北海道の雪氷No.38（2019）

Annual Report on Snow and Ice Studies in Hokkaido

グリーンランド北西部カナック氷帽における氷流動速度のモニタリング観測と数値モデリング
Field measurements and numerical experiments on ice flow velocityof Qaanaaq Ice Cap, northwestern Greenland
近藤 研 1, 2，榊原 大貴 2, 3，津滝 俊 4, 5，杉山 慎 2
Ken Kondo1, 2, Daiki Sakakibara2, 3, Shun Tsutaki4, 5, Shin Sugiyama2
Corresponding author: ken_kondo@pop.lowtem.hokudai.ac.jp (K. Kondo)
To investigate seasonal and year-to-year ice flow variations of an Arctic ice cap, we conducted flow velocity
measurements on Qaanaaq Ice Cap, northwestern Greenland from 2012 to 2018. Velocity showed seasonal acceleration
by 19 % in the summer 2012, indicating enhanced basal ice motion. Annual velocity decreased by 3.6 % from 2014 to2016, which can be attributed to intensive mass loss during the period. Numerical experiments with an ice flow model
implied existence of relatively warm ice within the glacier, suggesting the influence of latent heat released by meltwaterrefreezing.
１．はじめにグリーンランド氷床の質量損失の増加が報告されているが，沿岸部に位置する氷河，氷帽についてによって定量化された流動速度の季節・年々変動を報告するとともに，数値実験を用いて氷体温度が流動速度に与える影響について議論する．

もその例外ではない．これらの氷河，氷帽は低標高に位置しているため気候変動に敏感に反応するこ

２．研究対象地とが知られている 1)．氷河の流動は氷体を消耗域にカナック氷帽は，グリーンランド北西部カナック運搬する役割を担っているために，流動加速は質量村（77°28’ N, 69°13’W）の北側に位置する面積損失の増加に繋がる．よって氷河の質量変動を理解

289 km2 の氷帽である 2)（図 1a）．カナック氷帽かするためには流動速度の継続的な観測が必要となら南側に溢流するカナック氷河では，2012 年以降る．また氷河の氷体温度は氷の粘性を変化させるこ

継続的に表面質量収支を中心としたモニタリングとで流動速度に大きな影響を与える．寒冷な北極域観測が行われている 3)．
その結果，2012 年から 2016に位置する氷河は気温に大きく影響を受けた温度

年における氷河全体の年間表面質量収支の平均値構造を持ち，その多くは氷河全体が圧力融解点を下は−0.22±0.30 m w.e. a−1 (water equivalent per

回る寒冷氷河，または一部が融点に達しているポリannual)と報告されている．

サーマル氷河である．しかしながら，氷河内部の温度分布は単純ではない．例えば本研究の対象地であ

３．研究手法るグリーンランド北西部のカナック氷河では，高標（１）流動速度観測

高域で氷体温度が高くなる傾向が測定され，流動速

カナック氷河上の標高 243–968 m a.s.l.の 6 地点

度に影響を与えている可能性が示唆された 2), 3)．に観測サイトを設け，アルミポールを埋設した（図このような背景のもと我々は，グリーンランド北1b）．アルミポールの先端を GPS（Leica, System西部の氷床周縁に位置するカナック氷帽にて，流動1200, Enabler Ltd., GEM-1）によって測量し，前速度の継続的な観測を行っている．本稿では，観測回測定からの移動距離から流動速度を算出した．1

北海道大学 大学院環境科学院
Graduate School of Environmental Science, Hokkaido University2
北海道大学 低温科学研究所
Institute of Low Temperature Science, Hokkaido University
3
北海道大学 北極域研究センター
Arctic Research Center, Hokkaido University
4
国立極地研究所
National Institute of Polar Research
5東京大学 大気海洋研究所
Atmosphere and Ocean Research Institute, The University of Tokyo
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図 2 2 次元氷河流動モデルの有限要素を示す（Sugiyama et al., 2014 より引用）．横軸に氷河最高標高からの距離，縦軸に氷河末端からの高度を取る．
受けて，2014–2015 年に氷河表面近傍の氷体温度が測定された 3)．本研究では測定された氷体温度を用いて，氷河流動モデルによる流動速度観測値の再現性の向上を目指す．
４．結果（１）流動速度
図 3 に流動速度の観測値を示す．年間流動速度の

