北極海の季節変動観測
冬季春季の海氷ー海洋システムの実態を理解するための実観測データが圧倒的に不足
海氷激減・大気ー海氷ー海洋相互作用の核心領域を砕氷船観測で射抜く

1

氷縁域から多年氷域の波浪と海氷の同時観測
多年氷

氷縁域に限定した波浪海洋観測が100km

砕氷船 を⽤いることで多年氷域へ⼤幅に拡⼤できる

氷縁域
数100kmMR18
海氷・波浪識別レーダー

ステレオカメラ
可視光・⾚外海氷下の波浪の伝搬

結氷期から融解期の波浪と海氷の相互作⽤の解明
p 波浪による氷盤の破壊
p はす葉氷の形成
p 氷盤サイズの分布と波浪スペクトルの相関
p 波浪による海洋混合

u 北極航路の安全u 沿岸域の保全
u 極域の気候変動・変化

氷盤設置波浪計

⽔温プロファイル

乱流計測

ドローン、ヘリコプター、
無⼈機空撮

海氷分布

無⼈⾃律
観測機器
2

Polar Morning（4⽉〜6⽉）物質循環・⽣物⽣産において劇的な変化が起きる時期
⼤気-積雪-海氷-海⽔-海底︓フラックス観測により，変化を定量的にとらえる＊氷上観測（氷上⼤気観測タワー，海氷コア採取，フラックス測定）＊海洋観測（海上⼤気観測，海⽔中⽣物・化学物質分析，短期係留観測）＊海底観測（堆積物コア採取，フラックス測定）

蓄積されたブラックカーボン等
⼤気由来物質の放出→⼤気，⽣物，融解への影響

海洋起源エアロゾル・有機ガス等の放出→⼤気，雲形成，オゾン層への影響

光の透過→光化学反応，光合成

積雪

海氷融解⽔・⼤気由来物質の流⼊
海氷
アイスアルジーから外洋性プランクトンへの移⾏→⽣態系，物質の変質・輸送，⼆酸化炭素の吸収
冬

季節変化

炭素フラックス春

北極海3

⽣態系観測を含む太平洋側北極海の総合観測
中央北極海⽣態系調査 - 「おしょろ丸」との連携観測 -○海氷消失に伴い将来的に漁業活動が⾏われる可能性がある海域の⽔産資源調査を含んだ海洋⽣態系総合観測を実施する。
・北極域研究船による海氷域を含む広域海洋観測、低次⽣態系調査
および⿂探による⽔産資源調査
・ 「おしょろ丸」による開放⽔⾯域でのトロールなどを⽤いた⽔産資源調査

連携観測

おしょろ丸 web page より

国際連携同時広域観測 (Synoptic Arctic Survey II)○国際連携の下に北極海全域をカバーする複数船舶による同時広域観測を実施する。2020/2021年に「みらい」で実施予定のSynoptic Arctic Surveyの再観測。
・「みらい」は砕氷船でないため開放⽔⾯域しか観測できず、国際貢献は限定的・砕氷能⼒を持つ北極域研究船では中央北極海を単独横断することができ、⽇本の国際貢献は⾶躍的に増⼤太平洋側北極海氷縁追跡観測○氷縁の北上と共に移動しつつ、開放⽔⾯域-氷縁域-海氷域の断⾯観測を繰り返し実施する。
・氷縁付近は観測が困難でデータが少ないため、その特殊な気象・海洋環境や⽣態系の実態はほとんど知られていない。
・氷縁の物理プロセス (⼤気・海氷・波浪・海洋相互作⽤、氷縁ジェット、渦、湧昇、⽔塊混合など)と物質循環・⽣態系を繋ぐ観測や波浪・海氷短期予測に資する観測が必要

4氷海域における観測体制の確⽴
寒冷環境下における砕氷船観測の諸課題の抽出○⾼品質データ取得に資する観測・運航体制の構築• -10℃以下での船上・氷上作業の習熟• 測器の適切な選択・運⽤⽅法の知⾒の蓄積

厳冬期のオホーツク海での慣熟航海○巡視船「そうや」で培われてきた海氷域観測の知⾒を応⽤• 「バスケット」を⽤いた海氷観測⼿法の開発• ヘリ観測に関する運⽤上の諸問題を確認「みらい」の北極航海より厳しい気象・海氷環境

観測計画案○2⽉のオホーツク海で１ヶ⽉間（当該年の北極航海の乗船者対象）• 砕氷航⾛観測、漂流観測、氷上観測などの「型」を確認• 常設機器、新規導⼊機器の動作確認• 衛星画像・予報データ取得の通信テスト
バスケット観測「そうや」によるオホーツク海観測
Inoue and Toyota (2005, JMSJ)MOSAiC Implementation plan (2018)

