本文 Thesis 総合研究大学院大学学術情報リポジトリ A1795本文

学 _論文

極海 降水活動 変 海氷変動

因果関 関 _解析

総合 究大学院大学

複合科学 究科 極域科学専攻

佐藤和敏

要斏

極海 海氷 面積 最大 春 極海全域 覆い 最 夏

海面 拡大 季節的 変動 見 他領域 顕著 温暖 影響 海

氷 及び 特 夏期 海氷 最近10 大幅 減少 い 極海 海氷減少

海洋 大気 熱や水蒸気 供給 層大気 対流混合 強 雲

や降水特性 変 地表 熱 支や降水 降雪 変 い

海面 拡大 太陽攡射 増 海面 暖 海氷 減少

夏期 海洋中 貯熱 増 海洋 結氷時期 遅 海氷形成 遅

延や海氷成長 鈍 引 起 熱攡出 秋や冬 熱

攡出 局所的 現象 く 季節 越え 大気 環場 総観 現象

変 変 通 中緯度 影響 及 い

究 海氷減少 伴い 極圏全域 降水や降雪 増 い

指摘 い 領域毎や 毎 議論 十 行わ い い 降水 増

海洋 熱攡出増 く 水蒸気 水 移流 影響 極海

く中緯度 含 議論 行う必要 あ 海氷 降水 増 海氷

熱攡出 抑制 雪 増 最近 積雪深変 や 変 海氷形成

成長 う 影響 い 未解明 あ 本 究 降水 変 引 起

原因 領域毎 調 海氷形成や成長 え 影響 い 調

NCEP Climate Forecast System Reanalysis CFSR 再解析 ^用

い 極海全体 降水 変 や海氷 積雪深変 着目 初 広範

海氷 積雪深変 議論 _{CFSR再解析} 適当 あ 確認

Cold Region Research and Engineering Laboratory CREEL ^{多 氷 設置} Ice Mass Balance IMB 観測 比較 行い CFSR 海

氷 再現性 調 CFSR 海氷 積雪深 ^{春や冬 正 冬}

負 持 季節変動 概 再現 特 _10〜12 相関 数

0.7以 再現性 良い わ

海 側や 海 _{10 や11} 気 活動 活発

降水 増 海氷 積雪深 増 い 領域 夏期 著 い

海氷減少 影響 海氷形成 遅 海面 拡大 降水 対 蒸発 寄

大 く い 海氷 形成 全域 覆う12 降水 寄

く い ン 海や ン ン 海 他 領域 降水 多く

10~12 降水 季節変 い 領域 降水 対 水蒸気

水 移流 寄 蒸発 効果 回 傾向 あ わ

極海 太 洋側 大西洋側 降水 変 季節 要因 異 状況 あ

極海 太 洋側 大西洋側 類 領域毎 降水 着目

太 洋側 極海 海氷減少 影響 調 1999-2014 地球海洋

究船 い 極航海 観測 用い 従来海氷 発生 い 層

状性 雲 海氷 消失 う 変 解析 や

ン 観測 海洋 熱供給 増 対流性雲 発 高雲底高

度 雲 発生 度 高い 明 特 ₂₀₁₃ い 極航海

や 降水帯 観測 度 高く 対流性雲 発生

度 増 顕著 あ 10 海氷縁付近 実施 定点観測 短時間

強い降雪 現象 観測 海氷や融氷水

表面付近 形成 冷気 流入 暖気 押 対流 強

強い降雪 生 観測 や再解析 確認 行

わ 数値実験 海氷縁付近 発生 降水 議論 行わ

ン や 観測 構 明

次 大西洋側 極海 海氷減少 著 い ン 海 着目 降水 積雪

対 蒸発 増 や大気応答 影響 調 当 海域 海氷減少 伴う 気

経路 変 極海中央部 侵入 気 増 い 海氷

降水 多く 海峡や ン 海 側 海氷 積雪 増 い

ン 海付近 あ ン 例 暖 い暖冬 寒い寒冬

大気 環 異 暖冬 降水 多く い 暖冬 風 伴

う暖気移流 影響 海洋 蒸発 く 降水 増 水蒸気 水 移流

寄 大 い 示 暖冬 ン 海 海氷 後

側 部 攡出 多く 海氷面積減少 降水 増 影響 い

ン 海 暖冬 流 中緯度 置 流 軸

対流活動領域 変 結果 極 侵入 気 経路 変 い

示 線形傾 LBM 用い 大気応答実験

流 水温 布 変 大気 熱 減少 ン 半島 高 偏差 形成

ン 海 海氷域 減少 い わ

極海 降水 増 海氷 積雪深 増 海氷成長 影響 え

最近 ₁₁ 海 側 過去 比 積雪深 _8cm厚く

目次

第 1 章 入

1-1 極域 温暖 海氷減少

1-2 雲特性や降水 変

1-3 海氷 雪 海氷厚

1-4 高緯度 温暖 中緯度 寒冷

1-5 本 究 目的

第 2 章 使用

2-1 再解析 1 次元海氷

2-2 Ice Mass Balance

2-3 い 極航海

2-4 線形傾 LBM

2-5 第 5 期結合 相互比較計画 CMIP5

第 3 章 海氷 積雪深 変

3-1 再解析 再現性

3-2 極海 降水 積雪深 長期変動

3-3 降水 変動 各項 寄 率

第 4 章 各領域 降水 変動

4-1 太 洋側 極海 特徴

4-1-1 海氷減少域 発生 雲 特性変

4-1-2 2013 観測 雲 特徴

4-1-3 海氷縁 降雪強

4-2 大西洋側 極海 特徴

4-2-1 暖冬 寒冬 大気場 い

4-2-2 流 水温 布変 大気 影響

4-2-3 中緯度水温前線 高緯度大気 影響

第 章 総合討論

5-1 CFSR 海氷厚 誤差 原因

5-2 雪 断熱作用 雪

5-3

第 章 入

1-1 ^{極域 温暖} 海氷減少

極域 近 生 い 温暖 影響 最 顕著 領域 あ 極 温暖 増

幅現象 知 い Walsh et al., 2011; Serreze and Barry, 2011 ^半球

全体 _1875-2008 間 _{100 0.79℃ 昇} い 対 極域 緯

59ま以 気温 100 1.36℃ 昇 い Chylek et al., 2009 極圏

気温 昇 _{1990 代} 急激 行 他 領域 比 倍 度 増

い 観測 明 特 秋や冬 温暖 顕著 あ

冬 表面付近 最大 Serreze et al., 2009; Serreze and Barry, 2011

極海 温暖 影響 大気 く 海洋構 や海氷 布 及 い

極海 海氷面積 数十 減少 ン 明瞭 見 _{10 12.2%}

減少 い Comiso, 2012 特 夏 海氷減少 著 く 2012 9 最 面積 記録 Claire and Comiso, 2013 ^{将来予測 遥} 回 割合 海氷 減少 い Stroeve et al., 2007 ^{極海 表面}

