生態系へも大きな影響を与えることが予測されています。陸上

2011年から2016年の5年にわたって実施しました。39の研究機の植物の活動に変化が起きると、植物が大気から吸収する二酸関との共同研究を行い、わが国の北極研究者360名以上が参加、化炭素の量が変化し、再び地球温暖化を左右することにつながっ

初めて日本の総力を挙げて、分野横断的な研究や観測とモデルとていきます。北極から離れているように思える日本でも北極のを融合した研究による総合的な北極研究が実現しました。

北極温暖化増幅とその全球的な影響

北極域における気候変動で鍵を握っているのは「温暖化増幅」です。これは海氷域の変化をもたらして北極海航路の可能性にもつながるとともに、地球全体の大気循環や雪氷変動、炭素収支などに影響を及ぼします。また、海洋中の化学成分やプランクトンの環境を変化させ、主要な魚類などの変化や、水産資源にも影響します。中緯度の気候にも影響して、日本に冬の寒波や大雪をもたらします。

❶温暖化増幅メカニズムの解明
北極温暖化増幅

ここにその成果「何が分かったか」を報告します。本事業では、

気候変動の影響を受けていることが分かっており、その変化を高緯度−解明すべき4つの目標が設定されました。次の見開きの中に目標見逃すことはできません。
こうした激しい北極の変化を捉え、その仕組みを解明し、さらごとに分かったことをまとめています。そして、各目標がお互いに将来の予測をすることに貢献しようと、グリーン・ネットワーにどのように関係し合い、全体として「急変する北極気候シス

ク・オブ・エクセレンス（GRENE）北極気候変動研究事業「急変テム及びその全球的な影響の総合的解明」がどのようになされする北極気候システム及びその全球的な影響の総合的解明」をたかを、裏表紙のフロー図にまとめています。

