秋季における北極の海氷回復と大気循環の関係
The Relationship between the Arctic Sea-ice Recovery and Atmospheric Circulations in Autumn

地球環境気候学研究室

伊藤匡史 (510M227) : 指導教員 立花 義裕
Masashi Ito

Keywords: sea-ice concentration, composite, sea level pressure, turbulent heat flux, temperature flux
1. はじめに
北極海の海氷面積は, 30 年間で約 50％減少しており, 温暖化の影響が示唆されている [Stroeve et al.,2007]. これは, 夏季の海氷減少の変化に伴う秋季の気温や放射等の変化が一要因として考えられている[Screen and Simmonds, 2010 ]. また, 秋季の海氷状態と低気圧活動に関係がみられ [ Stroeve et al., 2011 ],低気圧活動が海氷生成と関係があることも報告されている[ Inoue and Hori, 2011 ].
夏季において大気が海氷減少に与える影響は, Ogiet al (2007) 等によって異常な大気循環が海氷を動かす事で, 海氷減少を促進させることが知られている.
しかしながら, 結氷期における大気場と海氷増加の関係, 特に日変動単位での大気と海氷増加の関係は,まだ未解明の部分が多い. そこで本研究では, 海氷が年々減少する中で, 海氷増減に寄与している低気圧活動や総観規模の大気循環に着目し, 北極海における海氷増加期の大気循環と海氷増加の関係を大気場と熱的観点から明らかにする事を目的とする．
2．使用データ
海氷密接度は, National Snow and Ice Data Center（NSIDC）の Nimbus-7 SMMR 及び DMSP SSM/I のマイクロ波放射計から算出されたデータを使用した.
グリッド間隔は 25km×25km. 解析期間は, 1979 年～2010 年である. 海面更正気圧, 温度, 風速, 潜熱・顕熱 フ ラ ッ ク ス に は , ECMWF (European Centre forMedium-Range Weather Forecasts) の ERA-Interim 再解析データを使用した. グリッド間隔は, 1.5°×1.5°.
解析期間は, 1979～2010 年である.
3．対象領域
研究対象領域は, 北緯 70 度以北の北極域全体、及び太平洋セクター(北緯 70 度～90 度, 東経 90 度～270 度)と大西洋セクター (北緯 70 度～90 度, 東経270 度～90 度) である.
4. 解析手法
SMMR 及 び SSM/I の 海 氷 密 接 度 デ ー タ よ り ,1979 年から 2010 年までの海氷減少量が最も顕著な太平洋セクターの海氷密接度の領域平均を計算し,各年での最小値とその日付を抽出する. また, 10 月から 12 月までの各月での 1 日時点における同セクターの領域平均された海氷密接度を計算し, 各月ごとの海氷密接度値の変動を調べ, 実際に海氷が回復している期間を特定する.
ERA-Interim 再 解 析 デ ー タ の 海 面 更 正 気 圧 とSMM/R 及び SSM/I の海氷密接度データ用いて, 結氷期において特定の大気パターンが海氷の回復に影響を与えているかを確かめる. また, 結氷期における大気場の特性を特定するために, 1979 年以降において海氷増加率が大きい上位 5 年を抽出して, 海氷増加率が 1%以上の日と 2%以上の日を対象にコンポジット解析を行った. 更に, パターン相関法によって近年における海氷の増大と海面更正気圧コンポジッ
トアノマリーのパターンとの関係を調べた. また,熱的観点から, 海から出される熱量と太平洋セクターに流入する温度フラックスを算出した.
5．結果
5.1 海氷面積の長期トレンド
太平洋セクターの海氷密接度の最小値は, 1979 年
では約 70％、2010 年では約 30％となっており, 顕著に減少している（図省略）. また, 各年において海氷密接度の最小値を記録した日付は, 年々遅くなる傾向にあった（図省略）. つまり, これは融解期が長くなり, その分秋から冬にかけて海氷を生成される期間が短くなっている事を意味する. さらに 10 月の海氷は, 夏季に海氷が年々減っている事と連動して,減少している事がわかった. ところが 11 月になると,10 月の海氷の多寡に関わらず面積が 80％まで回復するようになる. この結果から海氷面積の回復は, 10月と 11 月の間で行われていると考えられる. 10 月・11 月における 1 日あたりの太平洋セクターの海氷密接度の回復率は, 年々大きくなっているが, 特に 10月の海氷増加率が著しく大きい (Figure. 1). したがって、10 月の大気循環の変動が、海氷の回復率増加に影響を与えていると考えられる。また、10 月の海氷増加に伴う熱的影響が大気にも現れると予想される. また, 10 月 1 日時点における海氷密接度と 10月の 1 日当たりの回復量の相関は, -0.94 を示し(Figure. 2), 海氷が夏季に減れば減るほど 10 月におけ)

Figure.1 Daily increment of sea-ice concentration averaged overthe Pacific Arctic (blue: October, red: November).

