の国際プレゼンスの向上に貢献

波及効果

我が国が主導した国際的な観測研究プロジェクトの立案・実行や、砕氷研究船の国際運用枠組みへの参画による国際プレゼンスの向上に貢4

献
北極域研究（者）の裾野の拡大、学術研究の発展、若手研究者・技術者の育成（北）極海のコンテンツ化や市民参加型航海の実現によるアウトリー
チ、リテラシー向上、認知度向上
３．北極域研究船により推進される研究３－１．海洋・海氷
海氷は、大気－海洋間の断熱効果や高い太陽光反射率、結氷時の塩の排出と融解時の淡水供給などにより、海洋内部の熱や塩分の輸送等に大きな影響をもつ。北極海では、海氷の減少による開放水面の拡大化・長期化だけでなく、海洋に蓄えられた熱量・淡水量、海洋循環の変動や水塊変質もすでに観測されつつある。これらの現象は今後の海氷量の変動だけでなく、気象・気候や海洋生態系にも影響を及ぼす。北極海の環境は 1990 年代とは大きく変化しており（不可逆的という意味で「新たな北極」と称されている）、通年において、
海氷の性質、大気－海氷－海洋間の熱収支、海洋環境の変化を観測し明らかしなければならない。さらに、薄氷・一年氷・多年氷といった様々なタイプが混在する北極海において、海氷種の分布だけでなく、各海氷種に応じた大気－海洋間の熱の出入り、運動エネルギーの伝達や海洋の各層の構造変化などの実測値に基づく知見を得ることは、北極海の変貌を直接理解することに必須であることはもとより、すでに世界的にも先進的な日本の衛星観
測プロダクトの検証・校正やモデルへの展開（初期値の整備・検証・改良を含む）において極めて有効である。日本の衛星観測、再現・予測モデルをさらに発展させるためには、海氷のみならず、海氷変動を大きく左右する大気・海洋内部の同時観測が必須であり、これらの様々な課題を克服する最も安定した手段は、砕氷機能を有する北極域研究船による高精度な機動的観測である。
北極海における冬季を含む通年のデータ取得による、衛星観測プロダクトや数値モデルの改良に加えて、数値モデルの初期条件・境界条件の改善や北極海のデータ同化に貢献することで、北極海から中緯度・低緯度側への気象の影響を明らかにする気象予測や、夏季の海氷消失に伴い実現化しつつある北極海航路の利活用に深く関わる海氷の予測精度向上が大きく期待される。
３－２．海氷・波浪
海氷の形成・崩壊過程の解明は、外力としての波浪との関係が鍵となる。しかしながら、これまで現場観測が圧倒的に不足しており、北極域研究船では、特に経年的にも気象スケ
ールでも大きく変化する氷縁域で、波浪と海氷の同時観測を重点的に行う。北極域研究船による結氷期から融解期までの世界に例をみない我が国独自の先進的な技術による海氷・波浪同時計測が実現すれば、海氷の予測精度の向上に大きく貢献するものと期待できる。
さらに、波浪による海洋混合の促進、大気境界層の変化は、開水面での大気－海洋間熱フラックスの変化や、氷縁域における雲の形成など気象現象にも影響し、その蓄積は気候の5変化に影響すると考えられる。また、波浪による鉛直混合と水平輸送は、生態系はもちろん、マイクロプラスチックの輸送にも重要である。このように、極域の短期（数日スケー
ル）から中長期（季節、数十年スケール）のすべてに関係がある波浪は、大気－海洋－海氷
結合数値モデルにも組み込まれることが期待される。
海氷と波浪の干渉メカニズムは船舶の航行にも大きく影響し、北極海航路のような極域を航行する船舶にとって、海氷の船体への衝突は最大の事故要因であり、そのリスクは経年的な開水面と氷縁域の拡大に伴い増大しつつある。さらに、波浪影響は沿岸浸食など不可逆的な北極圏の変化にもつながるため、沿岸居住域の持続的な保全など人間社会を考えるうえでも重要なファクターとなる。
３－３．物質循環
陸域に囲まれ、太平洋と大西洋の間に位置する北極海は、全球物質循環の要所であり、その実態解明には陸域と海洋の密な連携による観測が不可欠である。また、ブラックカー