北極域研究砕氷船を持つ⽇本の存在意義• 観測時期の国際調整• 国際共同研究のプラットフォーム• IASC主導によるポストMOSAiCの計画⽴案

5気候モデルによる海氷予測精度向上を⽬指した北極海縦断観測
季節海氷域から多年氷域までシームレスに縦断するような国際連携航海を実施

北極海における海氷上の積雪量[km3]（1993〜2010年平均）

特性が⼤きく異なる積雪と海氷を区別して観測することが重要
春季のストームイベント期間に数⽇以上の連続観測ができればオリジナリティが⾼い雪のデータが得られる[AOS94]USCGC Polar Sea
CCGS Louis S. St-Laurent

Utolia et al. [2019]

海氷海洋同化プロダクトの不確定性低減も期待される・ 積雪＆海氷プロセスの解析研究

Ø 海氷を軸とした環境変動の理解

・ 衛星アルゴリズムの開発＆改良

Ø 北極海航路利⽤計画策定

・ ⼤気再解析データの補正Ø 将来気候予測の精度向上

6中部北極海の古海洋復元
B

A2012


A: 温暖化により北極海夏季海氷分布は縮⼩している．現在よりも温暖な時代の海氷分布を調べ，異なる温度条件下で，海氷がどこまで退いていたか⽰す．





B: 北半球氷床は氷期ごとに異なる．海底コアに残された氷⼭起源物質の分析により氷床の消⻑を復元する．

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氷期における氷⼭流出

$% IRD••・温暖期の海氷分布の復元
・氷床の消⻑の復元

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中部北極海メンデレーフ海嶺北緯79度から北緯85度までの範囲で４地点から，堆積物コアを採取する．
放射炭素年代，微化⽯群集組成，有孔⾍酸素同位体⽐，漂流岩屑量，その鉱物組成，バイオマーカーを分析する．

海氷分布の将来予測に役⽴てる．地球史の理解を深める．
7

北極海の構造発達史の解明
わかっていること○北極海の各海盆のおおよその形成年代→ヨーロッパ側のユーラシア海盆の拡⼤史は詳細に判明→アジア側のカナダ海盆の拡⼤はおおよそ⽩亜紀と判明

わかっていないこと○構造的⾼まりの形成年代や形成プロセス→ジュラ紀〜⽩亜紀のプルーム活動で形成︖→プルーム活動の継続時間、分布は不確実→チュクチ海嶺（CR)、ノースウインド海嶺（NR）、アルファーメンデレーエフ海嶺（AR,MR)の形成時期とプルームの影響

どうやって解明するか○系統的かつ効率的な岩⽯採取○系統的な地球物理観測（海底地形・地磁気・重⼒）→南極周辺を含む、他海域での⽇本の観測・研究経験を活かす

何につながるか○北極域の形成過程とそれが環境変動に与える影響○ジュラ紀〜⽩亜紀にかけての両極を含む構造発達の解明

・北極域研究の基礎データの提供
・南極観測や海洋研究で培った我が国の固体地球研究に基づいた極域研究のイニシアチブ
8北極海における船舶運航の安全性と経済性の向上
船舶航⾏の安全性○氷海航⾏の実績は通常海域より少なく、設計にあたってデータが圧倒的に不⾜している。
〇船舶関連データの計測・分析⼿法⾃体を開発する必要がある。
→氷況監視・氷荷重計測・機関監視などを⾏う計測機器を搭載→多様な氷況において船⾃⾝をセンサとした性能データを取得→海氷のサンプリングにより、機械的特性データを蓄積

船舶航⾏の経済性○配船計画では、氷中性能と氷況の関係を正確に把握・予測する必要がある。
〇氷況に対する航路選択によって、運航コストが⼤きく異なる。
→氷況の変化に対応した氷海航⾏⽀援システムの活⽤→運航性能推定モデルの⾼精度化→船陸または船上におけるデータマネージメントの⾼度化

北極海の利活⽤と海氷変動の相互影響の⼀環として分析
海氷レーダー観測

着氷量計測
氷況・操船状況記録
氷況カメラ画像解析

排ガスモニタリング

氷厚計測

船体運動計測氷荷重モニタリング
船底観測

氷物性計測

機関モニタリング
軸トルク・スラスト計測

氷海運航技術の向上○氷海航⾏には寒冷地や規制対応に関する専⾨知識を備えた⼈材の育成が不可⽋。
〇操船技術の不⾜は安全性・経済性に⼤きな損失をもたらす。
→⾼度な運航⽀援技術及び航海機器の開発と検証→上級訓練にも対応するトレーニングシップとしての活⽤→実⽤的な極海オペレーションマニュアルの策定

Polar Code等の国際規則に対応し合理性検証やデータ提供

9我が国独⾃の先進的な技術開発による海氷域の統合的観測の実現
北極海海氷域において、網羅的なデータの取得が困難な氷況（分布、氷種、サイズなど）や氷厚、さらには海氷下の物理・化学・⽣物地球化学・⽣物学的環境を観測するための先進的な技術開発を実施