中緯度間の熱輸送

雲の増減の変化❷全球影響・将来予測

地表面反射率の低下

ブ ラック
カーボン

雪氷微生物の増加の増加

積雪減少

海氷減少

❹海氷変動予測と北極海航路大気循環の強化

海氷の分布変動と集積効果

熱輸送変化

異常気象の増加北極海の熱循環や熱収支の変化

全球規模の海洋循環の弱まり

炭素循環の変化

日本の寒波・大雪

CO2 吸収の変化

成層圏−対流圏相互作用

海氷分布予測と北極海航路

プランクトンの種や分布の変化
主要な魚類などの変化❸a 日本周辺の気象への影響❸b 水産資源への影響後退するシベリア・スンタル
ハヤタ山岳氷河

15°
W

30°
W

45°
W

60°
W

温 暖化 増 幅

15°
E

105°
W

海氷

氷床

カリーナ

ヒウマ島
ヘルシンキ
ヒュッティアラソダンキュラケボ
ヌルメス

カナダ砕氷船120°W

温室効果気体観測なるなど、雪や氷をめぐる変化が著しく、大気の循環や陸上の2011-2016 成果報告概要

イヌビーク

135°
W

プルドーベイkm2

永久凍土調査ライン

バロー
フェアバンクス「グリーン・ネットワーク・オブ・エクセレ

アンカレッジ

60°
Eンス」（GRENE）事業・北極気候変動分野
150°
W

ティクシ

オイミヤコンスンタルハヤタ氷河的な影響の総合的解明」
代表機関：情報・システム研究機構
国立極地研究所「みらい」MR13-06

参画機関：海洋研究開発機構
実施期間：2011年7月〜2016年3月

カナダ砕氷船ヤクーツク「急変する北極気候システム及びその全球「みらい」MR14-05

チョクルダ

ミールヌイ
75°
E

本事業について文部科学省の大学発グリーンイノベーショ
ン創出事業

ポーカーフラット

諸砕氷船活動域トゥラ

1.5
北極（60〜90°N）の平均
1.0

対流圏循環

0.5
0.9℃

0.0

2.0℃

地球全体の平均10海洋変動・海氷観測

ノーマンウェルズ

融解侵食するアラスカ・ノー
ススロープ永久凍土層の中の地下氷（エドマ）

成層圏循環

地上平均気温の変化（英国気象局のデータより作成）

20100

実線（黄、橙、ピンク、青）：船舶観測「みらい」MR15-03

海氷の生態系への影響に船舶が行き来できる可能性が高まり、北極海航路といって注

海洋生態系観測

民間航空機観測ライン

フォートプロヴィデンス

ヴァリオ（写真：内田昌男／国立環境研究所、岩花 剛 ／ International Arctic ResearchCenter ）船舶

フォートスミスカナック

ニーオルスン

45°
E

ブラックカーボン

氷河の流出・崩壊が著しく、世界の海面水位の上昇をもたらすことが懸念されています。加えて積雪期間も広域にわたって短く「みらい」
MR12-E03

白鳳丸

165°
W

http://www.nipr.ac.jp/grene/︶

雲−海氷相互作用

海洋−海氷相互作用

積雪・氷河・氷床観測

積雪調査ライン雪

北極海では海を覆う海氷面積の減少が続き、特に2000年代に陸域植生観測

サーレマ島

1900

1950

2050

シミュレーション（5次報告）

シミュレーション（4次報告）

0（上）北極の平均気温は、この100年 で 見 て も、 最近の40年余りで 見ても、地球全体の平均の2倍以上の速さで上昇していることが明らかです。
（下）北極の海氷域面積（9月）の20世紀後半からの減少は、モデルによるシミュレーション結果よりも速い速度で進行しており、モデルによる予測では今後も減少が続くとされています。

積雪2016 年 8 月 31 日
105°
E120°
E135°
E150°
E165°
E表紙：グリーンランド。雪氷微生物で暗色化した氷と融解水（写真：杉山 慎／北海道大学）

メタン

氷河

ツンドラ
タイガ
（凍土）

〒 190-8518 東京都立川市緑町 10-3
http://www.nipr.ac.jp
発行日

アイス・アルベド
フィードバック

9月の海氷域面積の変化 （IPCC評価報告書より作成）

編集・発行

180°

CO2

2

大学共同利用機関法人
情報・システム研究機構
国立極地研究所
90°E

北極温暖化の中緯度影響

4

成果の詳細については「GRENE北極気候

海洋生態系

2100年観測86

2000

変動研究事業成果報告書」を参照

おしょろ丸

海洋循環

陸上に目を移すと、北極各地にある多くの氷河は縮小を続け入って急激に減少しています。これによって、北極海で持続的1850エアロゾル・雲・放射観測

30°
E化が表れることが予測されています。ており、広大な氷の塊であるグリーンランド氷床も融解や末端められています。

90°
W

チャーチル

アイス・アルベド
フィードバック

これを「北極温暖化増幅」と呼び、その原因の解明が早急に求

海氷域面積︵ 万雲

北極では全球平均の2倍以上の速さで温暖化が進行しています。て、海の中の環境の変化ばかりでなく、生息する生き物にも変

-0.5
75°
W

（写真：榎本浩之／国立極地研究所）

大気加熱

人為起源の二酸化炭素濃度の増加による地球温暖化の中で、GRENE北極気候変動研究事業の観測・活動が行われた地域
0°

目されるようになってきました。また海氷の減少や温暖化に伴っ今、北極では何が起こっているのでしょうか？

2.0

海洋酸性化

・成層圏−対流圏の相互作用
・大気循環の変化

氷河・氷床融解による海面水位の上昇

GRENE 北極気候変動研究事業

地球上、最も温暖化する北極

世紀初頭からの地上気温の変化︵℃︶

中緯度への影響

広域の積雪変動

急変する北極気候システム
及びその全球的な影響の総合的解明

日本

北極域の陸域と海洋は大気中の二酸化炭素を吸収していることが、大気観測か続くとは限りません。
本事業により、北極域では近年、積雪北極域における温暖化増幅メカニズムの解明

北極温暖化増幅の季節進行とその仕組みを明らかにしました。の異常気象をもたらすことが分かりまし世界各国の複数の気候モデルによる温暖化シミュレーション結た。それらが生態系に影響を及ぼし、二果を解析して、北極域における温暖化増幅の季節進行とその仕から大気へと熱が放出されることもないため、陸上の温暖化に組みを調べました。

は季節による大きな違いは見られません。

ら見積もられています。また、最近10期間が短くなっていることや、海氷の減酸化炭素収支を変化させる可能性があり年間の吸収量は、陸域で増大傾向が見ら

少が大気循環の変化を介して大雪などます。

北極域における地表付近の温暖化は、夏に最小、冬に最大本研究により、これまで個別に調べられてきた複数のプロセとなります。北極海では、海氷減少に伴うアイス・アルベドスの相互関係や季節進行が明らかとなり、北極温暖化増幅の仕＊フィードバック による加熱が夏に最大となりますが、加えら陸域での二酸化炭素収支は、植物の光大気中の CO2

