(別紙様式１０)２０２1 年度 北極域研究共同推進拠点 共同研究等報告書【申請区分】：□萌芽的異分野連携共同研究□共同推進研究■産学官連携フィージビリティ・スタディ□共同研究集会【研究課題名】：□産学官連携課題設定集会

永久凍土地表面の監視と凍土融解地盤沈下への適応【研究期間】：2021 年度【共同研究員】
共同研究員

氏名

所属・職名

専門分野

区分
(注 1)

岩花剛

北海道大学・北極域研究セ 凍土学
ンター・海外研究員

研究分担者 河村巧

岩田地崎建設 執行役員
技術部長
北海道大学工学研究科・教授
Yakutsk
Permafrost
Institute・副所長
北海道大学理学研究院・教授

土木工学

研究代表者
（拠点内外）
(注 2)

（拠点外）
(注 2)

研究分担者

蟹江 俊仁
AlexsandrFedorov
古屋 正人

（拠点内）

土木工学
永久凍土学
地球物理学

(注 2)

研究協力者

飯島 慈裕

三重大学・教授

地理学

(注 2)

阿部

三重大学・博士研究員

地球物理学

JAXA・EORC

画像解析

隆博

(注 3)

田殿 武雄

北海道大学理学院・大学院 地球物理学
生（2021 年度 D3）
Anastasia
ヤクーツク国立建築計画 建築工学
Tseeva
科学研究所・元所長
Yuri Zhegusov
Institute of the Humanities 社会学
and the Indigenous People ofNorth(注 2) 拠点内外については、募集要項別添の北極域研究共同推進拠点を形成する３研究施設の柳谷 一輝

研究者リストをご覧ください。
(注 3) 計画申請書に含まれていなかった方でも結果的に本共同研究に参画された方（招へい者等）が居られれば、研究協力者として記述して下さい。

1

【研究の内容】(1) 概要を 400 字以内（文字のみ）で記載してください。
本課題は、2019-2020 年度に実施された同名課題が COVID19 による影響を受けたことを考慮して、補完的に実施された。北極陸域に広く分布する永久凍土が直面する融解地盤沈下（サーモカルスト）の監視技術の確立と土地破壊への対策ついての調査を、サハ共和国・マイヤおよびバタガイで発生した森林火災を対象に実施した。マイクロ波リモートセンシング（InSAR）による事前調査を基に、2021 年 9 月に対象の火災跡地で現地検証調査を実施した。両調査地において、周辺の未火災地より融解深と表面土壌水分量が 1.5 倍以上大きくなっていることを確認した。バタガイの調査地ではレベル測量を実施して火災後の永久凍土上層部の融解による地盤沈下も捉えることができた。さらに、火災そのものが永久凍土の土地に及ぼす影響に加えて、火災消化活動であるアクセス道路や防火帯の敷設よる永久凍土の浸食が大きな土地変化として現れることがわかった。

(2) 図表や写真も交えて、研究の内容や成果等を 2000 字程度でまとめてください。
サーモカルストはジオハザードであり、地形変化を通じて北極陸域に影響を与える。特に高含氷率な永久凍土地域では、地上氷の融解によって生態系の変化やインフラの破壊を引き起こし、地域社会に影響を与える。２０２１年度は、森林火災による永久凍土の土地変化を調べるケーススタディとして、ロシアのサハ共和国マイヤとバタガイ（図１）を選定してマイクロ波リモートセンシング（ＩｎＳＡＲ）解析と現地調査を実施した。マイヤ近郊の森林火災は 2014 年、バタガイ地域については 2014 年から2019 年に発生した火災跡地を対象とした。両対象地は高含氷率の永久凍土帯に位置するサーモカルストの影響を受けやすい地域である。
コロナ禍によって現地調査を中止した 2020 年度を挟み、2019 年と 2021 年 9 月に現地測量調査を実施した。２０２０年については、現地協力者へ業務を一部委託することで最低限の現地観測を実施することができた。今年度は、2021 年夏季までに撮影された ALOS2 および Sentinel-1 のデータについてＩｎＳＡＲ解析を行い、新たに開発中の地下水流動モデルを導入して観測された地表面変位分布の説明を試みた。

図１. Locations of candidate target areas inEastern Siberia. The background map is a
distribution of geohazard indices based onrisk assessment of thermokarst subsidence(Hjort et al., 2018; Karjalainen et al., 2018).
2マイヤ火災跡地では、InSAR の結果を検証するために沈下シグナルの程度が違う５エリアを選定し、各エリアで 10 点において表層土壌水分および融解深を測定した。未火災対照地における融解深（平均 108ｃｍ）は、2014 年火災から 7 年目の火災区において最大で 1.7 倍の値（180 ㎝）を示した。表層土壌水分も火災区で約 1.5 倍高い値を示した。森林火災によって、活動層の底面低下と土壌水分の増加が起こり、7 年後においても火災の影響が継続して