Figure. 2 Time series of standardized sea-ice concentration
at 1st on October (blue line) and the recovery rate per day onOctober (red line).

る海氷の回復量は増加する. つまり, 融解期の長期化か示唆されている中で, 11 月まで融解期を引きずる事なくほとんどの海氷が 10 月に結氷している事になる. これより 10 月の環境場の何かが原因となって海氷を生成させると考えられる.

5.3 10 月の海面更正気圧トレンド
10 月における海面更生気圧のトレンド (図省略) は, 極中心の高気圧化とベーリング海やシベリアで低気圧傾向にあることから, 近年 10 月において,高低気圧のコントラストが明瞭化している.
5.4 水平温度フラックス
10 月における太平洋セクターに流入する水平温度
フラックスは, 若干であるが減少傾向にある (図省略). 近年この領域に入ってくる熱量が減少している事が分かった.
6. 考察と結論
太平洋セクターでの海氷の回復は, 10 月に起こっており, 他の月に比べ顕著に回復する時期であることが分かった. また 1 日当たりの海氷増加率は,年々増加傾向にあり, 短期間で急激に増える傾向にあることもわかった. この急激な海氷の回復は, シベリア沿岸の海域で顕著である. これは, 近年の顕著な大気偏差パターンの時に引き起こされる傾向にあり, 高低気圧場のコントラストによって風が吹くことで, 水平温度フラックスの減少が起こり, 更に海中の熱量が奪われることで, 海氷が急激に増加する傾向にあった. 以上, 本研究より, 近年の 10 月の海氷増加と気圧場の間に関係が見いだされた.
7. 引用文献

5.2 海面更正気圧コンポジット
海面更正気圧場をコンポジットした気圧傾向は,1％の場合よりも 2％の方がより顕著であった. (図省略). また、海面更正気圧の気候値からのコンポジ
ット偏差も同様に, 海氷増加率が 2％を超える時,正偏差・負偏差が顕著に現れた (Figure. 3a). 同様に海氷増加率が上記の時の海氷増加率は, 中央シベリア～東シベリア沿岸の海域で大きな値を示した(Figure. 3b).

[1] Inoue, J., and M. Hori, 2011: Arctic cyclogenesis at the marginal icezone: A contributory mechanism for the temperature amplification?
Geophys. Res. Lett., 38, L12902, doi:10.1029/2011GL047696.
[2] Ogi.M, and J.M.Wallace, 2007: Summer minimum Arctic sea ice extent
and the associated summer atmospheric circulation, Geophys. Res. Lett.,
34, L12705, doi:10.1029/2007GL029897.
[3] Screen, J. A., and I. Simmonds, 2010: Increasing fall-winter energy loss
from the Arctic Ocean and its role in Arctic temperature amplification,Geophys. Res.Lett., 37, No. 16, L16707 10.1029/2010GL044136.
[4] Simmonds, I., C. Burke, and K. Keay (2008), Arctic climate change as
manifest

incyclone

behavior,J.

Clim.,

21,5777–5796,doi:10.1175/2008JCLI2366.1.
[5] Stroeve, J., M. M. Holland, W. Meier, T. Scambos, and M. Serreze,
2007: Arctic sea ice decline: Faster than forecast. Geophys. Res. Lett.,
34, L09501, doi:10.1029/2007GL029703[6]

Stroeve, J, C., M.C.Serreze, A, Barrett. and D, N, King, 2011:
Attribution of recent changes in autumn cyclone associatedprecipitation in the Arctic. Tellus., 4, 63A, 653-633.

Figure. 3 (a) SLP composite anomaly [hPa] (blue isnegative, red is positive). (b) Composite of sea-ice growthrate per day [%/day].