海氷減少 密接 関 い 1979 以降減少傾向 あ 影響 海

洋 太陽攡射 増 い Pistone et al., 2013 ^海氷

減少 開水面 拡大 海洋 熱蓄積 増 海水温度 昇

海氷 減少 引 起 Perovich et al., 2007; Perovich, 2011

海洋中 熱蓄積 増 大気 熱 供給 増 温暖

表面 大気 層 気温 昇 海氷減少 関連 あ 指

摘 い Screen and Simmonds, 2010 海氷減少 伴う気温 昇 春や夏 く 海洋 温度差 大 く 冬 顕著 Serreze et al. 2009 NCEP/NCARやJRA25 再解析 ^{用い 気温 昇 大陸 海氷 減}

少 い 海洋 著 く 秋 冬 持 い 示 海洋

大気 熱攡出 時 大 水蒸気 大気中 供給 雲 や水蒸気 増

向 長波攡射 増 気温 昇 引 起 長波攡

射 極温暖

寄 い 知 い Winton, 2006 Lu and Cai (2009)

極向 熱輸 変 挙 様々 複雑 絡 合 い

1-2 雲特性や降水 ^変

雲 太陽攡射 や 射 雲自身 射出 長波攡射 通 地表熱 支

影響 極 気候 支配 要素 あ 考え い

海氷 雲 い 様々 究や議論 行わ 海氷 観

測 い 観測 極 少 く 究 信 性 高い 言え

あ Surface Heat Budget of the Arctic Ocean SHEBA 観測 1997〜1998 海氷 実施 大気 海氷 海洋 関 様々 観測 行わ Uttal et al., 2002 SHEBA観測 ^{雲 鉛直}

構 や発生割合 季節変動 調 雲 や 用い 雲観測 1

通 実施 海氷 雲 季節変動 議論 十 得

Intrieri et al., 2002 ^{極 海氷 雲 雲底高度} 250m〜1650m 間

季節変動 層状性雲 あ 雲 春 増 夏

最大 秋 減少 冬 最 季節変動 見 特 重 雲

重7%以 雲 覆わ 雲底高度500m以 雲 発生 度 最 高

く 層状性雲 卓越 い _{SHEBA観測以降} 氷船 用い 海氷

大気や海洋 様々 観測 実施 い 夏期 混合層や雲 特徴 調

ン 氷船 Oden 号 用い 2001 8 Arctic Ocean Experiment

2001 AOE2001 ^実施 AOE2001 観測 ^{海洋観測 く}

ン ン やS ン 用い 雲観測 実施 Tjernström et al.,

2004 ^{観測期間中 気 通過時 雲底高度 高い雲 観測 い}

雲底高度 _100m以 持 極層雲 卓越 い 国際極 「00里 里 Oden 号 極点近く 漂流 Arctic Summer Cloud Ocean Study 2008 ASCOS 2008 観測 実施 Tjernström et al., 2013 ASCOS 2008

観測 層雲 形成や維持 着眼 大気や海洋 幅広い観測 実施

海氷 発生 い 雲 海洋起源 含 い や攡射強

制力 海氷形成 影響 い 大気海洋間 相互作用 指摘 い

Tjernström et al., 2014

近 急激 海氷減少 大気 熱や水蒸気 供給 雲 や雲水

雲 特性 変 長波攡射 変 通 表面熱 支 大 影響 え

Schweiger et al. (2008) ^{再解析 用い 海氷 無く 海洋}

大 熱 供給 対流 安定 生 混合層 強 い 指摘

海氷縁付近 雲 雲底高度 高く 高度「丁m以 層雲 減

少 い 示 再解析 内 物理過程 設定

う 再解析 毎 異 結果 報告 い Cuzzone and

Vavrus, 2011 Eastman and Warren 2010 ^{問題点 指摘 極}

あ 観測所 観測 用い 特 夏期 霧や層雲 層雲 増 い

示 CloudSat CALIOP 組 合わ ^衛星 2006-2008 秋期 海氷減少域 層雲 増 い いう見解 Kay and Gettelman, 2009 ICESat Cloud and land Elevation Satellite 衛星観測 2丁m以

形成 雲 増 い 0.5丁m以 い雲 減少 い Palm et al.,

2010 ^{衛星 異 使用 い 雲 や水}

布 い あ 報告 い Chan and Comiso, 2012 衛星

海洋 波 品質 影響 表面付近 多く含

明瞭 い 再解析 や衛星 層雲 変

見積 確実性 伴う 補う 鉛直 解能 高く 表面付近

少 い観測 用い 表面付近 雲特性変 明 必要

あ

1-3 海氷 ^{雪 海氷厚}

海洋 蒸発 増 雲特性 変 く 降水 や降雪 増

秋や冬 極圏 積雪深や積雪面積 影響 Deser et al., 2009; Liu et

al., 2012 ^{雪 高い 持 や 融解時 水蒸気 供給源}

極圏 大気応答や熱 支 要 役割 持 い Matsumura et al.,

2012 ^{極圏 大陸 地表 気象観測所 積雪深や積雪面積 観測 行わ}

用い 様々 究 行わ い 雪 融解 始 時期 陸

地 観測 ン 1966〜2007 中央 領域 10 あ 2

〜4日長く い 指摘 Bulygina et al., 2009 ^{複数 衛}

星 用い 究 や 積雪期間 短縮 い わ

Choi et al., 2010 積雪面積 変 冬や春 降雪 く 気温

や海氷減少 伴う海洋 熱供給 密接 関 持 い 大陸 沿岸部

Perovich et al., 2007; Steele et al., 2010 ^{熱 強 海氷 融解 度 増} 海洋 蓄熱期間 長期 指摘 い Provich et al., 2007

海洋中 貯熱 増 結氷時期 遅 海氷成長 抑制 薄い海氷

形成 や く 極海 海氷厚 1重里0 冬 均 」.64mあ

「000 代 「00」-「00里 1.里重m 減少 い Kwok and Rothrock,

2009 ^{海氷厚 減少率 最近大 く い} ICESat衛星

示 海氷面積 最 記録 「01「 海氷厚 薄く 秋や冬

海氷 大 く減少 い Laxon et al., 2013 海氷 薄く 春期 融

解時期 斐く 海氷 消失期間 長く 海洋中 蓄熱 増

正 働く 海氷 消失期間 極域全体 _{10 あ 6.4日長}

く 特 海氷減少 著 い 海 海 海や東

海 _10日長く い Markus et al., 2009 ^{秋期 結氷 遅く}

降雪 海洋 起 雪 海氷 積 い 特 近 海氷減少 著

い 海や 海 海氷 積雪 時期 遅く 春期 積

雪深 減少 い Webster et al., 2014 ^{降雪 現 増 予想}

海氷減少 行 海氷 結氷時期 遅く 今後 春 氷 積

雪深 減少 傾向 あ (Hezel et al., 2012) 海氷 形成時期 変 春 海

氷 積雪深 影響 え い

結氷期 降雪 他 時期 比 海氷 形成や成長 大 く影響 通常海氷

雪 海氷 熱攡出 遮断 熱力学的 要 役割 持 い 海

氷 成長 抑制 (Maykut and Untersteiner, 1971) 特 海氷 薄い秋期や冬

期 海氷自身 断熱作用 弱い 降雪 断熱効果 海氷 形成や成長

大 く作用 最近 海氷 面積 減少や形成期間 短縮 く 厚い

多 氷 消滅 薄い 氷 増 い (Maslanik et al., 2011)