図 1（a）カナック氷帽の衛星画像（Sentinel-

平均値はサイト 1 で 0.87 m a−1 の最小値，サイト 32，2017 年 7 月 25 日撮影）
．赤枠は（b）の範囲を示す．
（b）カナック氷河における流動速で 19.8 m a−1 の最大値を取った（図 3a）．観測期間度（×）および氷体温度測定地点（△）．

中に顕著な経年変化は見られなかったが，2014 年

秒間隔で 30 分間の GPS 衛星データを取得し，カイト 3 では 20.2 m a−1 から 19.5 m a−1 と 3.6 %減少

から 2016 年にかけて僅かな速度減少が見られ，サナック村に設置した基準局（Enabler Ltd., GEM-1）を使ったスタティック干渉測位法によって測定を

イト 3 で 24.5 m a−1 と年間流動速度に対して 19 %の加速を示した（図 3b）．

行った．2012 年 7 月 18 日から 2018 年 8 月 5 日の間，毎年 7 月上旬と 8 月初旬に観測を行うことで，夏期と年間の流動速度を測定した．

した．2012 年には夏期の速度上昇が観測され，サ（２）氷河流動数値実験
氷体表面温度の観測値を境界条件として，流動速（２）氷河流動モデル
先行研究 2)で構築された 2 次元氷河流動モデルを用いて氷河の流動速度を計算した．このモデルはグ度と温度分布を計算した（実験１）（図 4）．計算値は全域で観測値を下回る結果となった．特に中流域で観測値との差が大きく，サイト 3 での計算値は，レンの流動則と熱収支式を用いて氷河の流動観測を 59 %下回る 10.0 m a−1 であった．氷河底面速度と温度分布を算出する．計算には有限要素法をの温度は全域で圧力融解点以下を示し，末端で用いており，流線方向と鉛直方向の 2 次元空間を対象とする（図 2）．氷河表面の氷体温度と底面から供−10.6 ℃の最小値，サイト 5 で−4.5 ℃の最大値を取った．

給される地殻熱流量（本研究では 50 W m-2）を境界条件として計算を行い，流動速度と温度分布が定常に達した値を出力する．
先行研究において，流動速度の再現に氷体温度の実測が重要であることが示唆された 2)．その結果を－106－
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図 4（a）2012 年夏期流動速度の観測値（○，最も右がサイト 1，左がサイト 6），実験１の流動速
図 3（a）2012 年から 2018 年の年間流動速度．

度計算値（実線），実験２の流動速度計算値（＊，（b）2012 年から 2018 年の夏期流動速度．

実線）を示す．
（b）実験１の底面温度計算値（実線），実験２の底面温度計算値（＊，実線）を示す．

５．考察（１）流動速度2015 年と 2016 年には降雪量が少なかったことたがって 2012 年の季節的な速度上昇は，氷河底面温度が圧力融解点に達していることを示している．に加えて夏の気温が高く，大規模な質量損失が生じている 3)．氷河全域の年間質量収支は 2014/15 年に（２）氷河流動モデル−0.72±0.32 m w.e.，2015/16 年に−0.27±0.31 m計算された氷河底面の温度は最高で−4.5 ℃と全w.e.であり 3)，同期間にカナック氷河の広い範囲で域で圧力融解点以下であり，2012 年夏の流動変化氷厚が減少したと考えられる．したがって 2014 年から推定される底面条件と整合的ではない．そこで，から 2016 年にかけて観測された年間流動速度の減

氷体表面温度を変化させて感度実験を行い，観測値

少は質量損失によって生じた氷厚減少が原因であを再現するための条件を探った．その結果，氷体表ると考えられる．そこで氷河流動モデルを用いて末面温度の観測値から SIGMA-B サイトで 3.5℃，サ端で 2 m，最高標高で 0 m の氷厚減少が生じたと