ボンや汚染物質など、中緯度から北極域への物質輸送が北極海システムに与える影響についての定量的理解が急務である。
海氷の存在は、生物を介した物質変質と輸送、大気－海洋間の物質循環、物質の光分解、物質そのものの輸送経路などに影響を及ぼすことが予想されるが、基本観測項目である栄養塩や炭素についてさえ不明な点が多く残されている。例えば、北極海を取り囲む沿岸域に流入する陸起源炭素や栄養成分の量と質は春と夏では異なることが分かってきたが、それらが沿岸海域の生物生産にどのように作用し、どのような量・質として外洋に流出するかを理解するためには、海氷の存在する春季でも観測可能な北極域研究船によるさらなる観測が必須である。一方、外洋でも、Polar Morning である海氷融解前の春期から生物生産が始まることが観測されているが、その生産を支える栄養塩の供給源やメカニズムは不明である。また、冬季に海氷上に溜まったブラックカーボンなどの大気由来物質海水に蓄えられた分解由来物質などが一気に大気に放出されるのは海氷融解期である。さらに、モデ
ル計算の結果から、春季に中緯度からのブラックカーボンの輸送が増大されると推定されており観測による検証が必要である。つまり、北極域研究船を用いた春季の広域観測の実
現は、北極海における物質循環の理解に向けて次に踏むべきステップであるといえる。砕氷船の利用により、従来の耐氷船で行ってきた大気や海水の化学観測を実施する海域や時期を広げるだけではなく、ヘリコプターを利用した大気観測や積雪・海氷採取などの観測を新たに充実することが可能となる。また、多年氷域における海氷上モニタリングタワー
による CO2 フラックスのモニタリングや海氷コア分析による汚染物質蓄積量の年々変動の解析など新たな取り組みの展開が期待される。これまでは海氷域を含めて広域に観測するためには他国の砕氷船に頼るしかなく観測の自由度が限られていたほか、分析機器やサン
プル輸送の制限に悩まされてきた。北極域研究船の保有により、これまでに日本の海洋学で培ってきた世界最先端の微量金属、微量気体、同位体比などの化学分析技術を駆使した研究の展開が期待できる。

6

３－４．海洋生態系・生物生産
海氷減少に代表される北極海の環境変化は、海洋生態系に多くの変化をもたらしている。
海氷融解の早期化と、結氷の晩期化は植物プランクトン群集の季節遷移性を変え、氷縁の北上や海水温の上昇は動物プランクトンや魚類など多くの生物の適応分布域の変化を引き起こしている。これまで海氷に閉ざされていた海域が、季節海氷域に変わるということは、その場に全く新しい海洋生態系が形成されると言っても過言ではない。このように海洋生
態系は環境変化に鋭敏に応答する一方で、現在では北極海への産業の進出に伴う人間活動との接点の増加、すなわち汚染にさらされる懸念も加わる。特に、北極海におけるマイク
ロプラスチック汚染の懸念も高まっており、海洋生態系への影響の解明が求められている。
これらの実態把握のためにも、季節氷海域も含めた観測により、海洋生態系の動態を一層注視する必要がある。
海氷面積の縮小はアクセス可能な公海の面積の増加とも同義であることから、海洋生態系に関する科学的知見に基づいた、国際的な北極海の持続的利用を実践する管理基準が求められる（EBM：Ecosystem Based Management）。そのためには海洋生態系の多様性の現状、
そして環境変化および人間活動に対する脆弱性に関する知見の蓄積が急務である。その一方で、「みらい」等の耐氷船のみを使った海洋生態系の観測体制では、わずかな海氷の存在にも大きく調査可能海域に制限を受けてしまうため、我が国は満足に海氷域での調査観測ができないのが現状である。国際的な科学的知見へのニーズに対応するためには、現状では各国の研究サイドの知見の蓄積が追いついておらず、このような状況の中で、世界でもトップクラスの研究レベルを持つ我が国の海洋生態系研究分野が、北極域研究船というプ