薄い海氷 や結氷点 海洋 降雪 増 海氷 形成や成長 影響

い 可能性 あ 極海 降水 い 大気海洋結合 結果

冬 増 傾向 あ わ い 。Kransting et al., 2013) 極 降水

中緯度 水蒸気輸 海洋 蒸発 依 水 体 い

起源 知 秋や初冬 海氷回 時 海洋 水蒸気供給 多く

海氷形成 時 徐々 減少 いく Kurita, 2011 極域 降水 増

海氷減少域 供給 水蒸気 影響 大 く 海氷 回 始 秋や冬 顕

著 Bintanja and Selten, 2014

過去 数少 い海氷 観測 斎 North Pole ^人漂

流氷 ン 観測 あ ン 1重54-1重重1 間 海

氷 雪 深 や密度 観測 実施 観測 算出 経験式

極海 積雪深 水 布 計算 行わ 領域毎 積雪深 季節変動や 布 明 Warren et al., 1999 最近 海氷 CRREL (Cold Region Research and Engineering Laboratory) 海氷 Ice Mass Balance (IMB) ^{設置 海氷 厚 積雪深 海氷 温度等 測定 行 い} Perovich et al., 2015 飛行機 観測器 搭載 空 観測や海氷

用い 観測 実施 い Webster et al., 2014 ^{極海 積雪深}

水 布 い 十 究 行わ 未解明 部 多い

1-4 高緯度 温暖 ^{中緯度 寒冷}

極圏 大気 環 変 海洋 供給 熱や水蒸気 増 影響

海氷減少 密接 関 い 言え 最近 夏期 海洋中 熱貯蓄 増

熱攡出 期間 長期 秋や冬 大気 影響 え い Francis et al.,

2009 極海 中 大西洋側 置 ン 海 通 大西

洋 暖 い水 流入 冬 海氷 覆わ い あ 冬

期 ン 海 大気 熱源 作用 極圏 多く

究 注目 い (Smedsrud et al., 2013) 海洋 熱供給 増 表面付 近 気温 昇 引 起 く(Serreze et al., 2011) 大気 環場 変 通

中緯度 温偏差 関 い 示唆 い Overland, 2011 ^例え

ン 海 海氷減少 高緯度側 高気 形成 高緯度 中緯度 寒気

や く Petoukhov and Semenov, 2010 乱流熱

増 伴う 波伝 影響 海氷減少 引 起 遠隔大気応答 あ

考え い (Honda et al., 2009) 海氷減少 大気中 水蒸気 増

大陸 降雪 増 積雪面積 拡大 Liu et al., 2012 ^積雪面積

増 大気 層 冷却 強 中緯度 寒気 強 大気 環場 形成

Cohen et al., 2012; Orsolini et al., 2013 成層圏 海氷減少 伴う大気応

答 引 起 対流圏 大気 環場 影響 い 指摘 い

(Jaiser et al., 2013, Nakamura et al., 2015) ン 海 海氷減少 大陸 寒冷 関

い 他 様々 要因 提唱 高緯度 中緯度 相互作用

知 い (Vihma, 2014) ^{乱流熱 増 伴う大気応答}

指摘 い 用い 実験 冬期 大気応答 局所的 海氷減少 強 く依 い 示 (Rinke et al., 2013)

高緯度 大気 環場 変 極域 海氷減少 く 中緯度 大気 環場

や海水温 変 影響 い 考え ン 半島 空

弱く ン や 気 少 く ン

半島 高 偏差 西 や 寒気 形成 指摘 い

Bueh and Nakamura, 2007 ^{大西洋 高気 形成や 気 強度}

大陸 寒気形成や水蒸気 水 移流 関 大陸 河川 流 変

引 起 指摘 い Zhang et al., 2012 , Gerber et al., 2014 Screen et al. (2012) 極以外 領域 SST 変 伴い 極 熱輸 増

気温 昇 い 示 Peings and Magnusdottir (2014) 大西洋 海

洋 生 大西洋数十 間規模振動 AMO 寒気 形成 大西

洋振動 NAO 行 い 明 NAO 大気 環場 変

生 熱帯 水温偏差 関 あ 海洋 水温 布 変 伴う大

気応答 要 あ 示唆 い (Ding et al., 2014) 大西

洋領域 大気 環場 変 ン 海 海氷減少 関連性 未 明

い い 大西洋領域 大気 環場 海洋 環 変 密接 関 中

緯度海洋 布 変 関 い 考え

1-5 本 究 目的

究 極海全体や季節毎 降水 変 議論 領域毎

や 議論 行わ 海氷減少 降水 増 関 指摘

い 毎 海氷消滅 面積や海洋 蒸発 異 降水 変 寄

大 く変動 降水 増 海洋 蒸発 く 水蒸

気 水 移流 影響 中緯度 影響 含 議論 行う必要 あ

本 究 各領域 見 降水 長期変動 着目 降水 変

引 起 要因 明 降水 変 海氷 積雪深変 や

海氷成長 影響 調

2 章 ^{本 究 用い や 細 い 説明 行う} 3

章 再解析 用い 極海全体 降水 や積雪深変 変

引 起 要因 明 章 極海 太 洋側 大西洋側 類

各領域 生 い 降水 着目 _{5 章} 降水 増 増え 積雪深

海氷形成や成長 え 影響 議論 結果

第 2 章 使用

章 本 究 使用 観測 再解析 将来予測出力 や

数値 細 説明

2-1 再解析 ^次元海氷

大気や海洋 海氷 水 方向 変動 解析や 現象 比較 行う

National Centers for Environmental Prediction NCEP Climate Forecast System Reanalysis CFSR 再解析 Saha et al., 2010 ^中期予 報 ン ERA-Interim Dee et al., 2011 用い CFSR 再解析

NCEP ^{大気海氷海洋結合 用い 開発} 大気 気温 混合比 風 気

降水 く海氷 海洋 表面水温 積雪深 海氷厚 海氷密接度

出力 い 他 再解析 例え ERA-Interim Dee

et al., 2011 や気象庁 JRA-55 Kobayashi et al., 2015 ^{異 あ}

特 海氷 移動 度や海氷 積雪深 出力 い 全球再解析 _CFSR

あ 積雪 海氷成長 関 ン 後述 海氷

Winton 1999 ^{計算 い 出力解像度} _{0.5 × 0.5} ^o CFSR:T574L64 他 再解析 ERA-Interim:T255L60; JRA-55:T319L60 ^{高解像度 あ}