吸収量と土壌中の微生物などの呼吸（土壌呼吸）による二酸化炭素放出量の差し土壌からの放出引きで決まります。これまで、北極の陸植物による吸収

陸海CO2

CO2極はあまり温暖化しません。一方で、秋から冬にかけては、海氷の消えた暖かい海から冷たい大気へと熱が放出されるだけでなく、対流が抑制された大気が熱を地表付近に閉じ込める、雲て、寒冷地の植物の生産量は高くなると考えられてきました。しかし環北極域のが上がりやすい、などの理由により、北極域では大きな温暖化

樹木の成長指標となっている年輪の幅を増幅が生じます。陸上でも積雪の減少に伴うアイス・アルベド
フィードバックによる加熱が初夏に最大となりますが、加えら北極海上での温暖化増幅の季節進行とその仕組み。グラフは、RCP4.5という中庸な温暖化シナリオによる20世紀末から21世紀末までの北極海上で平均した気温上昇の季節変化を、主な要因に分けて示している。

太陽光

温室効果

雲
海氷と雪

地表付近が高温化

温度変化の感度大海氷と雪対流の抑制

海洋
海氷の融解と温度上昇

夏高温化

6-7月 海氷が減少して海洋に高温化の緩和

8-9月 海洋の貯熱量が増加

吸収される日射量が増加

11-1月 海洋から大気へ熱を放出。

熱の閉じ込め、雲の増加など。

152010

気温上昇の季節変化

0-5

北極海での現地観測を実施し、人工衛が分かりました。北極海の高分解能数値

置、最小面積などを高精度で予測できる

星観測データから海氷の厚さや海洋循環モデル研究では、大西洋からの海水によようになりました。そして具体的な航路変動を推定する手法を構築しました。現る熱輸送が精緻に再現され、氷縁付近に選択を支援するために、北極海全体ス地観測と衛星データを組み合わせた解析

おける海洋の渦が海氷分布変動に与えるケールでの海氷分布や船舶近傍での海から、太平洋側北極海でのボフォート海影響が分かりました。

氷分布をもとにした最適航路探索手法を

洋循環流量は過去約4年間の海氷運動に

北極海航路利用の計画立案には、春開発しました。航路の経済性評価や運航よって決められていることを突き止めまの時点で夏季の海氷分布を知る中期予シナリオの提案システムの開発にも取りした。また、北極海航路で利用される海報が必要です。人工衛星と観測データ組んでおり、北極海航路の本格的実利用

その他（熱の閉じ込め・雲の増加など）

域では海氷が重なり合うことによる厚さによる統計的な予測手法の開発・改良をに向けた研究が大きく進みました。

海洋による熱の吸収・放出の増加が夏の海氷残存に重要であること行い、海氷域が後退するタイミングや位215

北極海航路の持続的利用の可能性が見えてきました。

海氷減少に伴う
アイス・アルベドフィードバック
による加熱

1月

2月

3月

4月

5月

6月

7月

8月

9月

10月

11月

0°°

-30

0°

-1530

12月

°

°

れた熱の一部が蒸発に使われるものの、その大部分は地表を暖量が低くなっている地域があることが分＊アイス・アルベドフィードバック：
気温が上昇すると太陽光をよく反射する雪や氷の融解が進み、黒っぽい地面や海面の露出が増えます。すると太陽光の吸収が増加して、さらに気温を上昇させ雪や氷の融解を進める、というものです。

温暖化後

北極海航路の利用可能性評価につながる海氷分布の将来予測

-60

世紀末

現在が増加して日射を遮るけれども雲による温室効果がそれを上回り地表を暖める、寒い地域は温暖な地域に比べもともと温度21組みに関する総合的な理解が進みました。

れた熱は、陸よりも暖まりにくい海に吸収されるため、夏の北域では温暖化に伴って光合成が活発化し解析した結果では、温暖化とともに生産めます。また、海に比べ陸は冷えやすく、秋から冬にかけて陸温暖化前世紀末から 世紀末までの温度差︵℃︶れることが分かりました。
合成と呼吸を合わせた正味の二酸化炭素