ラットフォームを有して北極海の生態系研究に加わることは、科学的な進展はもとより、国際社会からの要請への対応に極めて大きな意味を持つ。
開放水面域と海氷域、そして両者の相互作用を総合的に評価して初めて北極海の海洋生態系の全体像（多様性と脆弱性）は解明される。 北極域研究船による海洋生態系観測は、激変の最中にある海洋生態系に関する自然科学的知見のみならず、人類による将来的な北極海利用に対して、EBM の実践につながる知見を蓄積させる極めて有力な観測拠点と言える。

7図 1：北極域研究船を用いた北極域の海洋生態系研究の方向性
３－５．気象・気候
北極海では気象観測データが極めて限られるため、大気再解析データや気象予報における大気循環の再現性は、数値モデルや同化手法に加えて、同化に用いる観測データ数に大きく依存する。高層気象観測は、大気の 3 次元構造を把握するのに最も有効な観測データ源の一つであるが、北極域では中央部を海が占めていることもあり、現業気象観測が乏しいため、不確実性の根源ともなっている。また、中緯度での異常寒波に代表される極端現象が近年頻発していることに鑑みると、冬季の極域観測データの拡充に伴う予報誤差の低減や極域予測のさらなる精緻化は社会活動に対して大きく貢献する。さらに、北極海航路
上で急激に発達する夏季の北極低気圧に伴う強風予測など、気象サービスの向上という点からも、良質な観測データが必要不可欠である。極域予測研究の発展と国益のためにも、
北極域研究船を用いた長期あるいは定期的な高層気象観測を実現させる。
気圧・風速を含む各気象要素の初期データが改善すれば、海氷予測モデルで用いられる
大気の予報誤差が改善されるので、北極海航路上の数日スケールの海氷予報の向上が期待される。また、冬季の大気観測頻度の増加は、風下に位置する日本の気象予報精度の向上につながることから、異常気象等の早期警戒にも貢献すると考えられる。北極域研究船による観測よって冬季の極域気象観測データを用いた大気のデータ同化予報研究を実施することができ、ルーチンで実施するべき最適な観測頻度、季節などを提案し、国際協力のもと極域高層気象観測網を拡充することができる。この方向性は WMO（世界気象機関）の推進する PPP（極域予測プロジェクト）と合致し、国際貢献にもつながる。
３－６．数値モデル8極域海洋特有の海氷とその変動は、地球規模での気候変動のみならず物質循環や海洋生態系に影響を及ぼす要因の一つである。とりわけ近年の北極海では急激な海氷減少が進み、我が国を含む中緯度気候への影響や北極海航路の利用という観点から、科学的・社会的関心を集めている。今後起こり得るさらなる海氷減少に伴う環境変動や北極海航路利用の高まりに対応するためには、信頼性の高い海氷予測情報が必要となる。先行研究によると北極海の海氷面積は数ヵ月前から予測可能であるが、より長期間の海氷予測精度を向上させるためには、重要でありながら観測が不十分な積雪深・海氷厚・海洋亜表層のデータ取得・
解析とそれに基づいたモデル構築・改良が必要である。特に熱力学的な成長・融解を考える上では、アルベド（太陽光の反射率）や熱伝導率が大きく異なる「積雪」と「海氷」をそれぞれ精度良く再現することが必要となる。また、海氷の成長・融解には海洋亜表層からの熱供給も重要であるが、海氷下の水温や混合強度のデータも不足している。ブラックボ
ックスになっている晩秋～春季の動態も含めて、不確定性が大きいこれらの環境変数を北極域研究船で直接観測できれば極めて意義が大きい。
海氷予測精度をさらに向上させるためには、これまで理解が不十分であった海氷物理・
氷縁プロセス・海氷直下の海洋熱輸送も定量的に明らかにし、その知見に基づいて海氷海
