６． 海氷・海洋アルベドフィードバック：北極海氷激減のメカニズム?
気候変動に伴う北極海の海氷域の変化
・夏季の海氷面積が2000年代以降激減 [e.g. Comiso et al., 2008]

・海氷厚の減少 [e.g. Rothrock et al., 2008]
・多年氷の減少（季節海氷域化） [Comiso, 2012]

近年の北極海の海氷激減には、様々な要因が関係してると考えられている（流出量の増加、融解期の長期化、熱流入の増加など）

2012
2000s
1980s
9月の海氷域
近年の季節海氷域化に関連して、海氷－海洋アルベドフィードバックが働くようになったかも

http://www.ijis.iarc.uaf.edu/jp/seaice/extent.htm

北極海の夏の海氷面積の変化(2000年以降加速)

Stroeve et al. (2012)

潜水艦及びICESatによる北極海の海氷厚
Kwok and Rothrock (2009)

北極海の海氷の年齢の変化 （多年氷が減り一年氷が増加）

５+年氷
4年氷
3年氷
２年氷
1年氷

Stroeve et al. (2012)

海氷－海洋アルベドフィードバックとは？
・季節海氷域(南極海やオホーツク海)において、一旦海氷密接度が低下すると開水面から日射が吸収されることで融解が促進され、さらに密接度が減少する正のフィードバック☀

Decrease of sea ice concentration (Increase of open water fraction)

Enhanced solar heating at the upper ocean
Low albedo(~0.07)

Lateral melting

Bottom melting

Accelerated ice melting
High albedo(~0.7)

Sea iceOcean

海氷・海洋アルベドフィードバック効果
海氷の発散

海氷の収束

密接度 低

密接度 高

開水面での熱の吸収 大開水面での熱の吸収 小海氷融解 促進

海氷融解 抑制北極海では・フィードバックが働く前提条件が満たされているか？
・フィードバックを誘発するトリガーとして何があるか？
海氷が激減している太平洋セクターに着目して解析を行う
熱収支解析

Fw,i = (1 –αw,i) S + Lnw,i + Fsw,i + Few,i + Fci
Net heat flux

Shortwave
radiation

柏瀬君の研究Longwaveradiation

Sensibleheat flux

Latentheat flux

Conductive
heat flux

・海氷後退は融解によるものがほとんどであり、流出の影響は小さい。
・開水面から吸収される熱（日射）と海氷融解の季節変動/経年変動が良い対応を示す。

熱収支解析の結果 [MJ/m2]

海氷－海洋アルベドフィードバックが働くための前提条件が満たされている開水面からの熱吸収
海氷融解量（潜熱換算）
メルトポンドからの熱吸収
海氷流出量

MayJunJulAug
開水面からの熱吸収 [MJ/m2]

年積算熱収支 [x102 MJ/m2]

・海氷域では開水面から吸収される熱（主に日射）が支配的である。

海氷融解量（潜熱換算）[MJ/m2]☆北極海海氷域（海氷密接度 ≥ 30%）での熱収支解析

相関係数 = 0.92

2000年以降に顕著な増加トレンド

・海氷発散（Div）を、解析領域境界（B）および氷縁（E）からの流出面積/海氷面積として定義し、海氷密接度および海氷融解量との比較を行った

𝑫𝒊𝒗 = (∫𝑩 𝑪 𝑼𝒐 𝒅𝒍 + ∫𝑬 𝑪 𝑼𝒐 𝒅𝒍)/𝑺𝒆

海氷発散 ( 5月中旬－6月上旬 ) vs. 海氷融解 ( 6月中旬－8月上旬 )・融解初期の海氷発散は、1－2ヶ月後の海氷融解と（北極海全体とも）良い対応関係を示す※2000年以降は海氷発散にも有意な正のトレンドが見られる

海氷－海洋アルベドフィードバックがより効きやすくなったことが近年の海氷激減にも影響していることを示唆する

R=0.79 (0.56@detrended)簡略化モデルの概要(1) 開水面から吸収された熱量は海水温の上昇および海氷融解に使用される

CMY

CFY

(2) 海氷密接度（C）は1年氷の融解のみによって減少、多年氷の融解は無視する(3) 海氷融解は海水温の結氷点（－1.83℃）からの差によって決定する(1) および (2) より、

