GCOM衛星利用シンポジウム「しきさい」と「しずく」がとらえた地球

衛星観測がもたらす極域環境変化情報と社会への影響
情報・システム研究機構国立極地研究所

榎本浩之

北極圏では温暖化の影響が顕著に見られ、北極海の海氷減少やグリーンランド氷床融解など雪氷圏の変動とともに極域海洋や生態系への影響も危惧されている。
一方で、北極海での船舶航行など産業利用の関心も増加している。環境変化とともに、社会の関心が高まる北極域での観測要請は強くなっている。
本発表では、GCOM-WやGCOM-Cなど複数の衛星がもたらす極域監視の有効性と今後取り組むべき観測強化について、最新の研究動向をもとに紹介する。

北極圏の温暖化と海氷減少
地球平均より2倍以上の速さで昇温。海氷減少と影響の連鎖

2017年の記録的高温
北緯60度以北
2012
1980s

北半球の度帯ごとの気温変化（1880-1890の平均値からの差、9年移動平均） (Shindell and Faluvegi, 2009).

最小面積を更新した2012年9月の海氷分布。1980年代の半分となった (JAXA-ADS).

3北極海の海氷減少と温暖化増幅
春～夏の海氷季節を越え、要素を跨ぎ、異なった地域でおきる影響の連鎖⇒ GCOM-Wプロダクトによる追跡が可能
SpringSummer-6～8月は昇温は少ない。雪氷の反射・融解、海洋による熱の吸収がある。
-秋以降も、熱は海洋に蓄積されている。
北極海の結氷が遅れ、海洋からの熱の放射、蒸発が続く。
-発生した雲により昇温が維持される。
降雪増加、降雨（ROS)も生じる。

Arctic amplification index (AAI)

雪氷アルベドAutumn Winter海洋からの熱、水蒸気の放出
雲の形成

Positive

Negative
拡大した海水面での熱の吸収

CO2
Water vapor
AlbedoCloud
Surface evap.
Large-scale condense.
CumulusSens. heat + turbulent
Advection
Ocean heat content

可降水量(冬）Yoshimori et al. (2014)
Month

北極の巨大低気圧
Great Arctic Cyclone

海水温(初冬）夏海上風速

最小面積(秋）4北極域の海氷の影響2016
海氷の夏の減少・冬の成長の遅れ
北極域の初冬の状態（2016年11月1日）。
（実線は1980年代の同じ日の平均海氷縁。
データ及び表示：
JAXA,NIPR）

海氷域縮小

可降水量

結氷しない冬：夏の縮小状態が維持された
影響連鎖 →日本の天候

２０１６．１１．１

北極が中緯度のアジアの気象や食料に影響している

北極圏での冬季の降雨の発生
Rain-on-Snow

北極評議会WGレポート、2017

日本：記録的な低温、豪雪 2018年
・1月26日 さいたま市で氷点下9.8℃
・2月2日 岩手県雫石で氷点下20.8℃
・2月8日 山口市で氷点下16.0℃ 等
いずれも観測史上最低気温を記録

Ice crust on the ground福井で積雪130cm（2月）Brightness temperature [K]２０１６．９．16

230
225

2/8NA 36As_H

220
215
210
205
200
195190

1/1 1/7 1/13 1/19 1/25 2/1 2/7 2/13 2/19 2/25 3/4 3/10 3/16 3/22 3/28

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Enomoto and Alimasi (2018)

北極海航路利用 海氷状況、変化予測、安全航行支援
 海氷の減少により、北極海の航路としての商業利用が可能に ヨーロッパ～日本の海上輸送の日数、運行コストが大幅（３～４割）に縮減へ

北極海航路に関する課題
海氷の減少の長期傾向
北極海航路予測システム

気候変動
年間航行可能性
夏季融解予測／冬季成長予測
安全航行支援

国立極地研究所が開発している北極域データアーカイブシステム（ADS）による北極海航路シミュレーション(AERA2018年4月23日号)