洋結合モデルを改良していく必要がある。そのためには、モデルの結果を現場観測に、現場観測の結果をモデルにフィードバックさせることによって相互の改善サイクルを駆動させていくことが必須となる。我が国の気候研究コミュニティは、北極域でもこのサイクルを駆動させる十分な実績を有しており、北極域研究船という観測手段を有することによって確実に実行が可能である。改良された海氷海洋結合モデルを気候モデルに実装し、海氷のデータ同化手法と組み合わせることにより、数日から数十年スケールにまたがるシーム
レスな海氷予測の精度向上が期待され、北極海航路利用のための計画立案に加えて、世界
気候研究計画（WCRP）の気候モデル間相互比較プロジェクト（CMIP）や IPCC 評価報告書の作成に貢献し、日本の存在感を示すことにもなる。
３－７．古海洋
海底地形の調査及び堆積物の採取を行い、北極における古環境変動を復元する。過去から現在に至る気候変動に対して北極域がどのように応答したかを明らかにし、南極域での古環境変動と併せることで、全球気候変動において極域の大気、海洋、雪氷が果たした役
割を明らかにする。例えば、過去に北極海で実施された IODP 航海（Leg 302）により、5500万年前にさかのぼる堆積物コアが採取され、北極域も南極域に同調して、中期始新世には寒冷化が始まっていたことが明らかになっている。遡れる期間は堆積速度とコア長に依存するが、多くの研究結果が得られている南極域に比べ、調査研究が不十分な北極域における研究の重要度は高い。
北極域研究船によって取得可能な堆積物コアの解析から、過去の北極海の海氷分布と海流系を明らかにすることにより、北極海における海氷分布の規制因子を理解する手がかりが得る事が可能となる。また、氷期・間氷期変動において両極の氷床が海面変動に対してどのような割合で寄与したかを明らかにすることにより、地球温暖化にともなう海面上昇
9の予測を精密化することができる。さらに、ベーリング海峡の地史を明らかにすることにより、ベーリング海峡通過流の気候に及ぼす影響を理解するとともに、北米大陸等への人類の移動の歴史的背景を明らかにすることができる。
３－８．テクトニクス
北極海の中で現在活動的な中央海嶺であるガッケル海嶺によって形成されたユーラシア
海盆の発達史は、海底の年代同定に用いられる地磁気異常の縞模様などから比較的よくわかっているが、それ以外の海盆や海嶺などの成因については様々な説がある状況である。
上記の古環境研究とも関連し、北極海の発達過程に伴う海洋循環の変遷や大陸氷床の発達との関係および北極域における環境変動を明らかにするためにも、北極域のテクトニクスの解明は重要である。
また、北極海は北アメリカプレートとユーラシアプレートの発散境界となっている部分である。一方、そこから日本周辺にかけての地域では北アメリカプレートとユーラシアプ
レートが収束境界となっている。大陸性のプレート境界が発散境界から収束境界へと変化する場所は北極海から日本列島にかけての地域以外にはなく、プレート境界での物質の変形や地下構造などについても解明すべき課題は多い。
北極域研究船の利用により、これまでほとんど調査の行われていなかった北極域での海底の観測が行われることで、北極域の地球物理観測、海底地質構造、基盤岩の岩相、熱水活動についての詳細が明らかとなる。これらに加えて、北極域のテクトニクスを理解する
ことで、環境変動との関連をより詳細に検討することが可能となる。

図 2：北極域研究船を用いた北極域の固体地球観測の概要
ゴチックが観測装置、明朝が観測項目を示す。
３－９．船舶海洋工学・舶用機関学
現在検討を進めている北極域研究船は、我が国初の本格的な砕氷型「研究」船である。
砕氷型船舶は地球上で最も厳しい使用環境に耐える性能・装備を持つ必要があるため、この種の船舶で得られるデータは、造船を含む工学全体の発展に不可欠である。我が国の砕10氷型船舶の中でも本船は、国際法上軍艦に分類される「しらせ」より観測行動や機器搭載の自由度が高い。従って、本船は我が国では極めて貴重なテストベッド・プラットフォー
ムとなる。