図２ （左）現地調査測定点位置図、（右）いることを確認した。

ALOS2 画像を用いた InSAR 解析結果、カラーマ

バタガイエリアについては、2014 年の森林火ップは鉛直方向の 2014 年から 2019 年までの５年災跡地（図３）を対象としてＩｎＳＡＲ解析によっ間の変位を示す。て火災によって引き起こされた顕著な地表面変位を捉えている（Ｙａｎａｇｉｙａ ａｎｄ Ｆｕｒｕｙａ，2020）。2019 年 9 月下旬の現地調査において、マイヤ火災と同様に活動層厚の増加と湿潤化を確認している。今年度は、高分解能光学画像の解析によって、火災直後の 2015 年融解期に火災区において多数のガリー（あるいは、活動層の剥離）が形成されたことがわかった。ガリーの形成領域はマルチスペクトラル地表面輝度の変化を基に抽出した（図３右上）。ガリーの形成は、火災直後に一度だけ一斉に発生したと考えられ、2016-2020 年の画像では大きな変化は確認できなかった。この地表面浸食は、明らかに森林火災の結果であり、地表面変位量の大きい領域に発生していることがわかる。
バタガイエリア、2019 年火災跡地においては、火災直後からの InSAR 解析結果と現地調査データが得られた。2019 年 7 月に発生した２か月後の９月に測定した融解深は対照区で平均 66 ㎝、火災区で 78 ㎝であったのに対し、２年後にはそれぞれ 80 ㎝、132 ㎝であった。火災区の融解深は、対照区の約 1.6 倍であり、2 年目にすでにマイヤ森林火災跡地やバタガイ 2014 年火災跡地と同様の活動層の増加を記録したことがわかる。活動層の土壌水分の増加も確認した。
上記三つの火災跡地の観測では、永久凍土上層の融解と活動層土壌水分の増加が共通している。これに加えて、バタガイ 2014 年火災跡地ではガリー浸食が発生した。バタガイにおいては、2018-2019 年の連続した森林火災とその消火活動に伴う防火帯やアクセス道路が敷設
図 3 （左上・左下・右下）バタガイ２０１４年火災された。その結果、地表面の有機層がはがされ跡地の変化、（右上）ALOS2 画像を用いた InSARて地中の鉱物層がむき出しとなった。敷設翌年

解析結果、カラーマップは鉛直方向の 2016 年かの融雪期に融雪水と地表水がこれらの攪乱線

ら 2017 年までの 1 年間の変位を示す。
3に沿って流出し選択的な排水が起こった結果、特に斜面方向アクセス道路沿いに比高３m を超える浸食溝が形成された（図４）。本観測サイトの北数 km にはバタガイカ・メガスランプがあり、大規模な永久凍土融解浸食が進行中である。バタガイカも数十年前の伐採活動によるアクセス道路の敷設が原因で選択的な排水が起こった結果であるとされている。森林火災は永久凍土の融解を促進するが、火災の抑圧対策自体も永久凍土域の土地の融解浸食を促進することが示され、地元の消火活動の在り方に、新たな課題が浮かび上がった。今回確認した消火・防火活動によるガリー発達が新たなバタガイカの発生につながる可能性もあり、今後も注意深く監視していく必要がある。
InSAR 解析によって得られた火災後の融解沈下量
図 4 2018-2019 森林火災跡地を結ぶア
クセス道路および防火帯の発達の空間分布について、複合型疑似三次元水理モデルを導入して昨年度に引き続き検討した。モデルによる検討の結果、火災による地表面有機層の消失によって地表面熱収支が変化して融解深が増大することに加え、活動層中の水分の分布変化が森林火災後の融解深分布に大きな影響を与え、InSAR で観測された地表面変位の分布について説明できる可能性が見いだされた。

(3) 本共同研究に関する活動・実績等を下表に記入してください。
①研究打合せ、学会参加・集会(注 4)、調査等(注 4) 研究代表者、共同研究分担者、研究協力者、招へい者によるもの
日程(月日)

日数

活動内容

場所

(日)
2021.9.3

1

現地調査検討Online研究代表者、共同研究分担者、参加者

研究協力者、招へい者の参加者

数

名・部署

(人)

古屋・柳谷・阿部・河村・蟹江・ 7
岩花・田中

2021.11.19

1

現 地 調 査 報 Online

岩花・古屋・柳谷・蟹江・他学生 10＜

告多数

2021.10.28-29

2

ワークショップ

Online2022.3.3

1

最終報告

札 幌 ・ 岩花・古屋・阿部・柳谷・河村・蟹 8
Online4岩花・Fedorov・Zhegusov 他
江・飯島・田殿・田中

50

②研究論文
研究代表者並びに、研究分担者あるいは研究協力者が著者の関連論文がありましたら可能な限り記載ください。

③研究書等著書
著書名・著者名

出版年月

出版社名

④特許等出願
特許、実用新案、商標⑤研究発表(資料添付も可)
発表年月日

発表者名（共著者を含む）

発表タイトル

発表学会等名称

発表地

招待
講演
(〇)

2021.4.19-30

Yanagiya, K., Furuya, M., Thaw subsidence

EGU

Iwahana, G., and Danilov, P.

