研究会報告，一極域研究連絡会1992年春季研究会
r南極域の物質循環」報告＊
神博＊＊・安沢成

1992年日本気象学会春季大会の前日（5月25日）午後

哲

三＊＊＊

30

（14：30〜17：30）に，・気象学会大会C会場（工業技術50〆
1究会を開催した．参加者は約30名弱，司会は大畑哲夫氏

100、（名大水圏研）であった．

200

院共用講堂，つくば）で，極域研究連絡会主催の標記研

大気中の物質循環間題は以下のように定義されよう：（1ン大気中に存在する物質が，どこでどのように生成し，あるいは，大気圏以外からどのようにして大気に取り込まれ，（2）大気の運動によってどのように輸送され，その輸送途中でどのような変質を受け，（3）どこでどのように消滅する，あるいは，大気圏外へと取り出さ

30Q「一￡ε■ラノジ〜＿／オ／一／ズ〆
ど／／／／レ辰

600
700
800

る研究者との共同で解かれる性質の新しい問題である．・の中で使用した図を掲げる（第1図）．この図を掲載し〜

ノ400

goo

最初に，今回の話題提供者のほ・とんど全ての人が講演！

桝嘱 500

この問題は，大気力学と大気化学を専門とすれるか？

■

●ノ南極点

一第1図

バード

ハレット

放射冷却量から見積られた冬の平均子午面た本の編集をした神沢は，この図が含まれている章の執循環．

筆担当者であづた故井上治郎氏（存命であれぽ，この研南極点（90。S），バード（80。S，120。E），究会でも主役を演じたであろう）と議論しながら，このハレット（72。S，170。E〉での「放射ゾンデ観測（1959〜1963年の6．〜7月）から，・赤外放射による大気の冷却量および温度の時間変化を求め，その差が大気の鉛直流によるものとして，鉛直流速を見積った．南北一流速は，その鉛直流速を使い，質量保存の図の改作を行ったことを思い出す．

r・11．趣旨説明
神沢博（極地研）

今回のテーマr南極域の物質循環」は，雪氷学研究者を中心として現在進行中のr氷床ドーム深層掘削観測計式を満たすよう求めた．Whiteand3ryson（1967，W箪O Tech．Note，87，199−224）による図に風速のスケールを加えてある．

画」にも深く関連し，かつ，r地球大気化学国際共同研

国立極地研究所編（1988：南極の科学3気究計画（IGAC）」の下で進められている南極大気化学研

i象，古今書院）の図3・15より、』、♂

究計画等にも関連のあるテーマである．今回は，主に大気力学の観点からこの問題を議論する．また，その観点から今後の南極観測計画を議論し，この研究会を・その計画を煮詰めて中く第ピ歩としむし〕と考之る兜．今回の研＊IReporton

theWorkshopofPolar

R．esearch

Cotnmittee（仮称），．Spring1992，．

Mater三alCir℃qla声1？n intheAnt琴rgtic ・．
＊＊∬iro5hi K㊧nzawa・．甲立梅地研究所．．．
』＊＊＊↑etsuzo
1992年12月、1．．、Yasu亘ari，・筑波大学・地球科学系』）

究会以後も・ζφテーマの下で・・主に大気化学？硯卓か．

わの研究舎・水循環をテ「マとした研究全・．大無寿学挙

よび大気化学の総合的視点からの研究会，南極観測計酋を詰める研究会箏を開いてゆく予定だ』

59

776

極域研究連絡会1992年春季研究会r南極域の物質循環」報告

2．シンポジウム丁地球気候における南極氷床の役割」（1990年5月22日）のレビュー

開を米国が行っているが，ドームF域は空白地帯である．ドーム域と昭和の間の観測で，カタバ風の吹き出し

安成哲三（筑波大・地球科学）

標記シンポジウム（プロシーディングスはr気象研究域からカタバ風域までの実態を明らかにできることとな

う．高度3，600mを境に積雪内の物質が大きく変化すノート」の一冊として編集中）の議論を参考に述べる．

る．South

現在実施中の二つの観測研究プロジェクトと本日のテーーでの地上気温をみると，数週間の時間スケールの大きマは深く関連している．一つは，r氷床ドーム計画からな変動がある．ドームは雪氷ばかりでなく大気の観点かみた南極域の物質循環」であり，重要な間題の例としらみても面白い場所である，Poleの気温，ドーム上の地域に近いプラトて，r成層圏を含む氷期／間氷期の気候・環境変化」が挙