本船に期待される工学上の役割のひとつは、自身をセンサーとして、極限環境下での工学的データを得ることである。具体的には、船体運動、船体構造応答、機関出力などの高精度自動モニタリングを行う。これにより、我が国における性能の優れた船舶の開発を支援し、商船のうち一定数を占めている耐氷型船舶（アイスクラス船）の建造能力を底上げできる。船舶のヘルスモニタリングの観点では、不確実性が大きい氷荷重による構造応答
データを蓄積することにより、安全基準・耐氷船規則などの改善や構造の最適化を図る。
また、燃料消費や排出ガスなどを詳細に分析する。このことは、現在～将来の造船業界で大きな差別化要因である、船舶の環境性能の改善に寄与できる。分析の結果は、北極海のような脆弱な環境に対する影響評価のバックデータとして国際的に活用する。
本船の運航中に観測される現象には、気象、波浪、海象といった外乱因子に加え、極域に特有な海氷や船体着氷などがある。すなわち、氷海航行では開水域より外乱因子が多様で、それらに対応して最適運航を実現するには、より高度に情報化された最新鋭の船舶が必要となる。そこで、様々な因子を自動観測し、かつ気象、波浪、海象予測モデルと統合に利用する仕組みを整えることで、氷海航行支援システムを構築する。これは、本船の安全かつ経済的な運航に活用できるほか、今後増加も見込まれる我が国の氷海用船舶への搭載が進めば、北極海航路利活用の促進効果が大きく期待できる。さらに、現在実現に向けて研究が進められている自動運航船のシステムと連携することで、相互の発展にも寄与できる。
極域を航行する船舶にとって、海氷との干渉は性能低下や事故の大きな要因である。しかし、近年は海氷勢力が減退傾向にあり、海氷域の端部近辺に出現する開水域を通航する例が増えている。こうした氷縁部は波浪の影響もあり、海氷の特性やダイナミクスが海氷
域内部とは異なるが、船舶の設計や運航に必要な識別、性状、及ぼす荷重、挙動予測といった知見がほとんどなく、合理的な評価ができない状況にある。従って、本船では氷縁部における各種計測を重視し、自然科学的な観測と併せて様々な工学的データを取得することにより、現実的な運航における船体と海氷の相互干渉現象の解明に貢献できる。
本船で得られたデータ群は、それ自身が科学的な価値を有することはもとより、本船を開発プラットフォームとした舶用センサーや耐環境性に優れた装備・製品の開発に活用できる貴重な財産ともなり得る。これは我が国の工業製品の優位性、競争力の向上そしてレ
ピュテーション回復につながり、産業利用価値が十分に見込まれる。また、そうした優れた製品の創出及び提供が、北極海航路の利活用をはじめ産業活性化のトリガーとなることが期待できる。
３－１０．航海学
氷海航行では海氷と船体の干渉を常に考慮に入れる必要があり、海氷の認知から海氷の密接度・種類の識別、および避航に至るまで様々な操船・運航技術が要求される。また、特11

に氷からの脱出のため、砕氷船による支援が必要な場合やラミング（チャージング）が必要とされる場合や、着氷による船体や操船性能影響を考慮する場合などの厳しい氷海中での航行は、砕氷能力が高い砕氷型船舶が必要であるが、現状、観測機会も限られており研究が不十分である。そこで、本船の砕氷能力、かつ多様なセンサーや計測機器を搭載していることを活かし、海氷域での船舶の操縦性能や、氷況に応じた操船に対する評価、主機
操作履歴や燃費・推進効率などを網羅的に記録する。それらデータにより本船をデジタルツイン化し、仮想環境での運航シミュレーションが可能となれば、海氷域での操船に関する体系化及び合理性分析に役立つことが期待できる。
船舶の高度情報化によって、船舶の運航を支援する技術や各種機器は近年大きく進化している。航海学もそれらの利用に対応して変化しているが、海氷域ではリモートセンシン