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RADAR-100S6

海（氷）上観測・測位ドローン（インターフェースイメージ）③ 海氷・波浪識別センシング技術

Radar Image with tracked targets$+.+<7+1/90@/==/6><+@/6381383-/38>2/%> +A</8-/%/+A+C

先進的な海氷・波浪レーダーと解析技術の開発による本船から10km程度の海氷分布・サイズ・密接度、 断続的にビーコンを発信し、氷に微速接近波浪・海象のリアルタイムな把握

RUTTER 3CM SCANNER (COMPRISING ANTENNA AND TURNING UNIT)
FFF 770>%-+88/<- Weight 52kg max.
77 0>%-+88/<- Weight 50kg max.

324

102

Sea Ice

ドローン相互で通信し、測位

The RADAR-100S6 is the Practical Solution to Specialty Radar Applications

336.5

北極域研究船⽬標海氷域まで移動後、⽬標エリアの電磁場ベクトルマップを作成。海氷厚観測と海氷下観測ドローンの測位を実施

 770>%-+88/<- Weight 55kg max.

1310

296

Rutter offers its RADAR-100S6 system as a floor console,./=5>9:-98=96/+8.+=+-97:98/8>=C=>/709<38>/1<+>39838>9/B3=>381,<3.1/=

② 電磁測位・氷厚観測技術

586

調査エリアまで航⾏・砕氷し、各ドローンを投⼊（離陸）・回収

RADAR-100S6

最⼤⽔深300m
390

S Y S T E M C O N F I G U R AT I O N S
OPTIONSX Band (3cm)

ANTENNA SIZE

1.2, 1.8 or 2.4m

2.7 or 3.6m,?652/+.9<7+=>2/+.

,?652/+.9<7+=>2/+.

10kW or 25kW

30kW

TRANSCEIVER CONFIGURATIONPOWER

S Band (10cm)

海氷下観測ドローン
Supplied by:

全⻑︓2.0m
Head Office
70 Brookfield Road
重量︓300㎏
St. John’s, NL
Canada A1E 3T9
Tel: + 1 709 368 4213
深度︓300m+ 1 709 Surrey
368 1337
Italy
5 Tillingbourne
Court, DorkingGreece
Business Park, Station Road,Fax:
Dorking,RH4 1HJ. UK
sales@ruttertech.com www.telemar.co.uk+ 390571 945099+ (0)1306
30 210 3236935
Tel:Tel:+44(0)1306
88 33 55 Fax: Tel:+44
88 36 00 enquiries@telemar.co.uk
速度︓1〜3㏏
Fax: + 39 0571 945406
Fax: + 30 210 3220643
www.ruttertech.com
italy@ruttertech.com
greece@ruttertech.com
距離︓30㎞
観測︓CTD、マルチビームソナー、光学カ
メラ、蛍光光度計等
SwedenTel: + 46 706 386 396
Fax: + 46 706 143 143
sweden@ruttertech.com

試作機

GermanyTel: + 49 421 34 99 538
Fax: + 49 721 151 329 560
germany@ruttertech.com① 海氷下観測ドローン技術

極低温等を考慮し、取り回しを重視した⼩型の⾃律型ドローンを開発し、海氷下や海中の⾮破壊にF 82+8-/.<+.+<37+1/<C+8.>+<1/>./>/->398
よる調査・モニタリング（画像・映像取得、センサー
F 6/B3,6/38>/<=A3>-2381
F 97:</2/8=3@/<+81/9098=-<//80/+>?</=+8.<+.+<>996=計測など）の実施

最⼤15km（往復30km）

10⼈⽂社会科学のフィールドとしての北極域・研究船
⼈⽂社会科学○普遍的な法則を⾒出すための学問が中⼼な⾃然科学と異なり、個性記述的。法則を導くのではなく、⼀回だけの出来事や⼈間性、社会について何かを解釈し、語ることが⽬的。
→⾃然科学と⼈⽂社会科学の連携のためには、理⼯系の側である程度進めてしまった研究課題を⼀⽅的に投げるのではなく、そもそもの研究プログラムの始まりから複数の分野で⼀緒に考えることが必要••

社会全体で意識化されていない課題は⼈⽂・社会系こそが⾒つけられる

北極船上、ないし移動した先（停泊地含む）の⼈間の⽇常的な経験や社会の多様性を記述したり、ある視点から解釈する
社会全体で意識化されていない課題の発⾒

観測内容・概要○あくまで例として• 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）• 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• 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• 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• 北極船のELSI（ethical, legal and socialimplications, 倫理的・法的・社会的な課題）発⾒期待される成果・国際連携•••••

科学的知⾒の⼀般社会との共有
持続可能な発展の達成
社会に意識化されていない課題の発⾒
⾃然科学と⼈⽂・社会科学の連携
我が国の国際プレゼンスの向上
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