b
d
Sea ice: 66.01%(177,990 pixel)
Melt pond: 33.9 % (91,428 pixel)
Sea ice: 66.9 % (180,160 pixel)
Melt pond: 33.1 % (89,263 pixel)
Threshold: 158
Threshold: 160
3.15定 2005 航 中 氷状況 a 米 氷船 緯度経度 b 氷状況 開放水面
灰色 黒 氷
3.16定 2011 航 中 氷状況 a 氷船 緯度経度 b 氷状況 開放水
面 灰色 黒 氷
60 85
20 40 80 90
80
7-Aug 12-Aug 18-Aug 25-Aug 31-Aug 7-Sep 13-Sep 19-Sep 26-Sep 2005
Fraction [%]Lat. [N]
75 Lon. [E]
240 320
160 80 Open Water
Sea Ice Melt Pond
Lon.
Lat.
(a)
(b)
■
■■
■ Open water
■■■
■ Melt pond
■
■■
■ Sea ice No Visual
60 80
20 40 80 90
70
15-Jul 22-Jul 29-Jul 6-Aug 13-Aug 20-Aug 2011
Fraction [%]Lat. [N]
75 85
240 300
180
Lon. [E]
210 270 Arctic Archipelago Beaufort Sea Beaufort Sea ～～～～ North Pole
(a)
(b)
Lon.
Lat.
Open Water
Sea Ice Melt Pond
27-Aug 4-Sep 11-Sep 0
■■
■■ Open water
■
■
■
■ Melt pond
■■
■■ Sea ice No Visual
第 第 第
第 4 4 4 4章 章 章 章定 定 定 定 衛星 衛星 衛星 衛星 ロ波放射計によ ロ波放射計によ ロ波放射計によ ロ波放射計によ ン ン ン ン 割合 割合 割合 割合 推定 推定 推定 推定
4 4 4
4.1.1.1.1 使用使用使用使用 ータータータータ 4
4 4
4.1.1.1.1.1.1.1.1 衛星衛星衛星衛星 ロ波放射計ロ波放射計ロ波放射計ロ波放射計 ータータータータ
本章 使用 輝度温度 米国地球観測衛 Aqua 搭載 衛 改良型高 性 能 放 射 計 AMSR-E The Advanced Microwave Scanning Radiometer - Earth
observing system 得 あ 4.1 AMSR-E 形状
示 Aqua 地球環境 大気、雲、雪氷、水、植生
解明 目的 航空宇 局 NASA: National Aeronautics and Space Act
開発 地球観測衛 あ Aqua NASA く 日本 宇 航空 究開発機構 JAXA: Japan Aerospace eXploration Agency や 国立宇 究所
い 国 搭載 開発 運用 国 的
行わ い
本 究 宇 航空 究開発機-国 極圏 究 情報 IJIS: IARC-JAXA
Information System NSIDC National Snow and Ice Data Center 2 究機関 提
供 AMSR-E 観測 輝度温度 使用
1. IJIS 輝度温度
本論文 4.2.2 い 形成 氷 放射特性 明
1B 輝度温度 使用 現 国立極地 究所 極域
ADS: Arctic Data archive System い 提供 い
6.9 GHz 89.0 GHz 水 偏 H 垂直偏 V 12 ネ 輝度温度
提供 2002 7 1日 2011 10 3日 間 利用 表 4.1 各周 数 空間 解能 解能 示 輝度温度
最近傍補間 Nearset neighbor 法 用い 6.9 GHz 36.5 GHz 10 km
× 10 km 89.0 GHz 5 km× 5 km 補間 い
AMSR-E NSIDC National Snow and Ice Data Center AMSR-E
高い 解能 保管 い 現地 近い 衛 比