安成：ドーム基地での気象ゾンデ観測の計画は？

げられる．もう一つはrIGACからみた南極域の物質循

榎本：1995または1996頃となろう．ゾンデ観測をする環」であり，例えば，rオゾンホールは南極に固有のもためのヘリウムガスボンベ等の輸送よりもドーム掘削計のか」といった問題がある．この二つの間題を結ぶもの

画のための物資輸送が今のところ優先する．34次隊ではとして，rPSCs（Polar

StratosphericClouds：極域成層圏雲）の氷期における活動度は？」といったテーマがあ無人気象観測を実施する．大気成分の観測は榎本以外の隊員が行う．

ろう．氷床ドーム計画の深層掘削から得られるであろう

大畑：ルート上よりもカタバ風の流線に沿づての観氷床コアを分析した結果検出されるであろう物質は，測，鉛直風を測れるような観測等，目的に沿った計画を（1）どこからやってきたか？（2）どのように変化した作る余裕があることが望ましい．

か？（3）どのようにばらまかれたものか？

といった問題を考える際に，南極域の大気中の物質循環の研究が必要になってくる．

安成：カタバ風のsource域から沿岸までを観測する．
大気成分観測との組み合わせで面白い観測ができる．

廣田（京大理）：カタバ風の時間変動のスケールはど

研究課題をまとめると，以下のようになろう．（1）中層大気を含むモデルによる氷床の大気大循環に果たす役割，（2）氷期と間氷期における物質循環の比較，（3）大気一氷床モデルの確立．のくらいか？

安成／榎本：数十日のタイムスケールの変動が顕著．

廣田；そうであれば，榎本さんの観測でカタバ風を捉えることができるだろう．

氷床上積雪のトリチウム濃度は内陸ほど大きいことから，．ドーム域の積雪，氷床コアの中の物質は，成層圏か

田中（筑波大）：北極域でも気温の大きな変動がある．

鉛直風をウインドプロファイラーで測るといい．

ら入ってくるものをみている可能性が大きい．また，氷床マアに太陽活動の変動の名残が残っている可能性もあ

4．南極域での大気および水蒸気の循環

る．冬にはPSCsのactive sedimentationが起こる可能性がある．物質の堆積の素過程が大事である：ドーム

トラジェクトリー解析と水蒸気輸送の話をする．

山崎孝治（気象研）

で何がどの程度落ちてきてし。・るか？南極大陸斜面を吹き昭和基地上空350〜850mbの空気の起源をNMC客下ろすカタバ風の大気循環に果たす役割も重要だ．カタ

観解析データを使い，ラグランジュ的にさかのぽったト

バ風が発達すると気圧勾配を弱め，極うずの発達を止めラジェクトリー解析を一日おきにほぼ2年分，行った．てしまう．カタパ風強（弱）のとき極うず弱（強）とい

ほぼ等温位面に沿って空気粒子が動くことがわかる．冬う多重平衡解が存在する可能性がある．

は対流圏上部・中部では上昇流で主に低緯度からやってくる．対流圏下部では下降流で南極大陸上からくるもの

3．内陸域での気象観測の展開が多い．これは，カタバ風に伴う循環で，冬の方が強榎本浩之（北見工大）

今年（1992年）出発する第34次南極地域観測隊（主観測年＝1993年）で，ドームF（77。S，40。E；3，800m）

い．夏は低緯度下層からもかなりくる．カタバ風が対流圏の循環を大きく規定しているようだ（e・g・，ParishandBromwichl1991；J．climate，4，135−146）．

基地および昭和基地（69。S，40。E）からドームに雪上

冬に30日間さかのぽると成層圏からくるものがある

車で向かうルート上での地上気象観測を，榎本が中心にが，主に，中低緯度からきており，極渦の中での下降流なって行う．Automaticはあまり見られない．対流圏の中・上層に成層圏からや