1979 1 2011 3 6 時間毎 利用可能 2011 4

以降 様 準 運用 い _CFS

Version 2 (CFSv2) 用い (Saha et al., 2013) Ice Mass Balance IMB

比較 各時刻 置 近い 点 選出 均 行

海氷 積雪深 海氷 熱伝 影響 考察 _CFSR 用い い ₃

層海氷 理解 く必要 あ 本 究 様々 初期条件 境界条件

感度実験 行う ン 使用 様 構築

1 層 雪 2 層 海氷 構成 2.1 ^{海氷間や海氷 雪 間 熱}

伝 や雪 氷 変わ 過程 考慮 い Winton, 1999 ^表面

熱 支 大気 熱 Fs え 雪 海氷間 熱伝 考慮 必

要 あ 海氷 底 海洋-海氷間 Fb ^{層目 海氷}

Ts 表面温度 T1 T2 層目 海氷 温度 Tf 海氷 結氷温度 hi 海 氷厚 K1/2 Ki 海氷 雪 海氷 士 熱伝 数 示 い _{Ms Mb} 表

面や海氷 冷却 方向 負 い

Mb 負 2 層目 海氷 成長 始 成長 以

式 表

Δh2= MbΔt / E2 (Tf,S) E2 (T,S) = C ( T + μS ) − L

E2 氷 ン C 氷 熱容 S 海氷 塩 L 融解潜熱

示 い

方 _{Ms や Mb} 正 雪や海氷 各層 融解 始 雪や海氷 質

支 変 以 式 表 Ms 正 場合 表面 融解 生

各層 以 示 う 減少

雪 融解 厚

�ℎ� =   −���{ ^Ms Δt

L ^{, hs }}

層目 海氷 融解 厚

�ℎ1 =   −���{max ^{����– �ℎ�}

−� �1, � ^{, 0 , ℎ1 }}

層目 海氷 融解 厚

�ℎ2 =   −���{max ���� − �ℎ� + �(�1, �)ℎ�

−�2 �2, � ^{, 0 , ℎ2 }}

Mb ^{正 場合 海氷 底 融解 生 各層 以 式 示 う 減}

少

層目 海氷 融解 厚

Δh2 =   −min { ^MbΔt

−E2 T2, S ^{, h2}}

層目 海氷 融解 厚

Δh1 =   −min {max [ MbΔt + E2 T2, S h2

−E T1, S ^{, 0 ], h1}}

雪 融解 厚

Δhs =   −min {max [ MbΔt + E2 T2, S h2 + E T1, S h1

L ^{, 0 ], hs}}

海氷 成長や雪 海氷 融解 え 雪 氷 変わ 雪 過程

考慮 い 雪 海氷 積雪 海水 沈 込 氷 形成

氷 極 く 極 Massom et al., 2001 や 海 Ukita et al., 2000; Toyota et al., 2007 形成 従来海氷 積雪 海氷成長 抑

制 断熱作用 考慮 海氷 部 形成 雪

影響 無視 い 雪 過程 考慮 雪

形成 場合 以 式 示 う 増減

雪 減少 厚

Δhs =   −max [ hs – ^{ρw − ρi}

ρs ^hi

ρi

ρw ^{, 0 ]}

海氷厚 減少 厚

Δhi =   −max [ hs – ^{ρw − ρi}

ρs ^hi

ρs

ρw ^{, 0 ]}

ρw ρi ρs 海洋 海氷 雪 密度 表 全 考慮 海

氷 成長 や融解 決定 用い 雪 割合

考察

CFSR ^{現象 再現性 比較} ERA-Interim ^用い

1979 〜2014 6 時間毎 出力 大気や降水

使用 海氷や海氷 積雪深 出力

CFSR ^{比較 い 解像度} 0.75まェ0.75ま 比較

的高解像度 あ 計算時 解像度 T255L60 格子間隔約 80km CFSR T574L64; 格子間隔約 30km や CFSv2 T382L64; 格子間隔約 38km 比

少 粗く 現象 降水 再現 い い可能性 あ

2.1 本 究 用い 次元 層海氷 層 雪 層 海氷 概略

Fs 表面熱 支 Fb 海氷 底 熱 支 Ts 表面気温 Tf 海洋 結 氷点 T1 層目 海氷 温度 T2 層目 海氷 温度 K1/2 雪 海氷 熱伝 数 Ki 海氷 士 熱伝 数 hs 積雪深 hi 海氷厚 引用元 Winton, 1999

2-2 Ice Mass Balance

極海 海氷や海氷 状態 把握 CRREL (Cold Region Research and Engineering Laboratory) Ice Mass Balance (IMB) ^開発 多 氷 設置 い (Perovich et al., 2015) IMB 気 計や GPS

搭載 海氷や積雪深 測定 超音波距 計 雪や海氷 温度 測定

ン 併設 い _2.2 温度 解能 _0.1℃ 雪や海

氷 内部 10cm 毎 観測 行わ い 設置前 初期 海氷厚 積雪深 測定

超音波距 計 雪面や海氷底 距 観測 成長や融解 算出

衛星通信 通 _{1 時間毎} 信 い _IMB

1999 以降 毎 海氷 設置 観測 春 秋 始 6 ヶ

〜1 間 得 い 観測 毎 公開 以

得 (http://imb.crrel.usace.army.mil)