較 本 究 89.0 GHz 輝度温度 10 km × 10 km
均 値 使用
2. NSIDC 輝度温度
本論文 4.3節 い NSIDC 配列 基 い 作成 MODIS
得 MPF MODIS MPF AMSR-E MPF 比較 AMSR-E
3輝度温度 使用 IJIS AMSR-E 異 点 NSIDC
配列 解能 表4.1 あ NSIDC AMSR-E 1978
現 利用可能 SSMI Special Sensor Microwave Imager 解
能 25 km × 25 km 整 性 保 解能12.5 km × 12.5 km 補間
い
5章 2002 2011 AMSR-E 輝度温度 加え 2012
2016 AMSR2 使用 AMSRやAMSR–E 後 あ 第 期水
循 環 変 動 観 測 衛 く GCOM-W1: Global Change Observation Mission1st-Water
"Shizuku" 搭載 高性能 放射計AMSR2 Advanced Microwave Scanning
Radiometer 2 3輝度温度 使用 JAXA GCOM-W1
提供 提供 い 解能 AMSR–E あ
6.9 GHz 89.0 GHz 10 km × 10 km 提供 い
4.1定 地球観測衛 Auqa 搭載 AMSR-E 形状
JAXA人 衛 : http://www.satnavi.jaxa.jp/project/aqua/
表表
表表4.1定 AMSR-E び 解能
IJIS: IARC-JAXA Information System, NSIDC: National Snow and Ice Data Center Channels Spatial resolution
(km)
IJIS Gridding interval (km)
NSIDC Gridding interval (km)
6.9 GHz 43 ×75 10 ×10 12.5 ×12.5
10.7 GHz 29×51 10 ×10 12.5 ×12.5
18.7 GHz 16 ×27 10 ×10 12.5 ×12.5
23.8 GHz 18 ×32 10 ×10 12.5 ×12.5
36.5 GHz 8 ×14 10 ×10 12.5 ×12.5
89.0 GHz 4 ×6 5 ×5 6.25 ×6.25
44
44.1.2.1.2.1.2.1.2 スチスチスチスチ ーーーー
氷密接度 氷 割 計 義 氷 水
要 あ 衛 放射計 得 輝度
温度 氷密接度 推 手法 いく 提案 い
手法 氷 開放水面 見 夏季 極 い 氷
密接度 2 % 12 %過 評価 Ivanova et al., 2014 夏後
半 裸氷 響 互い 響 衡 見 い 氷密接度 示 あ Kern
et al. 2016 夏季 極 輝度温度 推 氷密接度 確
持
本章 確 氷密接度 得
NIC: National Ice Center CIS: Canadian Ice Service い
提供 い 間 均 氷密接度 使用 4.2 NIC
船 観測 航空機観測 可視
力 用い 手動 解析 NSIDC 提供 い
利用 い場 衛 使わ 方 CIS
NIC 基本的 あ 衛
依存 い
氷密接度 高 解能 可視や
得 情報 構成 氷 割 目 響 含 い
現地 MPF 輝度温度 比較 十 航跡 氷密接度100 % 領域
抽 い 本章 航跡 氷密接度90 %以 使用 氷 種類 情報 得 本 究 NIC CIS
氷 使用 得 氷 種類 並 氷 70 cm 120
cm 厚い 氷 120 cm以 多 氷 あ 本 究 以降 並 氷 厚い
氷 厚い 氷 記述
4.2定 解析 使用 衛 画像 米国 NIC: US National Ice Center CIS: Canadian Ice Service 得
http://nsidc.org/data/docs/noaa/g02172_nic_charts_climo_grid/index.html
44
44.1.3.1.3.1.3.1.3 MODIS MPFMODIS MPFMODIS MPFMODIS MPF ータとータとータとータとNCEPNCEPNCEPNCEP気温気温気温気温 ータータータータ