リアルタイム海氷・気象情報、ルート検索66

季節予測 夏季の海氷状況予測
AMSR2による冬季海氷移動観測から成長計算→ 春の海氷初期値、夏の縮小予測
航路利用可能な時期や地域の情報東京大学 木村詞明氏、山口一研究室 提供

海氷予測の不確実性解消へ

海氷
積雪
海面水温
https://ads.nipr.ac.jp/vishop/#/monitor
極地研 猪上他

http://gpvjma.ccs.hpcc.jp/S2S/VENUSによる航海支援 （予測⇔現場）
VEssel Navigator by Unitized Systems

極地研 猪上他

https://ads.nipr.ac.jp/venus.mirai/#/mirai

海氷が減った海では

衛星による植物プラン
クトンの大きさの観測

海氷域縁辺部の生態系の北方シフト
鉛直方向の変化GCOM-Cによる観測計画
生態系の構造変化予測⇒漁業、社会へ

海洋生態系の把握
海面付近に大きな植物プ
ランクトンが沢山いる＝ 底生生物の量が多い＝ 上から餌が落ちてくる

ベーリング海峡周辺増加

Waga, H., et al., (2018)
Deep-Sea Research II,
162, 114-126

減少
増加
純一次生産の予測（IPCC, 2019)10平譯ら (2014) テーマ 9:海洋生態系と生物多様性への影響,
北極環境研究の長期構想, JCAR, pp. 97-104.

グリーンランド氷床領域気候モデルNHM-SMAP
 水平解像度5kmの非静力学領域モデルと積雪変質モデルを結合 地上気象、積雪構造、表面質量収支、熱収支計算が可能
 高精度海水準予測に寄与 衛星プロダクトで検証、高度化
2012年夏季の顕著な表面融解再現
Satellite

NHM-SMAP

NHM

Meteorologicalcomponents

α, Ts…

SMAP model

各年の表面質量収支計算結果

2018-19年

SMB(Niwano et al., 2018)に加筆

2011-12年

衛星プロダクト、数値モデル、地上観測の関係
MODISデータから求めた裸氷日数（2000年〜）

雪氷圏変動監視の重要衛星プロダクト・・・

2000年7月

2019年７月(Shimada et al., 2016)




積雪面積
裸氷域・暗色域面積
表面融解面積
積雪粒径
アルベド
表面温度 ….

AWS, Ice core,
Spectrometer…
MODIS衛星
地上観測 検証 プロダクト 継続(2000年〜）

検証

物理過程改良地球システムモデル（ESM） 衛星と同じ物理量の長期予測
 積雪不純物による放射強制力
 温暖化と海水準予測

比較・検証

GCOM-C衛星プロダクト（2018年〜）
比較・検証

雪氷物理 領域モデル（NHM-SMAP）
過程の共  衛星と同じ物理量の準リアルタ
通化イム計算 氷床表面の物理状態監視

観測強化に向けて IPCC 海洋と雪氷圏特別報告書 (2019）から
IPCC SROCC Polar regions “Key Knowledge Gaps and Uncertainties”• 南大洋の海洋循環• 海氷上の積雪• 北極域の陸上の積雪水量の長期傾向• 極域生態系と生物多様性の知識の地域的不足• 氷床氷河の変化と海水準への影響• 海洋に接する氷床不安定性システム• 極域生態系と人々のリスク減少とレジリエンス強化の効果と限界⇒ 複合(compound)および連鎖(Cascading)影響の把握と対処まとめ 北極における海氷、氷床、積雪、生態系など急速な変化。
 気候要素、時期、地域を超えた変化の連鎖。その各過程の把握に衛星観測が利用される。
 極域で起きている変化：遠隔・地域的からグローバルな影響。
 北極海の海氷減少を機に、船舶航行や産業への関心／信頼性の高い気象・海象情報・予測の必要性。
 気候の影響の現れ方：地域、時期、要素をまたぎ複雑。現地観測、モデル、そして広域で持続的な衛星観測が支える。
 研究データ提供と社会に向けての情報発信（知識と意識の共有）。
環境、防災、産業に有効。衛星データは、広範性、観測と情報入手の安定性、可視という特長がこれに大きく貢献する。
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