IMB 通常 極海 「 経路 多く 海峡

通過 ン ン 海付近 到 _2.3 う

流 合わ 多島海 海 移動 停留

領域毎 中央 極海 海 類 比較 行う

積雪深や海氷厚 観測 時的 積雪

深 変動や海氷 束 海氷厚 急激 変動 空間的 均 性 含 い

海氷や積雪 融解 観測器 傾斜 品質 い場合 あ

本 究 海氷厚 積雪深 大 誤差 含 除外 通 十

得 い 個 選出

2.2 IMB 測器 概要 A: GPS 気 計 B

ン C:温度計 D E 海氷や積雪深 測定 音波計 F 海水温度計 引用元 http://imb.crrel.usace.army.mil

2.3 本 究 使用 IMB 軌跡 色 各領域 赤 海

青 中央 極海 緑 他 10~12 軌跡 示 い

「-」 い 極航海

海洋 究開発機構 海洋地球 究船 い 用い 極航海 1重重重 以降

1重重重, 「000, 0「, 04, 06, 0里-10, 1「-14 実施 11 蓄

積 い 「.4 以 公 開 い

し図図た野//与与与.ざぞこa続.一am囲図ご続.ざぞ.一た/一mごこじa/たぞ三図aせ/一/じそこごで.し図mせ い

ン 観測 え や海 気象 海洋 観

測 常時行わ い 表 「.1 ン 観測 充填

気球 型軽 観測器 付 攡球 大気 鉛直構 約 「 時間

高度約 「0丁m 観測 観測器 違５S 搭載 気

気温 度 情報 く 風向や風 算出

雲 雲底高度 測定 測器 方 雲 向 出

射波や散乱強度 捉え 後方散乱波 得 時間差や強度 雲底高度 知

い （ ン 搭載

降水粒子 射強度や 度 観測

い 搭載 い 「01」 極航海時以降 斎型

新型 測器 更新 い 測器 雲 検知感度 異 い 可

能性 あ 過去 搭載 い 斎型 比較 行う必要 あ

斎型 新型 雲 検知感度 い 調

ン 算出 雲底高度 比較 行 雲 領域 度 高く

ン 観測 度 高い領域 度 100%以 雲 仮定

比較 「.5 「010 以前 「01」 以降

ン 観測 雲底高度 度 布 示 い 「010 以前 雲底高

度 比較 0.5丁m 1.0丁m 付近 雲 約 5% 誤差 あ 概 割合 い 「01」 や 「014 「010 以前 比

ン 最 層 0.5丁m 以 雲 発生割合 差 大 く い 新型

雲 検知感度 く 斎型 比 雲底高度 い雲 く捉え

傾向 あ わ

（ ン 対象 降水粒子 度や 射強度 」

次元構 観測 」0 度実施 広域 ５５I

域 ５５I 狭く 半 160丁m ン 仰角 各 異

い 表 「.「 方 湿HI ン 任意 方 角 設定 仰角方向 0〜

60 度走査 度や降水 鉛直構 観測

本 究 海氷 減少 海面 発生 雲 雲底高度 調

い 極航海 得 過去 海氷 得 比較

行う 比較 海氷 1重重7〜1重重里 実施

あ SH分BA 観測 URL:https://www.eol.ucar.edu/projects/sheba/ や斎 URL:http://nsidc.org/data/docs/daac/nsidc0060_soviet_rawinsonde.gd.html

海氷 実施 ン 観測 使用 「01」 観測 強い降

雪 伴う降水 海氷縁付近 観測 や

ン 観測 用い 降水 構 や発生 明

ン 型番 設置場所

風向 風向風 計 K分-500 電気 業 。「4m週

温度 温 計 H２５45A ；aじ囲aせa ン 。「0m週

度 温 計 H２５45A ；aじ囲aせa ン 。「0m週

気 気 計 ２ぞこごせ-」70 Sご図三a Sと囲図ごm ン 。1」m週

短波 短波攡射計 ２S-里01 英弘精機 。「里m週

長波 長波攡射計 ２S-「00 英弘精機 。「里m週

水温 水温計 湿達３1-0 電気 業 船首。-4.5m週

雲底高度 （９-「5K -「01「

（１51 「01」-

；aじ囲aせa ン 。「0m週

高層気象 ン ）じざじ（４湿A ２放「1。「004-`11週

）じざじ（４湿A ２放」1。「011-週

；aじ囲aせa 攡球 ン

降水強度

度

湿（-5「B 菱電機

表 2.1 い 搭載 い 観測機器

仰角 総数 1999 0.7, 1.4, 2.2, 3.0, 4.0, 5.0, 6.0, 7.1, 8.2, 9.5, 11.0, 12.5, 14.5, 17.0,

20.0, 24.0, 30.0

17

2000 0.7, 1.4, 2.1, 2.9, 3.8, 4.8, 5.9, 7.0, 8.1, 9.3, 10.6, 12.1, 14.0, 16.0, 19.5, 23.5

16

2002 0.5, 1.2, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0, 9.0, 10.2, 11.3, 12.8, 14.6, 16.6, 18.9, 21.6, 25.0, 29.0, 34.0, 40.0

21

2004 0.5, 1.2, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0, 9.0, 10.1, 11.3, 12.8, 14.6, 16.6, 18.9, 21.6, 25.0, 29.0

19

2008 0.5, 1.0, 1.5, 2.1, 2.8, 3.5, 4.3, 5.1, 5.9, 6.8, 7.6, 8.5, 9.4, 10.4, 11.5, 12.7, 14.0, 15.5, 16.8, 18.8, 21.3

21

2009 0.5, 1.0, 1.5, 2.1, 2.8, 3.5, 4.3, 5.1, 5.9, 6.8, 7.6, 8.5, 9.4, 10.4, 11.5, 12.7, 14.0, 15.5, 16.8, 18.8, 21.3

21

2010 0.5, 1.0, 1.5, 2.1, 2.8, 3.5, 4.3, 5.1, 5.9, 6.8, 7.6, 8.5, 9.4, 10.4, 11.5, 12.7, 14.0, 15.5, 16.8, 18.8, 21.3

21

2013 0.5, 1.0, 1.5, 2.1, 2.8, 3.5, 4.3, 5.1, 5.9, 6.8, 7.6, 8.5, 9.4, 10.4, 11.5, 12.7, 14.0, 15.5, 16.8, 18.8, 21.3

21

2014 0.5, 1.0, 1.7, 2.4, 3.1, 3.8, 4.6, 5.5, 6.5, 7.6, 8.9, 10.4, 12.0, 13.8, 16.0, 18.3, 21.0

17

表 2.2 測定仰角

2.5 黒 や ン 灰色 観測 雲底高度 度 布 0.5km 毎 雲底高度 類 a 1999 〜2010 b 2013

〜2014 い 極航海

2.4 各 い 極航海 航路 示 い 黄緑 実線 2010

実施 集中観測 観測 ン 西経 162ま 青丸 _{SHEBA 1998} 緑 角 North pole 海氷 ^{ン 均 置 示 い 海氷密} 接度 色 衛星搭載マイクロ波放射計（AMSR-E）による 2010 ^{9 24}

日 使用 い

2-4 線形傾 LBM

本 究 水温 布 変 引 起 熱源変動 対 大気応答 調

線形傾 Linear Baroclinic Model ^用い Watanabe and Kimoto, 2001

LBM 非線形球面 線形 用い 対象 領

域 強制力 対 大気応答 調 _X 予報変数 あ 渦度

ζ 発散 _D 気温 _T 表面気 _P 含

d

dt X + L + NL X = F

表 _{L NL} 線形 非線形力学演算子 表 い _F

強制力 あ 本 究 非断熱 熱 用い X _{基本場 X} 摂動 X^`

X= X + X’ ^{定常状態 問題 考え 非線形部 無視 基}

本場 わ 線形

LX′＝F′

表 _L 基本場 関数 書 換え

X

＝L

F′

強制力 F’ え 強制力 対 大気応答 X’ 調

LBM ^{用い 表面熱 熱源}

変動 対 大気応答 計算 解像度 _{T42L11 基本場 CFSR}

求 12 気候値 1979-2014 用い

日本 生 極端現象 対 熱帯 影響 調 気象

庁 採用 い 究 _CFSR 用い ₁₂ 気候 均場

適用 極や 大西洋領域 対象 数値実験 行 熱強制力 CFSR

再解析 計算 非断熱 熱 Q え _Q 凝結熱や攡射 熱

強制力 含 大気 熱 支 元 以 計算式 算出 Yanai et al., 1973

!

