博士（地球環境科学）猪上 ぞ手
学位論文題名Development of clouds and alrmaSStranSformation
prOCeSSeSOVerthemarglnaliCeZOneoftheSeaofokhotSk（オホーツク海の氷縁域における雲の発生と気団変質過程）
学位論文内容の要旨

寒気吹き出し時jオホーツク海の氷縁域から風下海上ではっ日本海と同様に筋状の雲が発生する．この雲は，大気海洋間の熱交換によって生ずる気団変質が可視化された結果である．それは同時に，風上に広がる海氷域で，この熱交換が著しく抑制されていることも意味する．オホーツク海の海氷によって熱交換が広い範囲で抑制される
影響は，局地的にも全球的にも現れることが理論的には知られているが、実際の観測から広範囲の乱流熱フラックスを見積もる研究は極めて少ない．さらに。衛星画像を良く見ると，海氷上で既に雲が発生している場合が頻繁に観測される．これは、風上の海氷域に存在する割れ目（リード）から乱流熱フラックスが既に供給されていることを示唆している．従って）海氷上あるいは氷縁域での熱収支を明らかにするにはっ海氷密接度や，海氷域に無数に存在する割れ日（リード）を陽に考慮した乱流フラックスの見積もりが極めて重要である．
そこで本研究では，海氷域に存在する数kmスケールのりードが．風下の海氷域および氷縁域に及ぽす熱力学的効果を，オホーツク海南西部で行われた航空機観測・高層気象観測，及びヌソスケール雲解像モデルを用いて定量的に明らかにすることを目的とした．具体的には，可視・赤外カメラによる海氷の画像解析，航空機による乱流熱フラックス観測，観測値を初期値とした数値計算，ゾンデデータを使用した熱収支解析により開水面を含む海氷域の気団変質過程を調ぺた．
航空機から撮影した海氷の可視画像から高分解能の海氷密接度データを作成し、観測された乱流熱フラックスとの関係を調べた．その結果、風上の開水面では周りの海氷域よりも10〜100倍の乱流フラックスが供給されており、海水面上での大気ー海洋間の温度差が風下へ向かって急速に減少していることが明らかとなった．このことは．
風上に存在する開水面（ポリニアやりード）で急速な海面冷却及び海氷生成が生じていることを示しているだけではなく，風上における開水面の幅の積分値が風下の気団変質に大きな影響を及ぽしていることを意味する．
次に）風上の開水面が風下の気団変質・熱収支に及ぽす影響を調べるために．雲解像モデルを用いて数値計算を行った．初期値として観測値を用い、海氷密接度も実際の測定値を用いた計算結果はっ実際の観測結果と良く一致した．日平均の表面熱収支

から，風上の正味の熱フラックスは）風下の氷縁域ではその60％にまで減少していることが示された．開水面の面積を変えた感度実験の結果，この氷縁域での正味の熱フラックスの減少は）大気‐海洋間の温度差の減少による顕熱フラックスの減少と）雲が形成されることで生じる下向き長波放射の増加によってもたらされていることが明らかとなった．このことは、海氷域が移動する際に生じる無数の割れ目やポリニアでの気団変質が、風下の氷縁域での海氷生成とそれによる海氷域の拡大を抑制する効果があることを示唆する．
さらに，広域の開水面の面積が，領域平均の乱流熱フラックスに及ぽす影響を調べた．すなわち、乱流熱フラックスを高層気象観測データから熱収支解析によって見積もり，この値とSSM/Iから求められた海氷密接度を用いて回帰分析を行った．その結果，乱流熱フラックスは，海氷密接度と混合層内の温位との問で統計的に有意な相関が見られ、海氷密接度と温位を変数とする重回帰式を導出した．この関係式を用いて海氷密接度が0％と100％の場合の乱流熱フラックスを計算すると，その差は350Wm−2に達した．これは広域の熱収支を考える際にも開水面の面積が重要であることを意味する．また，この重回帰式に航空機観測で得られた海氷密接度と温位を与えて見積もられた乱流熱フラックスは，実際の測定値および数値計算の結果と極めて良く一致した．
このようにj本研究で得られた成果はj大気―海洋一海氷結合モデルにおける熱交換プ
口セスの改善に大きく貢献し，その結果，地球気候システムにおいて極めて重要な役割を担う大気―海洋―海氷結合システムの理解をさらに深めることが期待される．

学 位 論 文 審 査 の要 旨
主査
副査

教 授

藤吉康 志

教 授

山崎孝 治

副査

教 授

若土正 暁

副査
副査

助教授

大島慶 一郎教 授

榎本浩之（北見工業大学土木開発工学科）

学位論文題名Development of clouds and alrmaSStranSformation
prOCeSSeSOVerthemarglnaliCeZOneoftheSeaofokhotSk（オホーツク海の氷縁域における雲の発生と気団変質過程）