戦 略 研 究目標 ❹°地球全体に影響を及ぼす北極域の変化が進みつつあります。

戦 略 研 究目標 ❶60

全球の気候変動及び将来予測における北極域の役割の解明

戦 略 研 究目標 ❷かりました。また、陸域生態系のシミュ極域の二酸化炭素吸収がこのままずっと北極域における環境変動が日本周辺の気象に及ぼす影響の評価

近年の日本、さらには北米やヨーロッパなど北半球の広い範囲で、が発生し、シベリア上空の寒気を強めます。さらに、この大気海氷の減少に伴って、北極海の温暖化や淡水化、そして酸性化る多くの生物を支える状態にあります。しかし、今後さらなる寒冬や大雪が多く発生しています。この現象の原因を突き止めるの乱れは上空数十kmの成層圏にまで達し、それが対流圏の下が確実に進行しています。太平洋側北極海で海氷減少に対する海氷減少が進んだ場合、春季に表層で動物プランクトンの活動ために、数値シミュレーションの結果と観測値を用いた解析を行層に影響を及ぼしシベリア上空にもともとある寒気を一層強め、海洋生態系への影響を調べたところ、特に陸棚域では近年の海が活発になると、これらを捕食する浮遊性の魚類などが多く現いました。

その影響で日本に寒冬や大雪をもたらすというメカニズムを明

氷後退の早期化が大型植物プランクトンの割合の増加をもたられる状態になるかもしれません。

解析によると、特に2000年以降のように北極のバレンツ海とらかにしました。また同様に、北米やヨーロッパでも寒気が吹していることや、太平洋産種の動物プランクトンや季節回遊性

北極域は地球上で最も温暖化の影響が顕著に表れている地域

カラ海で夏から初冬にかけて海氷面積が小さいと、海から大気き出しやすい気圧パターンになり、北半球の広い範囲で寒冬やの魚・海生哺乳類などが北極海に入り込むという生態系の北へであり、そこで起きている変化は地球上のほかの地域・海域の中に多くの熱が放出され、その結果、上空の大気の流れに乱れ大雪が多く発生しやすくなっていることが分かりました。のシフトが起きていることなどが明らかになりました。

先駆けとして表れているものといえます。その北極海域で起き極渦の減速
成層圏

アラスカ・ディナリ国立公園近くの積雪調査地

ヨーロッパ・
北米の低温

偏西風

対流圏

短期化
-58.4 -38.9 -19.5 0.0

長期化
19.5 38.9 58.4 77.9 97.3

積雪被覆期間のトレンド（日／30年）（期間：1982〜2013年。1994、1995年を除く）

過去30年間の積雪期間の変化。赤い部分は地表面に積雪がある期間が短期化、青い部分は長期化しています。
ヨーロッパで特に短くなっています。

一方で、北極海に流入した太平洋産種の動物プランクトンている環境変化に対して、それぞれの海洋生物が、そして北極が、現状ではまだ北極海で定着できそうにないことも分かって海の海洋生態系がどのように適応していくのか（適応していくきました。現在の太平洋側北極海は、春季に表層の生物が有機ことができないのか）、今後も注意深く調査していく必要があり物となって海底に沈み込んで底生生物の餌となり、そこに集まます。

現在の状況

将来起こり得る状況

15

シベリア高気圧の強化
シベリア・極東の低温

2015年夏の最小期（2015年9月11日）の海氷分布（白い部分）。緑線は、同年5月発表の第一報で予測された海氷域。

動物プランクトン
プランクトンや魚の捕食者
底生生物

偏西風の蛇行

北極域における環境変動が日本周辺の気象に影響を及ぼすメカニズム

大雪で倒木などの被害も出ました（写真：高橋修平／北海道立オホーツク流氷科学センター）

底生生物の捕食者

海氷の厚さ（m）
0

植物プランクトン

負の北極振動

0°

-180°

極渦

年輪解析から見た20世紀後半の樹木の生産量（写真：塚川佳美／国立極地研究所）

北極海の生態系の変化が進行しています。

0°●増えている地域●減っている地域

北極域における環境変動が水産資源等に及ぼす影響の評価
12

北極の気候変動が日本へ寒波や大雪をもたらします。

北極域での二酸化炭素（CO2）収支のイメージ

戦 略 研 究目標 ❸b0°

戦 略 研 究目標 ❸a

放出量の増加が予測されているので、北-12

北極域全域で土壌呼吸による二酸化炭素

-90°

90°

レーションによると、今後100年の間に薄氷域を進む外国砕氷船（写真：舘山一孝／北見工業大学）

0.25

0.50.751北極海航路利用のための海氷予測と最適航路予測システム。2011
年10月24日の海氷の厚さのモデル計算をもとにした最適航路の例。