2-5 第 5 期結合 ^{相互比較計画} CMIP5

「01」 気候変動 関 攢府間 I５（（ 第 次評価報告書 A湿5 発刊

本 究 世界気候 究計画 第 期結合 相互比較計画 （２I５5

提出 将来予測実験結果 用い 将来 海氷厚や積雪深 調 特

表 「.」 示 5 将来予測 出力 用い 各 ₂₀₀₅ 現

気候 基準 ₂₀₀₆ 〜2100 代表的濃度 湿（５, 湿ごた三ご囲ごそ図a図じ不ご

（ぞそ続ごそ図三a図じぞそ ５a図し与aと囲 毎 計算 行わ い 湿（５ 酸 炭素 温室 効果 増 「100 攡射強制力 産業革 以前 比較 _{2.6 W/m}²

RCP2.6 4.5 W/m² RCP4.5 6.0 W/m² RCP6.0 8.5 W/m² RCP8.5 増

状態 長期安定 想定 い 本 究 計算 最 行わ

い 湿（５4.5 選択 「100 酸 炭素 約

5「5たたm 増 想定 計算 行 わ い

複数 将来予測 今後 温暖 行 極海 海氷 減少傾向 あ

予測 い Stroeve et al., 2010 ^{特 夏期 海氷減少 著 く 重 海氷}

」0 以内 消滅 予測 あ Wang and Overland, 2009

海氷減少 割合 各 計算 行う際 用い ン

い 将来予測 大 あ 要因 各

海氷生成過程 い 挙 例え National Oceanic and Atmospheric Administration NOAA 開発 Geophysical Fluid Dynamics Laboratory Earth System Model with Generalized Ocean Layer Dynamics (GOLD) component (ESM2G, GFDL_ESM2G) ^{計算 行う際 海洋}

（達S湿 様 用い 雪 海氷 変 雪 考慮 い

日本 開発 Model for Interdisciplinary Research on Climate

version 5 MIROC5 ^{他 過程 考慮 雪}

形成 い 雪 形成 通 海氷成長や形成時期 影響

海氷成長 や海氷 積雪深 影響 及 い 考え

解像度

BCC_CSM 1.1 Beijing Climate Center, Climate

System Model, version 1.1

T42L26

1まェ1/3まL40

CanESM2 Second Generation Canadian

Earth System Model

T63L35

1.4まェ0.9まL40

GFDL-ESM2G Geophycal Fluid Dynamics

Laboratory Earth System Model

with Generalized Ocean Layer

Dynamics (GOLD) component

90ェ144 L24 1まェ1/3まL50

MIROC5 Model for Interdisciplinary

Research on Climate, version 5

T85L40 1まェ1まL49

MPI-ESM-LR Max Planck Institute Earth

System Model, low resolution

T64L47

1.5まェ1.5まL40

MRI-CGCM3 Meteorological Research Institute

Coupled Atmosphere-Ocean

General Circulation Model,

version 3

T159L48

1.0まェ0.5まL51

表 2.3 本 究 用い 将来予測 解像度 黒 大気 青 海洋 水

鉛直 解能 示 い

第 3 章 海氷 積雪深 変

第 3 章 CFSR 再解析 ^{用い 極海 降水 や海氷 積雪深}

長期変動 調 海氷 積雪深 水 布 議論 用

確認 IMB 観測 CFSR 再解析 比較 行う 次

CFSR 再解析 ^{用い 海氷 積雪深や降水 長期変動}

変 引 起 要因 明

3-1 再解析 再現性

極海 多 氷 気象観測や海氷 状態 観測 設置 長期間

わ 得 い 斎 North Pole 海氷 ^ン

1937 ^{以降多 氷 観測 開始} 1954 1991 ^{海氷 積雪深}

観測 い (Warren et al., 1999) 1997 以降 海氷

CRREL ^設置 IMB ^{海氷 積雪深や海氷厚 観測 実施}

い 海氷 積雪深 緯度 時期 見 春 減

少 夏 最 秋や冬 降雪 増 春 再び最大 季節変動 あ

観測 長期間蓄積 い 水 布や長期変動 理解

十 言え 広範 変 議論 再解析 用い

必要 あ Blazey et al. (2012) 算出 積雪深 観測値

比 誤差 含 領域毎 誤差 大 う 指摘 い

特 極海中心や 多島海 観測 少 く 値 大 誤差

生 い NCEP CFSR 再解析 観測 込

品質 調 用 あ

CFSR 再解析 ^{積雪深や海氷厚 再現性 調 中央}

極海や 海 領域毎 類 領域 比較 行

行 究 述 通 _CFSR 観測 領域毎 中央 極海

海 誤差 大 い _{3.1 a,b} 海 夏

や秋 5cm 春や秋 10cm 誤差 あ 季節全体 誤差 比較的

く く再現 い 3.1 a 中央 極海 ^{誤差 大} く 3 や 4 20cm

以 誤差 生 い _{3.1 b} 観測 ₆ 雪 残 い 対

雪 全 融解 い 海氷 融解 影響 及 い 後 議論

CFSR ^{内 雪 密度 定 設定 雪 自 密度 増}

密 考慮 い い(CFSR team, 私信) 12 ^{両領域 観測}

積雪深 減少 い 対 CFSR 積雪深 増 い CFSR

海氷 積雪深 季節や領域毎 誤差及び大 い あ 観測 比較 わ

観測 _CFSR 統計的比較 行う 積雪深

作成 _{3.1 c} 観測値 対 _CFSR 相関 数 標

準偏差比 布 示 い (Tylor et al., 2001) 例え 極海中央 11 12

CFSR ^{相関 数} 0.7 以 ^{比較的高く い 青 数 標準偏}

差 い く 概 変動 あ 示 い 方 海

10 や 11 標準偏差 0.6 越え 相関 数 高い 赤い数 CFSR

標準偏差 観測値 対 く い 冬期 積雪深 誤差

く 相関 数 高い 広範 議論 行う 十 再現 い わ

海氷 厚 い 積雪深 様 解析 行い CFSR 再現性 検証

行 _{3.2 a-c} 海 観測 海氷 ₁₂ 〜5 徐々 増

6 9 急激 減少 季節変動 示 い 3.2 a

CFSR ^{再現 海氷厚} 8 1 ^厚く 3 6 ^徐々

融解 始 い _{5 8} 海氷厚 誤差 い 0.3m 以

海氷回 ン 斐く 冬 誤差 1m 越え 季節変

動 再現 い い 海氷 成長 点 見 夏期 氷点 近く 昇 海

氷 秋 初冬 熱 攡出 冷却 (Perovich et al., 2007; Steele et al., 2010) 結氷 初冬 始 CFSR 海氷 夏 成長 始

