Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
11, 131-140.

4) Yara, Y., K. Oshima, M. Fujii, H. Yamano, Y. Yamanaka, and N. Okada (2011): Projection and uncertainty of the poleward range expansion of coral habitats in response to sea surface temperature warming: A multiple climate model study. Galaxea, Journal of coral reef studies, 13, 11–20.

## くその他誌上発表（査読なし）>

1) 中尾有伸(2009): 日本のサンゴ礁データベースの作成と分析. 北海道大学大学院環境科学院平成20年度修士論文, 57pp.

2) Hashioka, T., T. Sakamoto, A. Ishida and Y. Yamanaka (2010): Future changes in seasonality of marine ecosystems projected by an eddy-permitting 3-D ecosystem model. IMBER Newsletter, 16.

## （2） 口頭発表（学会等）

1) Yamanaka. Y: 3-D NEMURO & NEMURO. FISH linking climate and fish resources in the western North Pacific. Workshop "Forecasting Climate Impacts on Future Production of Commercially Exploited Fish and Shellfish", Seattle, USA, June 2007.

2) Yamanaka, Y., T. Hashioka, M. N. Aita, and F. Shido: Toward seamless simulations from climate changes to variations of fisheries resources: studies of marine ecosystem including pelagic fish dynamics. Second International Conference on Earth System Modelling, Hamburg, Germany, August 2007.

3) Yamanaka, Y., and C. Yoshikawa: Nitrogen isotope coupled with an ecosystem model. GEOTRACES Data-Model Synergy Workshop, Delmenhorst, Germany, September 2007.

4) Yamanaka, Y., N. Yoshie, K. Sato, and J. Nishioka: An iron cycle model coupled with an ecosystem model, NEMURO. GEOTRACES Data-Model Synergy Workshop, Delmenhorst, Germany, September 2007.

5) 山中康裕: 地球温暖化のモデル研究について. 日本微生物生態学会松山大会シンポジウム「気候変動と微生物生態学」, 松山, 愛媛, 2007年9月.

6) Hashioka. T., Y. Yamanaka, and T. T. Sakamoto: Predicted impacts of global warming on marine ecosystem with a 3-D high-resolution ecosystem model. Ocean Science Meeting 2008, Orlando, USA, March 2008.

7) M. A. Noguchi, S. Lan Smith, A. Ishida, M. J. Kishi, and Y. Yamanaka: Effects of iron on spatial and temporal phytoplankton distribution using an ecosystem model (NEMURO) embedded in a 3-D global model. Ocean Science Meeting 2008, Orlando, USA, March 2008.

8) 山中康裕，岡田直資，橋岡豪人：温暖化シナリオ下において予期される低次生態系変動と酸性化.2008年水産海洋学会・日本海洋学会春季大会シンポジウム「地球温暖化とその沿岸・沖合海洋生態系への影響－検知と予測－」東京，2008年3月.

9) 伊藤進一，志藤文武，山中康裕，橋岡豪人，高須賀明典，奧西武：沖合小型浮魚類への温暖化影響．2008年水産海洋学会・日本海洋学会春季大会シンポジウム「地球温暖化とその沿岸・
沖合海洋生態系への影響－検知と予測－」，2008年3月.

10）橋岡豪人，坂本天，山中康裕：地球温暖化に対する海洋生態系の応答～高解像度海洋生態系モデルによる予測～．日本海洋学会2008年度春季大会，東京，2008年3月.

11) Fujii, M., M., F. Chai, L. Shi, H. Y. Inoue, and M. Ishii: Seasonal and interannual variation of ocean carbon cycling in the western and eastern tropical-subtropical Pacific: a physical-biogeochemical modeling study. Effects of climate changes on the world oceans, Gijon, Spain, May 2008.

12) Aita. M. N., S. L. Smith, A. Ishida, M. J. Kishi, and Y. Yamanaka: Effects of iron on spatial and temporal phytoplankton distribution using a global 3-D ecosystem model (NEMURO). Effects of climate changes on the world oceans, Gijon, Spain, May 2008.

13）山中康裕：地球温暖化や海洋酸性化の海洋生態系および海洋物質循環に対する影響．日本地球惑星科学連合2008年大会，千葉，2008年5月.

14) Vogt. M., C. Le Quéré, E. Buitenhuis, S. Alvain, L. Bopp, Y. Yamanaka, and T. Hashioka: First results from a MARine Ecosystem Model Inter-comparison Project (MAREMIP). Advances in Marine Ecosystem Modelling Research Symposium 2008 Symposium, Plymouth, UK, June 2008.

15) Yamanaka, Y., T. Hashioka, T. Okunishi, H. Sumata, T. Sakamoto, M. N. Aita, Y. Naoki, N. Okada, and S. Ito: Recent results connecting climate change to fish resources using the high resolution model, COCO-NEMURO. PICES 17th Annual Meeting, Dalian, China, October 24–November 2 2008.

16) Yamanaka, Y., Y. Naoki, M. N. Aita, T. Hashioka, H. Sumata, N. Okada, T. Okunishi, and S. Ito: Observational data for determining physiological parameters and validating model simulations: Suggestions by NEMURO developers. PICES 17th Annual Meeting, Dalian, China, October 24–November 2 2008.