Assembly 2021

and frost heave
causedby

2018-20

forestfires

aroundGeneral Online

Batagay:validation

withmultiple

InSAR

dataandfieldobservation

2021.12.13-17 Kazuki Yanagiya, Masato High-resolution AGU
Furuya, Go Iwahana and Petr
Danilov

frost heave
map at the firescars inBatagay, NE
Siberia,
derived byL-band InSAR
and validation
with fieldobservation
5Fall

Meeting 2021

OnlineConsequences

The

YANAGIYA, Masato FURUYA,

of wildfires inInternational

Petr

borealSymposiumGo

2022.2.22

IWAHANA,

KazukiDANILOV,FEDOROV,

Nikolai

Takahiro

ABE,

forests

underlainby

36th Online

on the Okhotsk

Takumi KAWAMURA, Syunji

ice-rich

Sea

KANIE,

Yoshihiro

IIJIMA,

permafrost

OceansTakeo

TADONO,

Alexeynear

DESYATKIN,

Alexander&Polar

Batagay,

NE SiberiaFEDOROV5

SpatialThe

Furuya, Go Iwahana, and Petrheterogeneity

International

DanilovofSymposium

Kazuki2022.2.23

Yanagiya,

Masatopost-fire

36th Online

abrupton the Okhotskpermafrost

Sea

thaw

detected

OceansbyL-band

InSAR

&

Polar

and

on-siteobservations at
Batagay,
Northeastern
Siberia⑥国際シンポジウム等への参加状況(資料添付も可)参加をした主な国際シンポジウム等
開催時期（年月）

国際シンポジウム等名称

招待講演/議長の有無⑦本共同研究に関し実施(主催、共催、後援等)したシンポジウム・集会(注 6)等(資料添付も可)(注 6) 研究代表者、共同研究分担者、研究協力者、招へい者以外を含む参加募集によるもの
開催日

実施

形態

シンポジ地

(注 7)

ウム・集（国、県、目的及び概要

対象者

参加人数

(注 7)

(海外(注 8))

会等名称市など）

2021.9.3

オンライ

北極拠点 本 FS における現地調査検 (主に)ン

産 学 官 討および予備解析結果をもFS ミ ー とにした議論
ティング
6

研究者

7

(注 7)
形態:シンポジウム、セミナー、公開講座、ワークショップ、その他
対象：一般、地域、学生、研究者(注 8) 海外機関に所属するもの⑧本拠点共同研究に係る成果が科学研究費などの外部資金の応募(予定を含む)やプロジェクトに発展した例があればご記入ください。
・プロジェクト名・プロジェクトの主な プロジェクト期間

・プロジェクト概要

・代表者・関係者(所属)

財源(目的・期待効果、規模、参加・関係研究者・金額

国等)

・予定の場合は、(予定)

・これまでの本共同研究との関と記載してください

連性(300 字程度)

Permafrost degradation Belmont Forum — 2021～2024 年

本拠点の産学官フィージビリテ

impacts on soils, human Sustainabilityofィースタディー(2019-2021)の枠

societies,and組みで実施したシベリア・ヤク

water Soils

resources and carbon Groundwater

ーチアにおける永久凍土地表

cycle ・ 代 表 者 :Antoine 各参加国約 500－

面の監視と凍土融解地盤沈下

Sejourne（University of 3000 万円/年への適応課題を軸に、凍土融Paris）、古屋 正人(北解による土壌含有有機物の水海道大学)、Go Iwahana

系への影響を評価する。参加(University of Alaska

国：フランス・日本・アメリカ・ロシ

Fairbanks)ア

Tananaev、

Nikita(Yakutsk

Permafrost Institute)⑨研究成果が一般社会産業界などに還元（応用）された事例や新しい研究分野の開拓や教育活動に反映された事例(資料添付も可）⑩その他国際研究協力活動事例
事業名概要

受入人数

派遣人数

⑪学会賞等受賞、アウトリーチ、取材、その他
年月日

所在・出典・新聞名等受賞者・関係者(所属)記事コピ－等を添付してください。
7

研究課題名・賞名・内容等

⑫コロナ禍の影響と対策
本共同研究へのコロナ禍の影響と対策(改善・代替策、計画変更、工夫等)、助成金執行率(%)について記述してください。
影響の事象

対策の有無と内容(計画変更・中止、改善・代替策、工夫等)

現地研究集会・アウトリーチ活動の中止

現地調査のみを実施した。

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