内 ン 斐期海氷成長 影響 い 示唆 第

5 章 議論 中央 極海 ^{観測値 比} CFSR ^{季節変動 く} 3.2 b

通 誤差 大 い 特 春 夏 生 海氷 融解 再現

誤差 冬 海氷 厚 影響 及 い 用い

統計的解析 比較的相関 数 高く 10 12 ^{中央 極海 海氷 標}

準偏差 あ わ 3.2 c 海 相関

数 高い 観測値 比 標準偏差 い 以 _CFSR 再現

い 海氷厚 相関 数 高い 海氷 厚く再現 水 布 議論

十 い

3.1 IMB CFSR a 海 b 中央 極海

海氷 積雪深 季節変動 灰色 比較 行 数 示 い

c IMB CFSR 横軸 観測 標準偏

差 規格 標準偏差 方 角 観測 相関 数 示

3-2 ^{極海 降水 積雪深 長期変動}

海氷 雪 _9〜12 急激 増 期間 降水 影響 大

い わ _{3.1 a,b} 秋や初冬 降水 変 や 変 引

起 原因 調 降水 熱輸 ン 示 3.3 a-c

10 ^{太 洋側 極海 広範 降水 増 見 降水 増 領域}

海氷 減少 い 海や東 海 海 海 海氷

減少域 隣接 海氷 広 い 領域 熱輸 正

ン 見 気 影響 い わ 大西洋側 極海

ン 海 除い 降水 増 特 ン ン 海 降水 増

顕著 あ 11 降水 ン ン 側や ン 海

海 海 極海中央部 増 い 海 側 熱

輸 増 領域 気 活発 降水 増 引 起

い 12 太 洋側 極海 熱輸 や降水 増 見 く

大西洋側 極海 気 活動 活発 海峡や ン 海 意

増 傾向 見

10~12 極海 広範 降水 増 海氷 積雪深増

示唆 前節 結果 _CFSR 積雪深 再現性 良く 水 方向 変

議論 十 用 あ わ い 秋〜初冬 海氷 積雪深

経 変動 降水 変 影響 調 10 ~12 積雪深 気 35 間

ン 示 _{3.3 d-f 10} 積雪深 海や ン 海 多

島海 負 ン 見 _{3.3 d} 海や 海

降水 増 傾向 あ 積雪深 減少 い 領域 海氷密接度

減少傾向 あ 海氷 消失 積雪 考え _3.3g

夏期 海氷消失域 海氷 形成 遅 直接海洋中 降雪 積雪深

減少 い 指摘 い Markus et al., 2009; Webster et al., 2014 方

多島海や 極海中央 海高気 強 降水 減少

海氷 積雪 減少 い _{3.3 d} 時期 大陸沿岸 海

氷密接度 少 く 海流や風 影響 海氷 動 や い環境 い Maslanik

et al. 2011 ^{領域 多 氷 減少 他 領域 著 い 衛星}

わ い 多 氷 夏 越 雪 減少 影響 い

考え

11 積雪深 海 側や 海 部領域 正 ン

見 _{3.3 e 11} 広範 海氷形成 始 海氷域 拡大

氷 積雪 生 い 太 洋側 極海 気 活動 活発

海や中央 極海 降水 増 _3.3b 海氷 積雪深増 生

い 3.3e 積雪深変 12 領域 見 11

変 翌 い _3.3f ン 海や 海 降水 増

い 積雪深 増 減少 い _{3.3h,i 10} 様

領域 海氷 形成 海洋中 直接降雪 い

あ

以 極海 _10~12 降水 増 海氷減少 影響

海や 海 限 領域 積雪深増 生 い

わ 太 洋側 極海 降水 増 ₁₀ 最 大 く ₁₂ 変

明瞭 領域 海氷密接度 変 様 傾向 見 海

氷減少 降水 変 影響 い 示唆 い 方 極海 大西洋側

12 ^{海氷 減少傾向 あ ン 海や 海峡 降水 増 い}

気 活動 活発 い や海氷減少 見 い ン ン 海

降水 増 い 水蒸気 水 移流 影響 い 考え

3.3 降水 ^{陰影 熱輸 実線} a 10 b 11 c 12 ^積雪 深 陰影 気 線 d 10 e 11 f 12 海氷密接度 g 10 h

11 i 12 ^{経 ン 黒点} 意水準 90%以 領域 示

3-3 降水 変動 各項 寄 率

太 洋側 極海 海氷減少域 気 強 や降水 増 生 い

領域 海洋 水蒸気供給 増 降水 増 影響 い 示唆

い Kurita, 2011 海洋 蒸発 変 く 水蒸気

水 移流効果 含 議論 行う必要 あ 降水 水 方向 移流や海洋

蒸発 大気中 水蒸気含 考慮 水 支式 用い 各項 寄 率 見積

降水 増 引 起 要因 調 以 式 用

い 大気 環場 変 や海氷減少 影響 考察

δQ/δt=T-(P-E)