𝒅𝑻𝑪
𝒅𝑪𝒄𝒘 𝝆𝒘 𝑯= 𝑭𝒘 𝟏―𝑪 +𝑳𝒇 𝝆𝒊 𝒉𝒊
𝒅𝒕
𝑪𝑭𝒀
𝒅𝒕

𝟒𝒅𝑪
─𝑳𝒇 𝝆𝒊 𝒉𝒊= 𝒄𝒘 𝝆𝒘 𝑲𝒃 𝑪𝑭𝒀 (𝑻―𝑻𝒇 )𝒅𝒕(𝟓)(2) および (3) より、(4) および (5) より、

𝒅𝑻
𝟏―𝑪𝑯
= 𝑭𝒘
― 𝑲𝒃 𝑪 (𝑻 − 𝑻𝒇 )𝒅𝒕𝒄𝒘 𝝆𝒘(𝟔)

・モデルに漂流速度の効果を導入する

𝒅𝑪
𝝏𝑪𝑻―𝑻𝒇𝝏𝟐𝑪= −𝒂𝟎 𝑪𝒇𝒚−𝑼+ 𝑨𝑯+ 𝝍𝑪𝒅𝒕
𝝏𝒚𝒉𝒊𝝏𝒚𝟐
Meltingof ice

Advectionof ice

Ice motion in May

Horizontal
Ice resistancediffusion of ice (internal stress)(𝟕)

・平均氷厚を1m、初期の海氷密接度を99％、表面混合層の厚さを15mとした。
・バルク熱交換係数 𝐾𝑏 を 1.2×10-4 m s-1 とした。
・𝐶𝑀𝑌 の初期値および熱フラックス𝐹𝑤 を衛星観測データに基づいて与えた。
Initial Multi-year ice

Net heat input at the water surface

モデル
観測(%)

Date(W m-2)

気候値（2000－2012年）におけるモデル実験
・簡略化モデルに熱フラックス、漂流速度および多年氷分布を与えることにより、海氷後退を再現することに成功した。
→海氷－海洋アルベドフィードバックが北極海の海氷後退の季節変動に影響している
Observation
2000-2012

Model
Basic runModel
No ice-motion run

Model
No multi-year ice run

2004年および2012年の再現実験
・漂流速度のみの変更によって、極端な年の海氷後退を再現することができた。
→海氷－海洋アルベドフィードバックが北極海における海氷後退の経年変動もコントロールしていることが示唆される
Observation
2004

Model
2004 runObservation
SSM/I
2012
2012年

Model
2012 run

海氷後退の時間スケールについて
簡略化モデルより𝒅𝑪
─𝑳𝒇 𝝆𝒊 𝒉𝒊= 𝒄𝒘 𝝆𝒘 𝑲𝒃 𝑪𝑭𝒀 (𝑻―𝑻𝒇 )𝒅𝒕
𝒅𝑻
𝟏―𝑪𝑯= 𝑭𝒘
― 𝑲𝒃 𝑪 (𝑻 − 𝑻𝒇 )𝒅𝒕𝒄𝒘 𝝆𝒘(𝟓)(𝟔)

式（5）および（6）をまとめると𝒅(𝟏 − 𝑪)
𝑭𝒘𝒄𝒘 𝝆𝒘 𝑯 𝒅 𝑻 − 𝑻𝒇𝒄𝒘 𝝆𝒘 𝑲𝒃 𝑪𝑴𝒀=𝟏−𝑪 −−𝑻 − 𝑻𝒇𝒅𝒕
𝑳𝒇 𝝆𝒊 𝒉𝒊
𝑳𝒇 𝝆𝒊 𝒉𝒊𝒅𝒕
𝑳𝒇 𝝆𝒊 𝒉𝒊(𝟕)

𝐹𝑤 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 を仮定すると

𝟏−𝑪 =𝜷𝒆𝑭( 𝒘 )𝒕
𝑳𝒇 𝝆𝒊 𝒉𝒊+𝜸 𝒕

海氷後退の時間スケールは(𝟖)
𝑳𝒇 𝝆𝒊 𝒉𝒊𝑭𝒘であり、初夏（𝑭𝒘 = 𝟏𝟎𝟎 𝐖 𝐦−𝟐）の場合29日となる。

→この結果は海氷発散が融解に影響するラグタイムとも整合的である

まとめ
mid-May to early-June(a) 1979-1999(b) 2000-2012−0.03−0.03%%day
day−1−1−0.03 % day−1
0.00 % day−1

0.09 % day−1− −0.01
0.01 %%day
day−1−1−1 −1
0.17
day0.17%%
day0.01
0.01%% day
day−1−1

0.01 % day−1

Div = 0.14 % day−1Div = 0.07 % day−1
CFY = 45%
CMY = 54%

CFY = 69%
CMY = 30%

End of August

Qp = 36

Qw = 152

Qp = 57

Qm = 269

Qm = 116
Adv = 23

Qw = 236

Adv = 38