17）中尾有伸，山野博哉，藤井賢彦，山中康裕：日本のサンゴ礁被度の変遷～文献データの変遷と分析～．日本サンゴ礁学会第11回大会，静岡，2008年11月.

18）屋良由美子，藤井賢彦，山中康裕，岡田直資，山野博哉，大島和裕：地球温暖化に伴う水温上昇が南西諸島近海のサンゴに及ぼす影響評価．日本サンゴ礁学会第11回大会，静岡，2008年11月.

19) Yamanaka. Y: Modeling activities in Japan. Japan-France Workshop on Responses of Marine Ecosystems to Ocean Acidification and Changes in Environmental Conditions, Tokyo, Japan, December 2008.

20) Hashioka, T., T. Sakamoto, and Y. Yamanaka: Predicted Impacts of Global Warming on Marine Ecosystem with a 3-D High-Resolution Ecosystem Model. Japan-France Workshop on Responses of Marine Ecosystems to Ocean Acidification and Changes in Environmental Conditions, Tokyo, Japan, December 2008.

21) Yara. Y., M. Fujii, Y. Yamanaka, N. Okada, H. Yamano, and K. Oshima: Projected effects of global warming on coral reefs in seas close to Japan. Japan-France Workshop on Responses of Marine Ecosystems to Ocean Acidification and Changes in Environmental
Conditions, Tokyo, Japan, December 2008.

22）屋良由美子，藤井賢彦，山中康裕，岡田直資，山野博哉，大島和裕：地球温暖化に伴う水温上昇がサンゴ分布に及ぼす影響評価．日本海洋学会春季大会，東京，2009年4月．

23) Yamanaka. Y : Predicting change in biogeochemical cycling and fish resources in the North Pacific. IGBP Symposium "Frontier of integrated research activities on east Asian and global environment", Otaru, Japan, April 2009.

24）屋良由美子，藤井賢彦，山中康裕，岡田直資，山野博哉，大島和裕：地球温暖化に伴う水温上昇がサンゴ分布に及ぼす影響評価．日本地球惑星科学連合2009年大会，千葉，2009年5月.

25）屋良由美子，藤井賢彦，山中康裕，岡田直資，山野博哉，大島和裕：地球温暖化に伴う水温上昇がサンゴ分布に及ぼす影響評価．第1回海洋酸性化勉強会，つくば，2009年5月．

26）山中康裕：気候変動から水産資源までを表現した統合海洋生態系モデルによる将来予測. 日本地球惑星科学連合2009年大会，千葉，2009年5月.

27) Vogt, M., M. Racault, S. Vallina, C. Le Quere, E. Buitenhuis, S. Alvain, O. Aumont, L. Bopp, S. Doney, T. Hashioka, I. Lima, M. N. Aita, and Y. Yamanaka: Marine ecosystems and their role for biogeochemical cycling in a changing world. International Symposium on Simulation Science for Safety, Tokyo, Japan, June 2009.

28) Yamanaka. Y : Forecasting and predicting marine ecosystem responses to climate change. 3rd GLOBEC Open Science Meeting, Victoria, Canada, June 2009.

29）橋岡豪人，屋良由美子，坂本天，山中康裕：地球温暖化が海洋の低次生態系へ与える影響～気候モデルと生態系モデルによる予測から～．日本応用藻類学会シンポジウム，東京，2009年6月.

30）橋岡豪人，相田真希，山中康裕，M. Vogt，E. Buitenhuis，C. Le Quere，S. Alvain，O. Aumont，L. Bopp，S. Doney，and I. Lima：海洋生態系モデルの国際的な相互比較研究. 日本海洋学会秋季大会，京都，2009年9月.

31）屋良由美子，藤井賢彦，山中康裕，岡田直資，山野博哉，大島和裕：地球温暖化に伴う水温上昇がサンゴ分布の北限に及ぼす影響評価とその不確実性．日本海洋学会秋季大会，京都，2009年9月.

32) Yamanaka. Y : Model Benchmarking, MAREMIP. 5th AIMES Scientific Steering Committee Meeting, California, USA, October 2009.

33）屋良由美子，藤井賢彦，山中康裕，岡田直資，山野博哉，大島和裕：地球温暖化に伴う水温上昇がサンゴ分布の北限に及ぼす影響評価とその不確実性．第2回海洋酸性化勉強会，支笏湖，2009年10月.

34) Yara. Y., M. Fujii, Y. Yamanaka, N. Okada, H. Yamano, K. Oshima: Projected effects of global warming on coral reefs in seas close to Japan. PICES 18th Annual Meeting, Jeju, Korea, October 23–November 1 2009.

35) Yamanaka. Y: Introduction to NEMURO family. MARINE Ecosystem Model Intercomparison Project Kickoff Workshop, Cambridge, UK, October 2009.

36) Vogt. M., M., C. Le Quéré, S. Alvain, L. Bopp, E. Buitenhuis, S. Doney, T. Hashioka, I. Lima, A. Maki, and Y. Yamanaka: PFT niches in the global ocean: First results from
the MARine Ecosystem Model Inter-comparison Project (MAREMIP). MARine Ecosystem Model Intercomparison Project Kickoff Workshop, Cambridge, UK, October 2009.