AMSR-E 用い MPF推 手法 効性 評価 晴 時 MODIS
得 MPF MODIS MPF 開放水面 割 2
使用 4.3 MODIS MPF 推 500 m × 500 m MODIS 周
数 3 459–479 nm 1 620–670 nm 2 841–876 nm 得
開放水面 雪/氷 射率 4.4 基 行わ Tschudi et al., 2008
NSIDC 12.5 km × 12.5 km 解
能 わ 格納 2000 2011 開放水面 割 MPF 8日
間複 使用 大学 統 気候
ICDC: Integrated Climate Data Center 通 提供 各 期間 5 9日
9 13日 あ 1 MODIS 500 m
計算 12.5 km 均 使用 数 最大625
あ 比較 NSIDC AMSR-E 25 km × 25 km
解能 あ MODIS 25 km × 25 km 均 本 究 い
解能
MODIS MPF 相対的 MPF 得 開放水面 割 用い 求 氷密接度
= 1 – 開放水面 割 使用 開放水面 生 MODIS
MPF 生 射率 高い 青い池 MODIS MPF 過大評価
射率 い い池 過 評価 Tschudi et al., 2008 航
空写真や 氷船観測 得 現場 MPF 比較 MODIS MPF 1
RMSE 3.8–11.2% あ Rösel et al., 2012 1 MODIS
氷船観測 航空機観 SAR MPF 比較 MODIS
開放水面 割 MODIS MPF い 3 % 8 % い 持 示
Mäkynen et al., 2014 本 究 い 用い 補 MODIS
2 使用
国立環境予測 /国立大気 究 NCEP/ NCAR: National Center for Environment Prediction / National Center for Atmospheric Research NCEP Re
-Analysis (NRA)-1 2 m 気温 MODIS MPF 様 4.3節 使用
解能 約200 km × 200 km 約1.875 × 1.875 degree T62
NCEP NSIDC NCEP
4.3定 MODISMPF 布 画像
http://icdc.cen.uni-hamburg.de/1/daten/cryosphere/arctic-meltponds.html 灰色 陸 MPF 示
4.4定 MODIS 周 数 氷 表 面 状 態 い 射 率 い
Tschudi et al., 2008
4 4 4
4.2.2.2.2 ンンンン 割合推定割合推定手法割合推定割合推定手法手法手法 開発開発開発開発 44
44.2.1.2.1.2.1.2.1 現地と衛星現地と衛星現地と衛星現地と衛星 ータータータータ 比較方法比較方法 比較方法比較方法
本 究 高密接度 氷域 1 10 km × 10 km 現地 MPF
均 1 均数 船 や操船 依存 船 早い
減少 表 3.2 示 解析範 推 値 範 画像 均値 含 い い 2005 51 2011
95 計146 得 方 AMSR-E 1日2回 昼 夜
氷 観測 本 究 昼夜2回 AMSR-E ±6時間以 船
画像 得 MPF 比較 現地 MPF 画像
1枚当 約4000 m2程度 衛 10 km × 10 km 代
表 空間 異 本 現地 MPF 均 性
確 い 以 3 目 い 議論
1 現地 MPF 均 性
従来 究 現地 衛 両者 比較 結果や 結果 対 原因 議
論 確 行う 統計学的 現地 均 性 検証 Perovich et al.,
2002a Perovich et al. (2002a週 氷 割 均 性 得
必要 示 4.5 航空写真 Lead
Pond 氷 Ice 割 標準偏差 い 示 MPF 標準偏差 0.25 km2
急激 減少 以降 緩や 減少 現地 MPF 均 性 得
少 く 0.25 km2 範 均 必要 あ 条件 必要
画像 最 62枚 あ 本章 現地 MPF AMSR-E 10 km × 10
km 均 約95 %以 62枚以 均数 得
標準偏差 6 %以 あ 多く 現地
