７．極域海洋と気候変動：地球温暖化のホットスポット

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
Polar amplification• 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？

Global warming

Polar amplification

過去10年での気温の上昇

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

北極海の海氷の現状：夏季の面積が激減している
第一期水循環変動観測衛星「しずく」（GCOMW1）

1979年から2012年までの9月の北極海の海氷面積[単位：百万km2]
50万km2/decade

150万km2/decade

700万km2

オレンジ：
2000年代の平均
2012年9月16日 349万km2

紫：2012年9月の最小
白：2013年の9月

日々の海氷のモニターは日本の人工衛星センサーAMSR2が担っている！

http://www.ijis.iarc.uaf.edu/cgi-bin/seaice-monitor.cgi?lang=e（海氷・海洋）アルベドフィードバック効果とは●アルベドとは、日射に対する反射率。
●海氷は、通常白い雪が載っているため、日射の６～７割を反射する。これに対して、開水面は黒っぽいため日射の１割しか反射しない。
●一旦何らかで海氷面積が減少すると、開水面は日射の反射率（アルベド）が低いため多くの熱を海が吸収する。その海の熱によって海氷融解が加速され、ますます開水面、日射の吸収が増え、さらに海氷が減少する、という正のフィードバック効果。
●この効果によって北極海は温暖化の影響を最も受ける（加速する）と言われている。
ただし、その定量的な理解は十分になされてはいない。

海氷面積が減少（開水面の割合が増加）
海洋表層での日射の吸収が増加

低アルベド(~0.07)

暖まった海によって海氷融解を促進

高アルベド(~0.7)

Sea ice

側面融解
底面融解Ocean海氷密接度
1980

1990

2000

海氷運動のcurl
1980
1990

2000

Shimada et al. (2006)

9月の海氷密接度変化 →[1998-2003年]-[1979-1997年]

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. Shimada
2008

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

中層水の50年昇温トレンド
水温27.0σθ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
重い水の潜り込みは温減っている！
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

海氷の融解分↑
表層の低塩水

春の塩分から海氷の厚さを推定した例 (2001-2009): 42点0m

平均= 65 cm

塩分の深さ方向の分布（春）

T150m

S

2520Ship observation

Float

15
10501950

1960

1970

1980

1990

2000

Average thickness＝ 77 cmfrom 353 stn.

comparable to direct
observations of 60 120 cm

09

Ice thickness (cm)160

Yearly averaged ice thickness in the Sea of Okhotsk
data >3
data <3

140
120
100
80
60
40
2001950

1960

1970

1980

1990

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

2000

09

FeFe

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

北大西洋深層水の変動
DS-OutflowFSC-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)

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

4000m以下の熱量変化(2000s-1990s))

南極底層水の存在割合

Purkey & Johnson(2010)

4000m以下の熱量変化 (2000s-1990s) Purkey & Johnson(2010)

南極底層水の割合大の海域ほど昇温化

IPCC AR5(2013)

南極底層水の昇温化・低塩化・低密度化→ 底層水生成の減少 ?

→ 海洋熱塩循環の弱化 ??
→ 全球気候のダイナミックな変化 ???

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

19751980

1985

1990

1995

2000

2005

34.71

淡水化

34.7

s 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)