寒気吹き出し時，オホーツク海の氷縁域から風下海上では，日本海と同様に筋状の雲が発生する．この雲は，大気海洋間の熱交換によって生ずる気団変質が可視化された結果である．それは同時に，風上に広がる海氷域で，この熱交換が著しく抑制されていることも意味する．オホーツク海の海氷によって熱交換が広い範囲で抑制される影響は，局地的にも全球的にも現れることが理論的には知られているが，実際の観測から広範囲の乱流熱フラックスを見積もる研究は極めて少ない．さらに，衛星画像を良く見ると，海氷上で既に雲が発生している場合が頻繁に観測される．これは，風上の海氷域に存在する割れ目（リード）から乱流熱フラックスが既に供給されていることを示唆している．従って，海氷上あるいは氷縁域での熱収支を明らかにするには，海氷密接度や，海氷域に無数に存在する割れ目（リード）を陽に考慮した乱流フラックスの見積もりが極めて重要である・
そこで本研究では，海氷域に存在する数km以下のスケールのりードが，風下の海氷域および氷縁域に及ぼす熱力学的効果を，オホーツク海南西部で行われた航空機観測・高層気象観測，及ぴメソスケール雲解像モデルを用いて定量的に明らかにすることを目的とした．具体的には，可視・赤外カメラによる海氷の画像解析，航空機による乱流熱フラックス観測，観測値を初期値とした数値計算，ゾンデデ一夕を使用した熱収支解析により開水面を含む海氷域の気団変質過程を調べた．
先ず、航空機から撮影した海氷の可視画像から高分解能の海氷密接度データ

を 作 成 し， 観 測された 乱流熱フ ラックス との関係 を調べた ．その結果 ，風上の開 水 面 では 周 りの 海 氷 域よ り も10〜 100倍 の 熱が供給 されてお り，海水面 上での 大 気 一海 洋 間の温度 差が風下 ヘ向かっ て急速に 減少して いることが 明らかとな っ た ．こ の ことは， 風上に存 在する開 水面（ポ リニアや りード）で 急速な海面 冷 却 及び 海 氷生成が 生じてい ることを 示してい るだけで はなく，風 上における 開 水 面の 幅 の積分値 が、風下 の気団変 質に大き な影響を 及ぼしてい ることを意 味する．
次 に，風上 の開水面 が風下の 気団変質・熱収支に及ぼす影響を調べるために，
雲 解像モデ ルを用い て数値計 算を行った．初期値として観測値を用しヽ，海氷密
接 度 も 実際 の 測定値を 用いた計 算結果は ，実際の 観測結果 と良く一致 した．目平 均 の 表面 熱 収支から ，風上の 正味の熱 フラック スは，風 下の氷縁域 ではその60%に まで減少していることが示された．開水面の面積を変えた感度実験の結果，
こ の氷縁域 での正味 の熱フラ ックスの減少は，大気ー海洋間の温度差の減少による 顕 熱 フラ ッ クスの減 少と，雲 が形成さ れること で生じる 下向き長波 放射の増加 によって もたらさ れている ことが明ら かとなっ た．この ことは，海氷域カs移
動 す る 際に 生 じる無数 の割れ目 やポリニ アでの気 団変質と 、その結果 発生する雲 が ， 風下 の 氷縁域で の海氷生 成とそれ による海 氷域の拡 大を抑制す る効果があ ることを 意味する ・さ らに ， 広域 の開水面 の面積が ，領域平 均の乱流 熱フラッ クスに及ぼ す影響を 調 べ た． す なわち， 乱流熱フ ラックス を高層気 象観測デ ータから熱 収支解析に よって見 積もり， この値と 衛星搭載の マイク口 波センサ ー（SSM/I）から求めた 海氷密接 度を用い て回帰分 析を行った．その結果，海氷密接度と混合層内の温位 を変数と する、乱 流熱フラ ックスを求める重回帰式を導出した．また，この重回 帰 式 に航 空 機観測で 得られた 海氷密接 度と温位 を与えて 見積もられ た乱流熱フ ラ ッ クス は ，実 際 の 測定 値 およ び 数 値計 算 の 結果 と 極め て 良 く一 致 した・
こ のように ，本研究 で得られ た成果は，大気―海洋一海氷結合モデルにおける熱 交 換 プロ セ スの改善 に大きく 貢献し， その結果 ，地球気 候システム において極 めて重要 な役割を 担う大気 一海洋一海氷結合システムの理解をさらに深めること が期待さ れる．
よ って 審 査員 一同は、 これらの 成果を高 く評価し 、また研 究者として 誠実か
つ 熱 心 であ り 、大学院 課程にお ける研鑚 や取得単 位なども 併せ、申請 者が博士
（ 地 球 環 境 学 ） の 学 位 を 受 け る の に 充 分 な 資 格 を 有 す る も の と判 定 した 。