グなどの新しい技術が運航手法に大きな変化をもたらすため、常に最新技術を先駆けて試行し、評価及び運用法を確立することが重要となる。その対象には、要素技術だけでなく、本船での構築が期待される氷海航行支援システムも含まれる。本船は研究船としての柔軟性を活かし、これらのテストベッドを提供する。これにより、船舶が海氷域を航行する際に必要な、高度な技術の開発について、我が国の産業界が、常にリードすることが可能となる。
また、極域における具体的な船舶運用には、高緯度及び寒冷海域特有の考慮が必要となる。例えば、磁気コンパスや衛星通信の不感帯、港湾の結氷による閉鎖、乗組員の健康管理や傷病対策、着氷の除去、排出物の制限などがあり、緊急時対応も含めて運航計画や補給計画を考慮する必要がある。これらを踏まえ、本船では実用的な氷海航行のため、極海
オペレーションマニュアル（PWOM：Polar Water Operation Manual）を整備する。その第一目的は、本船による成果の最大化であるが、内包する知見は他船を含む氷海航行全体にも裨益する。
氷海航行経験の豊富な船員は優れた海氷観測者でもあり、船上で海氷の状態を正確に把握・予測し、危険を避けることができる。こうした船員は世界的に希少であり、より多くの人材の育成には多様な海氷域での運航経験が必要である。本船は砕氷型船舶であり、厳しい氷況での航行も可能であることを活かし、船員の実地トレーニングシップとして活用する。また、STCW 条約に規定される上級訓練証明書を得ようとする者は、海氷域又は同等の甲板部での承認された 2 ヶ月以上の海上航行業務が必要であることからも（また証明書の更新手段の一つの方法として、過去 5 年間に合計して少なくとも 2 ヶ月の期間の海上航行業務が必要）、本船の活用が期待される。
氷海航行スキルを有する日本人船員を一定数確保することは、本邦船籍船や本邦船社の北極海航路進出を支援するために重要であると同時に、本船の運用における安全性・経済性を長期的に支える体制づくりにも必要なことである。
３－１１．観測技術
北極海、さらには北極域の環境変動の現在を把握し、高精度な将来予測を実現していくためには、これまで他の項目で繰り返し述べられているとおり、いかに「海氷」を理解す
12

るかが重要となる。海氷の理解は、物理学的、化学的、生物学的、生物地球化学的なあらゆる研究テーマの推進に不可欠であり、さらには北極海航路の利用の活発化による環境汚染リスクの評価や対策をはじめ、北極域における持続的な社会経済活動の確保にとっても欠かせない。海氷の理解のためには、分布、密接度、厚さ、大きさ、氷種等の海氷そのものの各種パラメータを観測する必要があるとともに、海洋―海氷―大気の相互作用など、海氷を取り巻く環境（海氷上、海氷下を含む）を多角的に観測することが重要である。また、海氷下の環境をより正確に把握することを考慮すれば、海氷を非破壊で観測することも実現する必要がある。
そこで、北極域研究船では、世界でも例をみない複数手段を組み合わせた観測技術による総合的な海氷環境観測を実施する。具体的には、海氷上下からの 2 種類のドローンによる観測、すなわち、鉛直方向には海氷直下から水深 300m まで、水平方向には 30km の自律航行が可能であり、CTD やマルチビームソナー、光学カメラ等の各種観測機器・センサーを搭載し、海氷下においても位置測位が可能な機能を有する「海氷下観測ドローン」と、海氷下観測ドローンを海氷上で測位しつつ海氷域の電波反射特性を活用した海氷厚観測を自律的に実施する「電磁測位・海氷上観測ドローン」による観測、さらには、北極域研究船に搭載した「海氷・波浪識別レーダー」によって、本船から 30km 程度の範囲の海氷や波浪を観測し、機械学習等を活用して氷況や波浪・海象を識別するための海氷・波浪識別センシング観測によって海氷環境観測を実施する。
これらの海氷環境観測で得られる貴重な観測データは、他の項目で述べられている様々な研究テーマに活用されるとともに、我が国の人工衛星によるセンシング観測の検証デー