MPF 用い 高い均 性 得 注意 必要 あ 本 究 両
者 比較 必要最 限 MPF 均 性 保 い 考え 均 使用
画像 2 氷 開放水面 あ
2 氷船 路 択
氷船 路 択 現地 MPF 代表値 響 え 4.6
90 % 90%
氷船 氷域 航行 比較的 氷密接度 い 域 操船者 航行 や い開放水面 択 氷 避 傾向 あ 4.6a
方 高密接度 氷域 氷密接度 い 域 比 直 い
わ 4.6b 4.1.2 述 う 本 究 4.6b う 高密接度 氷域
使用 操船 空間代表性 響 い 考え
3 氷船 航跡
4.7 各 航跡 画像解析 現地 MPF 点 例 示
本 究 各 現地 MPF 均 い 4.7
中心付近 航行 場 航行 場 あ
中心付近 航行 場 航跡 両側 い 未観測領域 存 い
本 究 使用 氷 直 2 km
10 km あ 本 究 使用 周辺 氷
種類 多 氷 厚い 氷 あ 氷船 航行 領域 未観測領
域 氷 表面状態 程度 あ 可能性 高い 考え 使
用 最 氷 2 km 周辺 氷 種類 異 氷 複数存
場 現地 空間代表性 確 あ 注意 必要 あ
方 航行 場 対側 い 変形 激 い 氷丘や変形
氷等 含 多 氷 存 氷域 多 氷域 MPF
差 大 く 変形 激 い多 氷 多く存
現地 MPF 代表値 得 い可能性 あ 変形 激 い多 氷 極中 央部 側 い 変形 激 い多 氷や氷丘 多く含 沿岸 着氷 流
氷域 流 あ 4.8 多島 付近 多島 近傍 氷
崩壊 示 4.8 示 う 2007 多島 付近 い 氷 大規模 崩 壊 氷運動 強 場 変形 激 い多 氷 観測 頻度 高く
空間代表性 確 え 可能性 あ 本 究 い 使用 画像 確 変形 激 い多 氷 含 画像 100枚 1枚程度 あ
わ MPF 代表値 対 局所的 表 変形
激 い多 氷 響 い 考え
4.5定 航空写真 Lead Pond 氷 Ice 割 標
準偏差 い Perovich et al., 2002a 使用 写真 1998 7 15日 撮
あ
4.6定 氷密接度 い 氷域 90 %以 高密接度 氷域 90%以 氷
船 氷船 航跡 a 7 29日 b 7 18日 あ 画像 域
4.7定定定定 氷船 航跡 氷状況 撮 地点 a 沿岸沖 b 多島 航跡 あ 青丸 高密接度 氷域 赤線 氷船 航跡 ェ 黒
氷況 撮 地点 灰色 ュ 衛 示
4.8定 多島 付近 多島 近傍 氷 崩壊 MODIS［MODerate
resolution Imaging Spectroradiometer］画像 島 2008 引用
44
44.2.2.2.2.2.2.2.2 ンンンン に対に対に対に対 ロ波帯ロ波帯ロ波帯ロ波帯 輝度温度特性輝度温度特性輝度温度特性輝度温度特性
4.9 現地 MPF ship-based MPF 輝度温度 関 示 6.9 GHz H
輝度温度 TB06H ネ 様 あ 4.9 示 う 18.7 GHz 除
く各周 数 両者 関 厚い 氷 多 氷 類似
形成 厚い 氷 多 氷 輝度温度 類似 意味 周 数 高く 従い 現地 MPF 輝度温度 相関 負 変わ わ 厚い
氷 多 氷 TB06H TB06V TB18H TB18V 現地 MPF 増加 従い減少
特 TB06H 最 い負 相関 示 厚い 氷 r = –0.76 多 氷 r = –0.86
厚い 氷 TB06H 現地 MPF 関 以 3 得 1 MPF 0%～10% 220～230 K 2 10%～35% 190K～210 K 3 35%～65%
140 K～190 K TB06H 領域 現地 MPF 依存 い
3 持 現地 MPF 依存 意味 方 TB36H TB36V TB89H
TB89V MPF 増加 従い増加 中 TB89V い 相関 示 厚い
氷 r = 0.82 多 氷 r = 0.70
以 厚い 氷 多 氷 混 現地 MPF 輝度温度 関
最 良い負 相関 得 TB06H r = –0.83 あ 約150 K
約230 K 80 K増加 最 良い 相関 得 TB89V r = 0.77
あ 約220 K 約260 K 40 K増加 TB06H TB89V
高密接度 氷域 い MPF 推 効 あ 以 う