60

Weather

Station（AWS）ゐ展、天気μ39．12．

極域研究連絡会1992年春季研究会r南極域の物質循環」報告
・ってくる割合は冬より夏の方が多い．

察される．詳しくは今回の学会で発表をする．・

水蒸気輸送をNMCデータで調べた（Yamazaki，
1992；Proc・NIPR＄ymp・Polar777

廣田：非常に興味深い研究だ．

Meteorol．Glaciol．，6，

山崎：我々の大気大循環モデルによる実験でも，大気36−45）．ウェッデル海および昭和基地付近は水蒸気の南輸送のトレーサーとしてCO2一は非常に面白いことがわ

極大陸への入り道となっている．水蒸気フラックス収束かっている．

は沿岸で大きな正（1mm／day程度）であり，内陸部では負の領域もあるが，平均すると正となる．収束の値は6．南極域での大気中の物質循環観測計画について

南極域全体の平均では冬の方が大きい．

神沢「博（極地研）

極域での物質循環問題の面白さを成層圏での水を例に
5．大気微量成分から見た南極域での物質循環挙げて述べ，次に，将来の観測計画について述べる．

村山昌平 （資環研）

南極オゾンホールの形成にとって本質的と考えられる

30次隊（主観測年・＝1989年）に参加し，CO2，CH4，PSCsの主成分は水蒸気である．以下の二つの点が物質対流圏03の観測を地上および航空機で行った．東北大循環の問題として面白い．（1）赤道対流圏界面の大学院で，その観測データを中心に，学位論文をまとめTrapた．その一部を述べる．てくる．南極の冬の下部成層圏のように，赤道圏界面のColdを生き延びた水蒸気が輸送によって極域に運ぽれ対流圏一成層圏間の交換を03データから調べ以下の温度以下になるような低温条件の下において，この水蒸ことがわかった．1989年3月下旬および9月中旬に高度気が他り大気微量成分とともにPSCsを作ると考えられ6km以上で03濃度増加．この際の圏界面高度はそれぞれ約6kmおよび9km．9月のケースは，高緯度側のている．（2）PSCsの粒子が重力落下する程度に大きく成層圏起源の03が対流圏にやってきたと考えられる．

また，物質循環の季節変動をCO2データで調べた．

成長すれば，水と大気微量成分を含む粒子は成層圏から対流圏へ落ちてしまう可能性がある（e・g・，Iwasaka

Hayashi，1990；Proc

NIPR

Symp。PolarandMeteorol．

CO2の濃度およびその季節変化は，南半球では中緯度

Glaciol・，3，23−35）．そのような過程で南極大陸地表面の方が高緯度より小さい．昭和基地では年間のほとんどに運ばれてきたと推測しうる硝酸，塩酸が，南極大陸内の期間を通してわずかに上空ほど，濃度が高い．これら

陸部の表面積雪中に見いだされている（e．9．，Kamiyamaの事実は，南半球においてCO2が高緯度へ運ばれるル

88α乙，1989；J．Geophys．Res．，94，18515−18519）．，

ートは対流圏下部ではなく，対流圏上部であることを示
唆する．

微量気体の変動は大気輸送過程の影響を大きく受けることがこれらの観測からわかった．

牛丸（沼津高専）：9月と3月の違いは？圏界面の高さと下降流の関係はどう考えたらよいか？

氷床ドーム計画が，ここ数年，気水圏ばかりでなく，極地研全体としても，人的および予算的に大きなプロジ
ェクトである．今のところ36次（1995年），37次（1996年）隊で，ドームでの氷床コアボーリソグおよびコアの現場解析が予定されており，38次（1997年）あたりにドームでの大気の集中観測が行える可能性がある．また，

神沢：温度の鉛直分布は，放射冷却と大気の下降流に39次隊（1998年）以降の観測計画もおいおい練ってゆかよる断熱圧縮加熱のパラソスで決まっている．。3月の場

ねばならない．IGACに呼応した大気化学関係の観測と合，下降流が十分強く，WMOで定義されている圏界面して，地上CO2，CH4，03観測，03，NO2のコラムが6km程度とずいぶん低かった．9月の場合は，それ量観測という半定常的な観測を行いながら，34次隊ではほど下降流が強くなかった，ということかもしれない．

大気中エアロゾルの硫黄成分（海洋生物起源のものが多廣田：北半球からの輸送の効果と海との交換の効果を切り分けられるか？

いといわれるDMS等）の観測，35次隊（主観測年＝1994年）以降では，レーザヘテロダイン赤外分光計によ村山：δ13Cの分析から，冬は主に北半球の生物圏とーる03，N20，CH4等の鉛直分布の観測，回収気球シスの交換あるいは化石燃料消費の影響を受けた大気（CO2テムによる対流圏，成層圏のCO2，フロンガス，エァロ濃度変化に対するδ13Cの変化大），夏は海との交換のゾル等の観測等が候補に上がっている．以下，神沢の考影響を受けた南半球の大気（CO2濃度変化に対するδ13