37) Hashioka, T., M. Vogt, M.N. Aita, S. Alvain, L. Bopp, E. Buitenhuis, S. Doney, I. Lima, C. Le Quéré, Y. Yamanaka: Preliminary results of MAREMIP: Seasonal Distribution of PFTs. MARine Ecosystem Model Intercomparison Project Kickoff Workshop, Cambridge, UK, October 2009.

38）藤井賢彦：サンゴ白化のモデリング及びサンゴへの酸性化影響のモデリングの可能性．日本サンゴ礁学会シンポジウム「二酸化炭素増加がサンゴ礁域の海洋生物に及ぼす影響－分子から生理、生態まで－」，沖縄，2009年11月.

39）屋良由美子，藤井賢彦，山中康裕，岡田直資，山野博哉，大島和裕：地球温暖化に伴う水温上昇がサンゴ分布の北限に及ぼす影響評価とその不確実性．日本サンゴ礁学会第12回大会，沖縄，2009年11月.

40) Vogt, M., C. Le Quéré, S. Alvain, L. Bopp, E. Buitenhuis, S. Doney, T. Hashioka, I. Lima, M. N. Aita, and Y. Yamanaka: First results from the MARine Ecosystem Model Inter-comparison Project (MAREMIP). Ocean Sciences Meeting, Portland, Oregon, February 2010.

41) Hashioka, T., M. N. Aita, Y. Yamanaka, M. Vogt, C. Le Quéré, S. Alvain, L. Bopp, E. Buitenhuis, S. Doney, I. Lima: Spatio-temporal differences in plankton compositions among models from the first results of MARine Ecosystem Model Inter-comparison Project (MAREMIP). Ocean Sciences Meeting, Portland, Oregon, February 2010.

42) Yara. Y., M. Fujii, Y. Yamanaka, N. Okada, H. Yamano, K. Oshima: Projected effects of global warming on corals in seas close to Japan. Ocean Sciences Meeting, Portland, Oregon, February 2010.

43）中尾有伸，山野博哉，藤井賢彦，山中康裕：日本のサンゴ被度データベースの作成と分析. 日本海洋学会春季大会，東京，2010年3月.

44) Hirata. T., N. Hardman-Mountford, B. Brewin, J. Aiken, T. Hashioka, Y. Yamanaka, A. Ishida, K. Suzuki, R. Barlow, E. Howell, and J. Polovina: Temporal and spatial variations of phytoplankton photosynthetic physiology during the spring diatom bloom. International Symposium "Climate Change Effects on Fish and Fisheries", Sendai, April 2010.

45) Yamanaka. Y : MAREMIP Update. 6th AIMES Scientific Steering Committee Meeting, Edinburgh, UK, May 2010.

46）屋良由美子，大島和裕，藤井賢彦，山野博哉，岡田直資，山中康裕：地球温暖化に伴う海水温上昇がサンゴ分布の北限に及ぼす影響評価とその不確実性．日本地球惑星科学連合2010年大会，千葉，2010年5月.

47）山中康裕：私たちと地球温暖化(影響と対策について). 日本交通学会総会特別講演，札幌，2010年6月.

48) Hirata. T., T. Hashioka, M. Noguchi-Aita, H. Sumata, A. Ishida, and Y. Yamanaka: A comparison between a 3D ecosystem model and satellite observations of phytoplankton
community structure in the global oceans. IMBER/IGBP IMBIZO II “Integrating biogeochemistry and ecosystems in a changing ocean: Regional comparisons”, Crete, Greece, October 2010.

49) Yamanaka. Y., T. Okunishi, T. Hashioka, H. Sumata, and S. Ito: Predicting marine ecosystem responses to climate change by a 3-D high-resolution ecosystem model. PICES 18th Annual Meeting, Portland, US, October 2010.

50) Ito. S., T. Okunishi, A. Kawabata, H. Kubota, A. Takasuka, T. Hashioka, H. Sumata, and Y. Yamanaka: Multi-trophic level ecosystem modeling for understanding the mechanism of small pelagic fish species alternation associated with climate regime shifts. PICES 18th Annual Meeting, Portland, US, October 2010.

51) Hirata. T and H. Murakami: A possible global partnership between ESA Coast Colour project and JAXA Global Climate Observation Mission. ESA Coast Colour, Rome, Italy, November 2010.

52）屋良由美子，M. Vogt，C. Hauri，M. Steinacher，藤井賢彦，N. Gruber，山中康裕，山野博哉：地球温暖化に伴う水温上昇および海洋酸性化がサンゴ分布に及ぼす影響. 日本サンゴ礁学会第13回大会，つくば，2010年12月.

53) Hirata. T., Y. Yamanaka, A. Ishida, N. Hardman-Mountford, T. Smyth, S. Sathyendranath, and T. Platt: Development of GCOM-C ocean algorithms to derive Ecosystem Indicators for a satellite-model integrated analysis of marine ecosystem function and global biogeochemical cycles. JAXA GCOM/GPM/EarthCare Joint PI Workshop, Tokyo, December 2010.

54) Yara. Y., M. Fujii, Y. Yamanaka, N. Okada, H. Yamano, K. Oshima: Projected effects of global warming on corals in seas close to Japan. Pre-Workshop Event of IPCC WS on Impacts of Ocean Acidification on Marine Biology and Ecosystems, Okinawa, January 2011.