イト 4 で 2.5℃高い氷体温度を与えた際に，流動速して流動速度の計算を行ったところ，サイト 3 にお度の観測値と良い一致が得られた（実験２）（図 4a,）．

いては 1.3 m の氷厚減少で流動速度が 1 m a−1 減少

温度条件の変化に伴う速度増加はサイト 3 で最大する結果となった．この実験によって，観測されたとなり， 10.0 m a−1 から 26.7 m a−1 であった．さ

流動速度の減少が氷厚減少に起因することが定量らに 2012 年夏期の速度上昇が観測されたサイト 2的に示された．また 2012 年に観測された夏期の速からサイト 4 では，氷河底面の温度が圧力融解点以度上昇については，夏期の激しい融解によって融解上を示した（図 4b）．すなわち，氷河底面の融解が水が氷河底面に潜り込み，その結果上昇した底面水観測値を再現する条件であることを示している．こ圧によって底面滑りが加速した可能性が示唆されの結果は，大気や地熱以外の熱源によって氷がよりている 2), 4)．氷河底面の温度が圧力融解点に達して高い温度に保たれている可能性を示す．例えば，クいない場合，底面滑りは生じないと考えられる．しレバスに流入した融解水が氷河内部で再凍結する－107－
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ことで，潜熱を放出して氷体温度を上昇させる．ま【引用文献】た，涵養域において融解水が積雪内に浸透して再凍結しても氷体温度は上昇する 5)．よって氷河の流動

1） Hanna E, Mernild SH, Cappelen J and Steffen K,
2012: Recent warming in Greenland in a long-term

速度を正確に再現するためには，更なる数値実験やinstrumental (1881–2012) climate context. I.

現地観測によって氷河内部の温度構造を明らかに

Evaluation of surface air temperature records,する必要がある．

Environ. Res. Lett., 7(4), 045404.
2） Sugiyama, S., Sakakibara, D., Matsuno, S.,
Yamaguchi, S., Matoba, S., and Aoki, T. 2014:

６．まとめと今後の展望
グリーンランド北西部に位置するカナック氷河

Initial field observations on Qaanaaq ice cap,

において，2012–2018 年に継続的な流動速度観測を

northwestern Greenland, Annals of Glaciology,行い，数値実験との比較を行った．夏期流動速度は55(66), 25-33.

2012 年に最大で 19 %の季節的な上昇を示し，底面水圧上昇による底面滑りの加速が示唆された．年間

3） Tsutaki, S., Sugiyama, S., Sakakibara, D., Aoki, T.,
and Niwano, M., 2017: Surface mass balance, ice

流動速度は 2014 年から 2016 年にかけて 3.6 %減

velocity and near-surface ice temperature on

少し，同時期に起きた氷厚減少が原因であることがQaanaaq Ice Cap, northwestern Greenland, from

示唆された．2014–2015 年に測定された氷河表面近2012 to 2016, Annals of Glaciology, 58(75pt2), 181-

傍の氷体温度を境界条件として数値実験を行った

192.

ところ，観測値を下回る流動速度が得られた．氷体

4） 丸山未妃呂，津滝俊，榊原大貴，澤柿教伸，杉

温度に対する流動速度の感度実験によって，氷河内山慎，2014: グリーンランド北西部カナック氷部の温度が計算結果よりも高く，底面が融解に達し帽における質量収支・流動速度・表面高度変化ていることが示唆された．融解水がクレバスや積雪の観測，北海道の雪氷，33，81-84.

内で再凍結することで発生する潜熱を，数値計算に取り入れることが重要と考えられる．以上の結果は，

5） van Pelt, W. J. J., Oerlemans, J., Reijmer, C. H.,
Pohjola, V. A., Pettersson, R., and van Angelen, J.

融解水の再凍結によって寒冷・ポリサーマル氷河のH., 2012: Simulating melt, runoff and refreezing on

温度構造が変化し，流動速度を変動させることを示

Nordenskiöldbreen, Svalbard, using a coupled snow

す．よって本研究は，氷河流動機構の理解に加えて，and energy balance model, The Cryosphere, 6, 641-

温暖化傾向にあるグリーンランドにおける氷河変

659.

動の将来予測に重要な知見を与えるものである．
【謝辞】
本研究は，GRENE 北極気候変動研究事業およびArCS 北極域研究推進プロジェクトの一環として実施したものである．

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