えを述ぺる．

Cの変化小）が昭和基地にやってくるのではないかと推1992年12月

測定高度領域が0・5〜17kmのウインドプロファイラ
6↑極域研究連絡会1992年春季研究会「南極域の物質循環」報告

778

一を，南極大陸上の子午面に沿って数点設置し，風の3互作用の間題が重要である．これは成層圏からの微量物成分を計ることを計画しつつある（Kanzawa，1992；

質め降下の研究にとっても重要である．

Meteorol．Glaciol，5129−

これらの問題を解決するにば，衛星データの活用，−多38）．風の鉛直成分を計れるということが，ウインドプ

点同時プロファイル観測，AWSの充実，大気化学者とロファイラーの画期的な特長である．南極大陸上の大気の協力等が重要な要素と考えられる．極域研究の場合ジProc．NIPR

Symp．Polar

は，強い放射冷却に晒され，それを補うべく，断熱圧縮とかくdata−limited・ということでお茶を濁すことが多下降流が起こっていると想像されている（第1図参照）

い．それを解消するような観測の充実をはかるとともが，その流れを南極大陸上で直接計った例はこれまでなに，idea

い．間題意識は以下のとおり．極域の対流圏界面，（高度い．

limitedにならないよう心がけなければならな

約10km）での成層圏と対流圏の空気交換の実態は？地
表付近は強い放射冷却によリカタパ風が流れているが，8．総合討論

このカタバ風が励起する子午面の流れがどの位の高度ま廣田：水蒸気以外に雲の形で水は内陸に入ってくるはで浸透しているのか？

ずだ．その程度はどのくらいか？

1996年2月に打ち上げ予定のADEOS衛星搭載セソサーの一つであるILAS（ImprovedLimbAtmosphericデータから評価できる．大陸の上での雲水量の評価は難Spectrometer）は，一極域（56−70。N，65−86bS）の主に成しい．

和田（極地研）：海の上の雲水量ば衛星のマイクロ波層圏（高度10〜60km）の03，No2，HNo3，N20，

神沢：この間題の重要さは極地研の者も認識しておCH4，H20，CFC−11，エァロゾル，温度，気圧を測定り，和田さんが29次隊でレーダ観測とNOAA衛星デーする．ILAS観測と極域観測（検証実験を含む），を組みタの受信を行い，評価を試みつつあるところだ．

合わせることにより，中層大気の物質循環の研究が進む

田中：Greenlandでは，雲の形で入ってくる量が水蒸気で入ってくる量に比べ無視でぎないことが知られていだろう．

る』

廣田：熱帯ではどうか？

7．力タバ風にっいて。
児玉裕二（北大『・低温研）

主要な間題点は，安成，榎本氏によってすでに議論されたので，．カタパ風研究の今後の課題についてのみ述べる．簡単にまとめるとジ（1〉斜面方向の変化，（2＞上層風あるいは大循環との関係，・の二つが今後の重要な課題

・安成：不明である．まさにこれからやろうとしている

GEWEXの中心テ｝マだ．
神沢：水循環間題については，『この研究会の枠でも議論してゆくつもりだ．

［補足．山内恭氏によれば，，以下の通り．大気中のH20であると思われる．（1）については，Parish達の流線図は，地球全体で考えれば，気体（水蒸気）の状態で存在のカタバ風で解明された感を与えるが，内陸の傾斜が緩するものが圧倒的に多く，液体（水）ある，いは固体（氷）いところや海岸付近の複雑地形における記述は十分でなで存在するものよりも2桁多い．・南極の場合は，・

水蒸気い．また，摩擦の間題も残っていて，特に表面粗度に関の割合が地球全体の平均に比べると少ないが，それでも係する氷床の表面形態や吹雪の間題，上層の風と関係するEntrainmentの知識が十分でない．．（2）については，他の状態に比べると1桁は多い．従って南極へのH20の輸送の大部分は，水蒸気の形で行われると予想され安成氏らが提唱している風速の・る．』・ただし，・きちんとした評価は今後の課題である・玉30㌻50日周期変動11と大気大循環との関係に代表されるように，上層風との相、62、天気「39∴12♪