55) Hitara. T : Dynamics of phytoplankton community structure derived from a 3D ecosystem model and satellite ocean colour algorithm. International Symposium on Climate Change and Ocean Carbon – Field Observation, Remote Sensing and Modeling, Xiamen, China, April 2011.

56）屋良 由美子，M. Vogt，C. Hauri，M. Steinacher，藤井 賢彦，N. Gruber，山中 康裕，山野 博哉：地球温暖化に伴う水温上昇および海洋酸性化がサンゴ分布に及ぼす影響．日本地球惑星科学連合2011年度連合大会，千葉，2011年5月.

57) Yara. Y., M. Vogt, C. Hauri, M. Steinacher, M. Fujii, N. Gruber, Y. Yamanaka, H. Yamano: Projected effects of global warming and ocean acidification on corals in seas close to Japan. The third Advances in Marine Ecosystem Modelling Research Symposium, Plymouth, UK, June 2011.

58）屋良 由美子，M. Vogt，C. Hauri，M. Steinacher，藤井 賢彦，N. Gruber，山中 康裕，山野 博哉：地球温暖化に伴う水温上昇および海洋酸性化がサンゴ分布に及ぼす影響．日本海洋学会秋季大会，福岡，2011年9月.

59) Yara. Y., M. Vogt, M. Fujii, H. Yamano, C. Hauri, N. Gruber, Y. Yamanaka, and M. Steinacher: Effects of Rising Sea Surface Temperature and Ocean Acidification on Corals.
Ocean Sciences Meeting, Salt Lake City, USA, February 2012.

## （3） 出願特許

特に記載すべき事項はない

（４）シンポジウム、セミナーの開催（主催のもの）

1）第2回海洋酸性化勉強会（2009年10月7日～9日、支笏湖、參加者40名）

## （５）マスコミ等への公表・報道等

1）2009年5月28日 每日新聞

2) 2009年5月31日 しんぶん赤旗

3) 2009年6月 2日 中京テレビ

## (6) その他

特に記載すべき事項はない

### 8 \. 引用文献

1) Yamano. H., K. Hori, M. Yamauchi, O. Yamagawa, and A. Ohmura (2001): Highest-latitude coral reef at Iki Island, Japan. Coral Reefs, 20, 9–12, doi:10.1007/s00338-001-00137-7.

2）環境省，日本サンゴ礁学会(2004)：日本のサンゴ礁．環境省，375pp.

3）屋良由美子，藤井賢彦，山中康裕，岡田直資，山野博哉，大島和裕(2009)：地球温暖化に伴う海水温上昇が日本近海の造礁サンゴの分布と健全度に及ぼす影響評価．日本サンゴ礁学会誌，11，131-140.

4）桑原久実，明田定満，小林聡，竹下彰，山下洋，城戸勝利(2006)：温暖化による我が国水産生物の分布域の変化予測．地球環境，11，49-57.

5) Sakamoto. T. T., H. Hasumi, M. Ishii, S. Emori, T. Suzuki, T. Nishimura, and A. Sumi (2005): Responses of the Kuroshio Extension to global warming in a high-resolution climate model. Geophys Res Lett, 32, L14617.

6) Yamano. H., K. Sugihara, and K. Nomura (2011): Rapid poleward range expansion of tropical reef corals in response to rising sea surface temperatures. Geophys Res Lett 38: L04601.

7) Yara, Y., K. Oshima, M. Fujii, H. Yamano, Y. Yamanaka, and N. Okada (2011): Projection and uncertainty of the poleward range expansion of coral habitats in response to sea surface temperature warming: A multiple climate model study. Galaxea, Journal of coral reef studies, 13, 11–20.

8）中尾有伸，山野博哉，藤井賢彦，山中康裕：日本のサンゴ礁データベースの作成と分析．日本サンゴ礁学会誌，11，109-129.

9) Hashioka, T. and Y. Yamanaka (2007): Ecosystem change in the western North Pacific associated with global warming obtained by 3-D NEMURO. Ecological Modelling, 202, 95-104,
10) Hashioka, T., T. Sakamoto and Y. Yamanaka (2009): Potential impact of global warming on spring bloom projected by an eddy-permitting 3-D ecosystem model. Geophysical Research Letters, 36, L20604, doi:10.1002/2009GL038912.

doi:10.1016/j.ecolmodel.2006.09.016.
# S-5 地球温暖化に係る政策支援と普及啓発のための気候変動シナリオに関する総合的研究