的 調 い 夏季 極 高密接度 氷域 MPF 輝度温度 関 明
4.9定 現地 MPF Ship-based MPF 輝度温度 TB 関 a b 6.9
GHz 列 水 偏 H 列 垂直偏 V 示 以 様 c d 18.7 GHz e f
36.5 GHz g h 89.0 GHz 緑色 黒色 赤色 直線 多 氷 MYI 厚い
氷 Thicker FYI 厚い 氷 多 氷 混 関 線形回 直線
示 r 相関 数 意味 Tanaka et al., 2016
衛 放射計 度 数km 数十 km 領域 観測
幅数十m く 間 氷 時 観測
衛 観測 氷 放射特性 く 氷 種類
表面状態 部状態 形状 依存 本章 現地 MPF 輝度温度
使用 い 航行中 知 い 極域
う 水温域 塩 輝度温度 い 周 数5 GHz以 非常
く 真水 あ 水 い 本 究 表
2.3 示 水 Water 射 率 射 率 使用
2.1.3 示 う 氷 透率 高い融解期後半 い 融解水 洋 排水
時期 氷 透率 い融解期前半 氷表面 乾い 状態 あ 本 究 融解期後半 現地 使用 い 多 氷 乾い 多 氷 扱
以 輝度温度 対 氷 種類 氷 融解水 移
動 び排水 表面 粗 積雪 響 4.9 結果 い
考察
1 氷 響
4.9 厚い 氷 多 氷 乾い 多 氷 MPF 輝度温度 関 類似
厚い 氷 多 氷 輝度温度 類似 示 い 表 2.3 示 う 高い周 数 水 両 氷 射 率 い い周 数
い 異 例え 氷 90.0 GHz H 射 率 e = 0.886
水 射 率 e = 0.792 大 い 表2.3 従う MPF 増加 従い TB89H
4.9g 結果 結果 示 い Eicken et al. 2002
Perovich et al. 2009 氷表面 塩 測 結果 厚い 氷 多 氷 表
面塩 約1 psu あ 報告 い 4.9g 両者 関
類似 厚い 氷 衛 放射計 乾い 多 氷 見 原
因 あ 考え
周 数 高く 従い 現地 MPF 輝度温度 相関 く 負 変わ 周 数 高く 従い 水 乾い 多 氷 両者 射 率 い
く 周 両者 射 率 関 高周 関 逆
原因 あ 考え 例え 6.9 GHz H 36.5 GHz H 周 数 高く
89.0 GHz H
い 以 述
う 厚い 氷 輝度温度特性 多 氷 特性 類似
多 氷 MPF 輝度温度 関 い 考察 6.9 GHz HV 18.7 GHz HV
MPF 増加 従い 輝度温度 減少 水 射 率 乾い 多 氷 射
率 あ 89.0 GHz V MPF 増加 従い 輝度温度 増加
90.0 GHz 乾い 多 氷 射 率 水 射 率 い
あ ネ い 乾い 多 氷 水 射 率 い 従 い
融解期後半 積雪融解 積雪 消失や 氷 透水性増加 洋
融解水 排水 Eicken et al. 2002 氷 表面 比較的乾燥 い
原因 考え
36.5 GHz HV 89.0 GHz H 乾い 多 氷 射 率 水 射 率 大 い
従う MPF 増加 従い 輝度温度 減少 わ
4.9 36.5 GHz HV 89.0 GHz H MPF 増加 従い 輝度温度 増加
散 い ネ 以 原因 多 氷 識
考え
i 37.0 GHz V 水 乾い 多 氷 射 率 い ∆e = 0.102 い
加え 乾い 多 氷 射 率 標準偏差 σe = 0.079 比較的大 い
ii 37.0 GHz H 水 乾い 多 氷 射 率 い ∆ e = 0.314 比較的大
い 乾い 多 氷 標準偏差 σe = 0.115 37.0 GHz V 標準偏差 σe = 0.079 比 高い
iii 表2.3 示 う 90.0 GHz H 水 乾い 多 氷 射 率 い
∆ e = 0.122 い 氷 観測 氷 射 率 観測結
果 Svendsen et al., 1983 水 乾い 多 氷 射 率 射 率 い ∆ e =
0.05 非常 い
MPF 輝度温度 関 い 36.5 GHz H 89.0 GHz V 水 乾い 多 氷
射 率 い 差 い 89.0 GHz V い関 示
89.0 GHz 空間 解能 6 km × 4 km 36.5 GHz 空間 解能 14 km × 8 km 高
い 原因 あ 考え