タとしても極めて重要な位置づけとなる。
３－１２．人文社会科学
人文社会科学では、北極域の急激な気候変動や環境変化が人間社会にとってどのような影響をもたらすのか、また私たちがそれにどのように対応すべきかを検討する。本船では、人文社会科学研究者が同乗することによって、例えば、 １）極限環境における科学者の特徴や日常的な行動様式の観察（エスノグラフィー）、２）船舶による科学観測の実施における国際法秩序の適用および運用に係る実務の観察およびデータ収集、３）北極域の自然に対する芸術的観点に基づく観察とデータ収集、４）極域航行可能な手段の確保のための観察およびデータ収集が行われることなどを想定している。こうした研究を通じ、科学的知
見の一般社会との共有、持続可能な発展の達成、および我が国の国際プレゼンスの向上に貢献することが見込まれる。
４．北極域研究船による波及効果① 国際プラットフォーム
項目３で述べたような各研究テーマを学際的に推進するため、北極域研究船を軸とした日本独自の観測研究プロジェクトを立案し実行する。また、プロジェクトの立案と実行にあたっては、我が国の多分野（大気－海氷－海洋－古海洋－古気候－古環境－固体地球物理、
13

生物－物理－化学－工学－航海学）の研究者を極域研究に参画するよう促すとともに、国際連携の観点のもと、初期段階から他国研究者の参画も働きかける。また、我が国の北極政策において、北極域研究船には国際プラットフォームとしてのプレゼンスを求められていることから、研究航海に外国人の乗船希望者を受け入れることはもちろんのこと、加えて、欧州が構築している砕氷研究船のコンソーシアムへの参画など、研究面だけではなくプラットフォームやオペレーションといった視点で運用枠組みへの参画も実現する。
② 学術研究・人材育成（若手・女性）

北極域研究船は、我が国で唯一の氷海航行可能な研究船であり、我が国の学術研究の推進や、若手や女性研究者・技術者を育成していくプラットフォームとして積極的に活用する。そのため、本船に必要な環境を整備し、一定の条件設定のもとでの優先乗船枠制度や学術研究テーマによる乗船枠制度を設ける。これらの制度は、北極域研究船の保有・運用
機関と研究コミュニティ組織（JCAR や北極域研究共同推進拠点（J-ARC Net））との連携のもとで設計・運用する。
③ 情報発信・アウトリーチ
北極海は、オーロラ、極夜・白夜等の極域固有の様々な現象、クジラ類や（広義には）ホッキョクグマなどの大型の海棲哺乳類など、我が国の環境や生物相とは大きくことなる環境を有している。これらの環境や生物相は、一般市民に対する高価値なコンテンツとして活用できる素地を有しており、北極域研究船ではコンテンツ制作のための素材を取得する。取得すべき素材の選定・素材のコンテンツ化・発信といった一連のサイクルを駆動させ、訴求力の高いコンテンツ制作と発信を実現させるためには、研究機関ベースでは自ずと限界があるため、それらを専門とする事業者と協業し実施する。コンテンツ制作や発信にあたっては、北極の有する希少性や脆弱性、研究の重要性への理解促進・認知度向上効果も織り込むが、娯楽性と学術性のメリハリ（あるいは融合）については専門事業者のノウハウを活用しながら工夫する。また、情報発信やアウトリーチは、北極域研究船の広範な活動域を生かし、南極、中緯度域、熱帯域
といった両極から全球的な視点も考慮しながら進める。
さらに、北極研究の理解促進・認知度向上の一環として、北極域研究船をシチズンサイエン
スシップとして活用する。例えば、一般市民から研究テーマを公募し、当選したテーマは提案
者の乗船込みで実現される、といった制度を想定する。これらの募集や選定には、環境保全活動を目的した NPO 等との協業も視野に入れる。
５．付録① 北極域研究船の概要（平成 29 年度に JAMSTEC が検討したもの）② 各研究テーマに係る観測概要図

14