1. 総合的気候変動シナリオの構築と伝達に関する研究

(5) 気候変動シナリオに基づく雪氷圏・海面水準の未来像の描出

東京大学 大気海洋研究所 阿部彩子

<研究協力者>

東京大学 大気海洋研究所

（独）海洋研究開発機構 地球環境変動領域

吉森正和・大石龍太

齋藤冬樹

平成19～23年度累計予算額：67,275千円

（うち、平成23年度予算額：13,775千円）

予算額は、間接経費を含む。

[要旨] 平成19年度から23年度にわたり、雪氷圏・海面水準の未来像の抽出、特に海面上昇に関連する氷床表面質量収支予測とその不確実性評価、背後にある物理プロセスの特定、氷床力学モデルのパラメータ依存性を含めた温暖化時の振る舞いやその不確実性評価を行った。海面上昇については多数の気候モデルによる20世紀再現実験と23世紀末までのシナリオ実験の結果（結合モデル国際比較プロジェクト(CMIP3)データ）を利用して、将来の起こりうる氷床表面質量収支の変化とその平均海面水位への寄与について詳しく調べた。グリーンランド氷床では融解量が増加して海面上昇に、南極氷床では降雪量が増加して海面低下に寄与することが示された。また、グリーンランド氷床の融解量増加の大きさは、気候モデルの全球平均地上気温変化量の大小、現在と将来の海氷分布、海洋循環の変化などに依存することが示唆された。さらに、気候モデルによるグリーンランドの現在気候再現性の善し悪しが将来予測に影響を与えることがわかった。こうした物理プロセスにまで踏み込んだ将来予測の解釈はこれまでほとんど行われておらず、新しい知見を提供することができた。さらに、最新かつ現在も増えつつあるCMIP5データを利用して同様の解析を行い、一部についてはCMIP3の結果が再確認された。このような氷床表面質量収支は、極域の気温変化の程度で大筋が決まるが、それを決める物理プロセスの特定や理解を深めるために気候フィードバック解析を繰り返し行い、アルベドフィードバックだけでなく、極域の大気成層のもともとの強さやその変化などが重要である可能性が示唆され、今後のモデル開発や改良にもつながる知見が得られた。氷床融解水により海洋循環が変化する物理プロセスやその気候影響についても調べ、理解が深まった。氷床力学過程は海面上昇だけでなく融解水やアルベド、その形状を通じて大気循環に与える影響なども含めて非常に重要な物理プロセスであり、様々な感度実験などを通じて氷床モデルの動的特性などを把握したが、今後も緊急に開発・改良が必要な点も多く、また不確実性も依然として大きい。

[キーワード] 雪氷圈、海面水位、氷床、質量収支、気候フィードバック
### 1. はじめに

地球上南北両極にはそれぞれ南極とグリーンランドに大陸氷河（以下氷床とよぶ）が存在し、すべて融けると海水準を70～80m上昇させるほどの体積の淡水量を蓄えており、地球温暖化によってこの一部が融けることは避けられない一方、社会的には1m程度でも多くの人口や沿岸の産業に影響することが懸念されている。ところが、氷床のもつ性質や形状によって温暖化に伴った海面上昇への寄与が時間とともにどれほどなのかは、推定幅がかなりあり、21世紀末までに南極とグリーンランドの合計での寄与が、ゼロであるものから、6mに達するというものまである(Hansen et al. 2007; IPCC 2007) $ ^{4),5)} $ 。そこで、その不確実性の要因を把握して推定幅を縮めることは気候変動に関する政府間パネル（IPCC）第4次評価報告書でも大きな残された課題の1つになっており、国際プロジェクトとしても緊急研究課題として要請が各方面に送られている現状である。

本課題ではこれらの要請を視野に入れた上で、雪氷圏・海面水準の未来像の描出に向けて大きく4つのテーマに分けて研究を行う。1つ目は気候変動シナリオに基づいた氷床表面質量収支の変化予測とその結果のモデル依存性、不確実性評価とその低減である。具体的には世界気候研究計画(WCRP)の多数の気候モデル出力であるCMIP3・CMIP5データセットを積極的に活用する。2つ目は、氷床モデルの力学過程の改良やパラメータ依存性などの不確実性評価とその低減である。3つ目は、極域の気温変化応答を決める気候感度や極域特有の物理プロセスなどを理解するための、気候フィードバック解析を中心とした研究である。これは、氷床表面質量収支や氷床モデル計算の入力となる部分の不確実性評価とその低減につながる。4つ目は、これまであまり研究されてこなかった、氷床からの融解水を経由した気候応答の調査である。これは、氷床表面質量収支や氷床モデル計算の出力となる部分が引き起こす気候影響の不確実性評価や低減と関係する。さらにその氷床へのフィードバックを視野にいて検討を行う。

## 2 ．研究開発目的

## （１）CMIP3・CMIP5データ利用により気候モデル不確実性を考慮した氷床表面質量収支の変化予測

地球温暖化にともなう全球平均海面水位の上昇は、主に温度上昇による海水の膨張、南極とグリーンランドの大陸氷床の縮小、山岳氷河や氷帽の縮小によってもたらされる。人工衛星に搭載した重力計などによる最近10年程度の観測データは、グリーンランド氷床と南極氷床の質量の急激な減少を示しており、氷床が海面上昇へ寄与する割合の増加も指摘されている。したがって、「海面水準の未来像の描出」のためには、氷床質量収支変化予測に関する不確実性の評価と低減が重要である。氷床モデルを用いた質量収支予測の不確実性は、氷期からの長期変化、表面質量収支の変化とそれに対する氷床の力学応答に起因する項目などに大別される。ここでは、まず表面質量収支について調べる。特に、不確実性評価として、IPCC第4次評価報告書に向けて提出されたマルチ気候モデルデータセットCMIP3と第5次評価報告書に向けて提出されたデータセットCMIP5を利用して、最長23世紀末までの予測を行い、結果のモデル依存性などを把握し理解する。

## （２）氷床力学過程も含めた将来の氷床質量収支の不確実性

前述のように、極域氷床による将来の海水準変化への寄与をより正確に予測するためには、氷床表面質量収支の正確な見積もりに加え、氷床力学過程を考慮する必要がある。より現実を再現
するためのモデルングの課題としては、(a) 数值スキームを高度にすること、(b) 流動に関してより高次の項をとりこみ近似を少なくする、(c) 底面における水文学過程に関わる物理過程をはじめ不確定な物理過程の扱いをより高度化すること、(d) 氷床と大気モデルの直接結合を行うこと、(e) 以上の改良が完成しなくてもその結果に及ぼす影響をある幅をもって評価すること、などである。現実の氷床の再現、とくに氷床の形がまだ完全に再現できておらず縁辺付近の高度を過大評価していることが顕著であり、そのことは温暖化にたいする氷床のレスポンスを遅らせることにもつながっており、研究者の間では大きな課題である。なお、これまでに、氷床のほとんどの体積を占める「岩盤に着床する氷床部分（grounded ice）」のモデルは準備されている一方、体積は小さいが、棚氷および氷流（ice stream）部分に関する部分がモデルに入っていないことが予測の不確実性の主な要因の1つであるので考察が今後必要である。一方、グリーンランドのJakovshavn水流では年間1km以上の早さの流れと近年の大きな後退が観測されている。このような氷流の氷床質量収支への寄与を正確に見積もることは重要であるが、現在のモデル解像度では難しい。そこで、モデルの解像度を上げて計算するための準備も行う。

## （３）気候感度と気温上昇の極域増幅メカニズム

気候感度は大気中の二酸化炭素（CO₂）濃度を2倍にしたまま一定に保ち、気候システムが平衡状態になったときの全球・年平均した地表面温度の変化で定義される。この値は、他の様々な気候変化の大きさの目安になり、全球平均気温変化量が政策決定の場において気候安定化目標としてよく参照されることから、非常に重要な指標である。また、極域の気温変化の大きさは、第1次近似としては気候感度と強い関係があることが示されている。したがって、「雪氷圈・海面水準の未来像の描出」のためには、全球の平均的応答を決める気候感度と、極域の応答を決める物理過程に関する不確実性の評価と低減が重要である。また、気温応答を決める気候フィードバックを定量的に把握・理解するためには、気候システムへの入力である放射強制力を正しく見積もることも重要である。本課題では、主に日本の代表的気候モデルの1つであるMIROC（Model for Interdisciplinary Research on Climate）について放射強制力の計算方法の検討、気候フィードバック解析手法の確立と適用を通して、将来の気温変化を決める重要なフィードバック過程の特定と、過去の気候変動からの将来の気候変動予測幅の制約可能性を検証する。さらに、得られた結果の信頼性を確かめるために、モデルの物理パラメータの不確実性がそれらの結果にもたらす影響についても明らかにする。

## （４）氷床融解水が北大西洋子午面循環の変化を介して極域へ与える気候影響

北大西洋の子午面循環（または熱塩循環）の弱化が、大西洋付近だけでなくアジアを含め世界規模の気候に影響を与えることが古気候指標から示唆されている。これまで、モデルを使用した子午面循環の将来予測はさかんに行われてきたが、温暖化に伴う氷床の融け水による効果は考慮されてこなかった(IPCC 2007) $ ^{5)} $ 。本課題では、融け水が子午面循環に与える影響、そして子午面循環の変化による気候への影響をMIROCモデルを用いて調べる。そしてモデルシミュレーションの妥当性を古気候指標データと照らし合わせて検討する。融け水によってもたらされた子午面循環の変化は南極氷床にもグリーンランド氷床自体の変動にも大きな影響を与え得る。したがって、「雪氷圈の未来像の抽出」という点からも重要であり、また、現在の氷床モデルでは表現されて
いないが最近その影響が懸念されている、南極周辺における棚氷と深層水形成の相互作用を今後考える意味でも重要な知見を与えることが期待される。

### 3. 研究開発方法

## （１）CMIP3・CMIP5データ利用により気候モデル不確実性を考慮した氷床表面質量収支の変化予測

IPCC第4次評価報告書に向けて提出された多数の全球気候モデル（GCM）出力（CMIP3データ）および第5次評価報告書に向けて提出されたGCM出力（CMIP5データ）を、氷床表面質量収支モデルに入力し、海水位変化に寄与する氷床表面質量収支の予測とそのモデル依存性を調査する。ここでは、氷床の力学的変化による効果は考えない。GCM出力を用いた計算ではいくつかの点に注意する必要があるが、特に、現在の氷床の融解はほとんどのGCMでは解像できない縁辺部の小さな領域で主に起きており、ずっと高解像度で表面質量収支を計算する必要がある。また、氷床における氷の融解は水の融点付近で起きるため、気候モデルの現在気候におけるバイアスが直接将来の質量収支予測に影響を与えてしまう。これらを考慮してSuzuki et al. (2005) $ ^{13)} $ の手法に従って行う。

グリーンランドにおいては、高解像度（緯度0.02°x経度0.05°）の高度、氷床分布、気温、氷床表面涵養量の格子点気候値データが利用できる $ ^{1)} $ 。そこで、気候値に、観測データと同じ高解像度グリッドに空間補間されたGCM出力からの偏差を足し合わせることによって各時期の気温や涵養量の絶対量を求める。氷床表面消耗量の計算には夏の気温によって決まるとするOhmura and Wild (1996) $ ^{8)} $ とWild et al. (2003) $ ^{21)} $ の半経験式およびPDD（Positive Degree Day）法を適用する。南極では高解像度の格子点データが利用できないため、通常より若干高い解像度のGCMを用いた（観測データによって制約された）再解析データを境界条件として走らせた解像度60kmの領域モデルの結果 $ ^{5)} $ を参照気候値として使用する。その他の計算方法はグリーンランドの場合と同様である。

予測結果のモデル依存性については、相関解析、合成図解析、多変量解析等を利用して調べる。また、観測された雪氷データを活用してモデルの評価に役立てる。平成23年度は特にCMIP5データの活用部分を行い、また観測データトレンドを用いた将来予測の制約可能性について調べる。

## （２）氷床力学過程も含めた将来の氷床質量収支の不確実性

これまで開発してきた氷床モデルは独自に開発してきたもので、薄氷（Shallow ice）近似を用いて3次元の氷床の形状と流動と温度をもとめるものである $ ^{1)} $ 。入力として、月平均の気候モデル（東京大学気候システム研究センター（現、東京大学大気海洋研究所）・国立環境研究所・海洋研究開発機構地球環境フロンティア研究センター（現、海洋研究開発機構地球環境変動領域）(CCSR/NIES/FRCGC）で開発されたMIROC3.2)の大気海洋結合モデルの気温と降水量を用い、これを融解や流出量に変換し氷床流動計算部分に受け渡し、時間とともに、体積の変化をもとめる。今回は、簡単のため、一様の気候分布を与える。具体的には、グリーンランドにおいて、気温が3℃から7℃、21世紀末までに上昇することは、可能性の範囲であるので、これを与える。さらに、不確実性の高いパラメタや条件などを抽出し、その可能性の範囲で温暖化に対する応答実験を多く行った。数値スキームの改良前と改良後のほか、底面過程に含まれる底面滑り係数(sliding coefficient)、応力と変形速度の関係式に含まれる流動係数(enhancement factor)、底面において熱的境界条件となる地殻熱流量(geothermal heat flux)などが不確実性を大きくしていると考
えられる。それぞれに物理的にあり得る範囲でかつ全体の氷床観測の誤差の範囲でパラメタを変更し、それぞれに気温上昇に対する応答を計算する。

## （３）気候感度と気温上昇の極域増幅メカニズム

気候感度および気候フィードバックの定量的な解析には、正確な放射強制力の見積もりが不可欠である。これまで、CMIP3マルチGCMの1つMIROC3.2においては、Tett et al. (2002) $ ^{15} $ の方法を用いてきたが、この方法は強制に対する成層圏の放射伝達による温度調節だけでなく、力学的要因による成層圏の温度変化や地表面温度変化の影響を含んでおり、氷床と温室効果ガスが共存するような強制の計算には不向きであると考えられる。そこで本研究では、Stuber et al. (2001) $ ^{12} $ に従い、強制に対する成層圏の放射伝達による温度調節の影響のみを忠実に含んだ放射強制力の計算方法をモデルに導入し、様々な放射強制要素に対する強制力を計算する。

MIROC3.2(medres)を用いて、産業革命前標準実験（CTRL）、CO_{2}倍増実験（2xCO_{2}）、最終氷期極大期実験（LGM）、および標準実験において温室効果ガスの濃度のみを最終氷期最盛期のレベルにした実験（LGMGHG）を行う。LGMと2xCO_{2}実験を比較することにより、最終氷期最盛期（過去の気候）とCO_{2}倍増実験（将来の気候）における気候フィードバック過程の類似点と相違点を調べる。また、LGMGHGと2xCO_{2}実験を比較することにより、温暖化と寒冷化における気候感度とフィードバック過程の対称性や非対称性を調べる。さらに、LGMGHGとLGM実験を比較することにより、LGM氷床（と軌道要素）が気候感度に与える影響についても検討する。これらの実験のそれぞれについて、Partial Radiative Perturbation（PRP、Wetherald and Manabe 1988） $ ^{20} $ 法を用いて様々な気候フィードバックの強さを定量的に評価する。気候フィードバックは、水蒸気、断熱減率、表面アルベド、雲の変化の効果に分けられ、さらに短波と長波に分けて評価される。

上記の最も精度の良いPRP法を参照して、これまで提唱されてきた簡便な気候フィードバック解析法、特に、Cloud Radiative Forcing（CRF、Cess et al. 1988 $ ^{3} $ ）法、Approximate PRP（APRP、Taylor et al. 2007） $ ^{14} $ 法、Yokohata et al.（2005） $ ^{16} $ の方法、放射カーネル法(Soden et al. 2008) $ ^{11} $ の精度を検証する。その上で、最も適切な方法を用いて、多数の物理摂動アンサンブル実験結果の解析を行う。極域のフィードバック過程にも注目する。

## （４）氷床融解水が北大西洋子午面循環の変化を介して極域へ与える気候影響

MIROC3.2モデルを用いて、産業革命前とLGMの平衡気候状態のそれぞれにおいて、北大西洋北部（北緯50-70℃）に淡水を流入する。淡水流入は、水床の融け水を理想化したものであり、産業革命前状態への淡水流入は将来において懸念されている北大西洋熱塩循環の弱化の影響を、LGM状態への淡水流入は古気候指標との整合性の検証により、モデルシミュレーションの妥当性を評価することを目的としている。淡水は、0.1 Sv（=10⁶ m³/s）を500年間流入する。これは、約4 mの海面上昇に相当する量である。

## 4 ．結果及び考察

（１）CMIP3・CMIP5データ利用により気候モデル不確実性を考慮した氷床表面質量収支の変化予測

CMIP3データを活用した研究では、グリーンランド氷床では融解量が増加して海面上昇に、
南極氷床では降雪量が増加して海面低下に寄与することが示された。また、グリーンランド氷床の融解量増加の大きさは、気候モデルの全球平均地上気温変化量の大小、現在と将来の海氷分布、海洋循環の変化などに依存することが示唆された。さらに、気候モデルによるグリーンランドの現在気候再現性の善し悪しが将来予測に影響を与えることがわかった。こうした物理プロセスにまで踏み込んだ将来予測の解釈はこれまでほとんど行われておらず、新しい知見を提供することができた。これらの成果は、7．研究成果の発表状況にあるようにYoshimori and Abe-Ouchi (2012) $ ^{19} $ にて発表した。

平成23年度においては、CMIP5 代表的濃度経路(RCP)4.5シナリオに基づく将来予測シミュレーション結果を用いてグリーンランド氷床の表面質量収支予測計算を利用可能な15のモデルについて行った（図(5)-1）。24モデルあったCMIP3 A1Bシナリオに比べてモデル数が少ないこととシナリオ自体が異なるため、ばらつきの大きさを直接比較することはできないが、21世紀における変化が前者について0.17 to 1.93 mm/yr（5-95%）だったのに対して、後者は0.09 to 1.51 mm/yrであった。21世紀における全球平均気温変化と融解量の関係についてもCMIP3 A1Bは0.78と比較的高い相関であったのに対して、CMIP5 RCP4.5は0.53であった。IPCC第4次評価報告書では表面質量収支を各モデルの全球気温変化の大きさでスケールして推定したが、このことは、単に数字の違いだけでなく、こうしたアプローチの妥当性にも関係するため重要な結果である。また、夏のグリーンランドのモデルバイアスと計算された融解量については、CMIP3とCMIP5両者とも強い関係があり、バイアスの低減が急務であるというCMIP3の結論は依然として支持された。ただし、CMIP5のバイアスは調べたモデルについてはCMIP3よりも小さかった。

また、CMIP5の20世紀再現実験について最後の15年と25年の表面質量収支のトレンドをアンサンブルメンバーの多い3つのモデルについて調べた。その結果、15年のトレンドは正にも負にもなるが、1986-2010年の25年のトレンドはほぼすべてのメンバーで負になり（表(5)-1）、モデル評価には、20年以上の長さを持ち、ごく最近の観測データを含むデータセットが必要であることが示唆された。

図(5)-1 グリーンランド氷床表面質量収支の海面水位変化率への寄与。(左)CMIP3 A1Bシナリオ予測実験出力を用いた場合。（右）CMIP5 RCP4.5シナリオ予測実験出力を用いた場合。
Global mean temperature change ( $ ^{\circ} $ C)

図(5)-2 CMIP3とCMIP5モデル出力を用いたグリーンランド氷床表面消耗量に影響する要因。（左）全球平均気温との関係。（右）グリーンランドの20世紀後期（1980-1999平均）の気温バイアスと21世紀の全球気温変化で規格化された氷床表面消耗量の変化。括弧内は相関係数を表す。

表(5)－1 2010年まで再現実験が行われ、10アンサンブルメンバーを持つ2つのモデルにおけるグリーンランド氷床表面質量収支の変化トレンド。海面水位の変化に換算（mm/yr/decade）。

15-yr (1996-2010) trend (5-95%)	25-yr (1986-2010) trend (5-95%)
CSIRO-Mk3-6-0	-0.17 to 0.54	-0.00 to 0.24
HadCM3	-0.14 to 0.36	-0.01 to 0.14

## （２）氷床力学過程も含めた将来の氷床質量収支の不確実性

グリーンランドにおいて、気温が3℃から7℃、21世紀末までに上昇することは、可能性の範囲であるので、これを与えた結果を図(5)-3として、体積を海面水準に換算してその気温に対する応答の時間変化を示した。また、ありうるパラメタ範囲のモデル設定で実験した。どの設定でも、小さな気温変化に対して大きく体積が変わる閾値のような状態を経て、最終的には気温4℃以上でほぼ氷床は融け切って海面水準を6m以上上昇させるものだが、時間変化はほぼ与えた気温によって決まっていることがわかる。また最終状態に達する時間は数100年から数1000年かかり、その時間は、パラメタによって当然違い、不確定性がある。とくに、気温変化が小さいときには、モデルパラメタをどう選択するかが、結果に大きく影響するようになる。

このなかでも大きな不確定性のあるパラメタは、滑り速度の係数の扱いであり、さらに、形状の表現もふくめて今後検討していかなければいけない。

また、今後は、モデルパラメタの検討と選択のほか、大気モデル結果と組あわせた実験が必要である。さらにシナリオとして、気温上昇で氷床が後退した長期期間のあとに気候が安定化した場合の氷床および海水準の復活があるのかどうかの研究も始まっており、今後、検討して行く必