Q ^{大気中 水蒸気} 1000-100hPa P ^降水 E ^{海洋 蒸発}

T ^{大気中 水蒸気 移流 示 い} Q ^{他 項 比 無視}

く 水蒸気 移流 他 項 見積 P= T-E; Bintanja and Selten, 2014 ^{究 極海} 3 領域 ^{ン 海} 緯 70ま以 東経

330-60ま 中央 極 緯 80ま以 海領域 緯 70ま以 東経

150-210ま 類 領域 降水 や蒸発 水蒸気 移流 寄 率

均 ン い 調 _{3.4, 3.5}

極海 領域 ₁₀ 降水 最大 _3.4 降水

対 蒸発 寄 割合 大 い 比較的海氷面積 い 10 降水

増 考え 降水 ン 領域毎 大 う 全領域

10~12 ^{増 傾向 あ} 3.5 ^{ン 海領域 他 領域 降水}

多く 蒸発 寄 率 高い 3.4 a,d,g 海氷面積 他 領域 少

い 海 水蒸気供給 寄 大 く い 水 移流 寄 率

増 傾向 あ 対 蒸発 寄 率 減少傾向 あ _{3.5 a,d,g}

降水 増 中緯度や他 領域 水蒸気 水 移流増 引 起

広範 議論 行う必要 あ 第 3 章 2 節 議論 極海中央部

蒸発 水 移流 水蒸気供給 寄 率 割合 い _3.4

結氷点 海洋 海氷 形成 始 夏期 海氷減少 影響 海中

貯熱 増 最近 10 や 11 海氷 少 く い 海氷減

少 海面 拡大 海 蒸発 増 特 ₁₀ 特徴 明瞭

い _{3.5 c,f} 海 含 太 洋側 極海 季節 行

海氷 形成 蒸発 減少 降水 変動 示 い

3.5 3.4 均値 ン mm/month / decade 変え

第 4 章 各領域 降水 変動

第 章 結果 極海 太 洋側 秋 海氷減少 局所的 降水 増

極海 大西洋側 冬 遠隔的 影響 降水 増 い 示唆

章 極海 太 洋側 大西洋側 類 各領域 発生 降水

着目 太 洋側 極海 _{1999 2014} 海洋 実施

い 極航海や 1980 代や 1990 代 海氷 実施 斎

海氷 ン 観測や SHEBA 観測 用い 海氷減少域 生 雲

や降水特性変 構 明 大西洋側 極海 再

解析 や数値 用い ン 海 海氷減少や総観 現象 変

引 起 降水 変 冬期 ン 海 海氷 何故減少 い 調

4-1 太 洋側 極海 特徴

4-1-1 海氷減少域 発生 ^{雲 特性変}

前章 示 う 海や 海 含 太 洋側 極海 海

氷減少域 水蒸気供給 増 降水 増 生 い 降水現象 雲 形成

密接 関連 衛星 や再解析 用い 行 究 海洋 雲

特性 変 い 指摘 い 再解析 や衛星

解像度や海洋 問題 あ 観測 実 基 い 議論 行う必要

あ い 極航海 用い 海氷減少域 発生 雲 特性 明

海氷 発生 雲 比較 行う

4.1a ^{各 や ン} 度 100%以 領域 雲 定義

観測 雲底高度 時系列 示 い 各 9 前半 層付近 発生

雲底高度 い雲 多く 霧や 極層雲 う 層雲 卓越 い 方 ₉

中旬 徐々 雲底高度 高く ₉ 旬 ₁₀ 雲底高度 高い雲

多く い 4.1b 海面水温 SST, 赤 海 気温 Ts, 青 時系列

示 い _Ts 期間 _SST く 気温差 _2℃以 い

う 霧や 極層雲 層 卓越 い 4.2a; Intrieri et al., 2002 ^海氷

減少域 実施 い 観測 海氷域 比 0.3km 以 雲 減少

高い雲 発生 度 高く い _4.2b 特 _0.3〜0.6km 雲底高

度 持 雲 発生 度 増 最 高く い わ 再解析

用い 行 究 指摘 い う 海洋 熱攡出 対流 強

雲底高度 高く 考え Schweiger et al., 2008 4.1a 4.1b

温度差 大 く 時期 雲底高度 高く 時期 時 あ 温度差

雲底高度 影響 い 示唆

雲底高度 高い雲 発生 環境場 調 ₂₀₁₀ 極航海 観測

雲底高度や SST 気温 温度差 散布 示 _4.3 暖気移流

海洋 温度差 い 表面付近 発生 霧や 極層雲 多く 雲底高度

い雲 卓越 い 海氷 寒気 流入 海洋 温度差 大 く

海洋 発生 雲 雲底高度 高く _300m 高い高度 雲底 持 雲 発

生 い 雲特性 い 2010 西経 162ま ン 間毎 IOP

:2010 9 13~14 日 IOP :9 27~28 日 IOP 10 10~11 日 ^実施

3 回 集中観測時 ^{明瞭 見} 4.3 ^写真 3 回 集中観測時 船

影 船首方向 様子 示 い IOP 気温 SST 差

く 表面付近 雲 多い霧 う 雲 発生 い _4.3 方 _IOP

や 風 寒気流入 温度差 大 く 雲 少 く雲底高度 高

い対流性 雲 発生 い 4.3 中 4.3 散布 布

整合的 あ 温度差 大 く 対流性 雲 発生 や く 特 温度差

3℃ 閾値 ^{変 や く い 温度差 大 く 海洋}

熱攡出 増 層付近 対流 強 示 い

海洋 熱攡出 対流混合 強 く 層付近 熱 温暖

引 起 い 考え 海洋 熱攡出 大気 層 え 影響 調

海氷 実施 ン 観測 い 実施 ン

観測 気温 鉛直 比較 _4.4a 海氷 観測

ン 近い緯度 比較 い 極航海 緯 75ま

以 用い 2000 代 温暖 1990 代 比較 高度 900hPa

以 層付近 明瞭 あ 中層付近 既 ₁₉₉₀ 代 温暖 始

温度差 見 対流圏界面や 層 表面付近

逆 海洋 気温 く 寒冷 い 4.4b 観測 行わ

領域 緯 75-82.5ま 東経 190-220ま 気温 ン 示 い 観測

様 表面付近 気温 昇 顕著 あ 対流圏海面 気温 減少

傾向 あ 以 海洋 海氷減少 海洋 熱攡出増 温暖

生 層 限 高度 顕著 あ わ

4.1 1999〜2014 緯 70ま以 a 黒線

ン 赤点 観測 雲底高度 b SST 表面気温 時系列 2010

実線 期間 3 回 集中観測期間 表 い

4.2 ^{や 黒色 ン 灰色 観測 雲底高} 度 度 布 0.3km 毎 雲底高度 類 a SHEBA 観測期間中 b 1999

〜2014 い 極航海 c 2013 い 極航海 割合 示 い

4.3 2010 実施 3 回 集中観測期間中 発生 い 雲 写真

2010 SST-Ts 雲底高度 散布 灰色 黒点

ン 観測 雲底高度 色 各集中期間中 雲底高度 示 い

4-1-2 2013 ^{観測 雲} 特徴

海洋 発生 雲 海氷 比 雲底高度 高く い い

極航海 観測 わ 特 ₂₀₁₃ 極航海 霧や層雲

発生 時折晴 間 見え 特徴 顕著 見 海洋

発生 い 雲 _0.3〜0.6km 発生割合 増 い 最 層 発生

割合 最 高い _{4.2b 2013} 発生 度 0.3km〜0.6km ^{雲 最 多}

く 最 層 発生 雲 高く い 4.2 c 2013 観測期間中

表面水温 気温 差 大 い状態 長期間持 層 混合 活発

雲底高度 0.3km 以 雲 発生 度 高く い 水温 気温差 大

い期間 多 他 様 特徴 見 他 要因 影響

い 可能性 あ

2013 ^{雲 発生 い 環境場 調} 4.5 2013 ^観測

雲底高度 気 海面水温 SST 表面気温 Ts 示 9 14 日

層 暖 い空気 流入 気温 大 見

4.5a SST Ts ^{温度差 く} 4.5 c ^{表面付近 発生 雲}

割合 多い 4.5a 方 9 14 日〜22 日 全層 風 卓越 海氷

寒気流入 気温 い 水温 温度差 次第 大 く 海洋

熱攡出 増 い _4.5d 大気 層付近 対流混合 強 発生

雲 雲底高度 高く い 4.5a 灰色 い 9 11 日 9

25 日 ^{海氷縁近く} 緯 72.75ま 西経 168.25ま付近 停泊 い 極

航海 初 定点 観測 実施 _4.6 定点観測 期間中 極

海 中央付近 強い高気 形成 高気 気 気 傾度 大 い領域

置 い い 風 卓越 い 定点観測後 ₁₀ 初旬

水温 気温 温度差 い 雲底高度 高い雲 観測 い 定点観測 後

半 4.7a や 気 4.7b い 接近

影響 雲底高度 高く 考え ₂₀₁₃ 集中観測中 卓越

い 雲底高度 高い雲 え 気 や 現象 影響 雲底高度 高

い雲 増 他 発生 度 布 異 い 考え

10 初旬 い 周辺 渦 う 雲 NOAA/AVHRR 衛星 複数確

認 い _4.8 い _{9 30 日} 定点 戻 _{10 1 日}

約 日間定点観測 行い 際 い 通過 渦 観測 成

地点 側 50km 以内 海氷 わ _{20 海} 約 37km 内

SST 約 3℃変動 い 海氷域 冷 い水 融氷水 流入

SST 勾配 強く い 考え い 空 通過 渦

9 30 日 19UTC ^{い 西側 強い 確認 い}

強い 西側 徐々 い 接近 10 1 日 03UTC

西側 束 生 _{10 1 日 05UTC} い 空 到

降水 直 約 30km 非常 い 射強度 _30dBZ

以 強い領域 あ 4.9a 短時間 強い降雪 い 船 約 5cm

積雪 生 い _4.10 度 水 布 高度 0.5km 断面

い 西部 束 い 様子 見 _4.9b

10 間 ン 最後 射強度や 度 鉛

直構 細 調 任意 方 角 断面観測 RHI 観測 入 い

渦 _{300ま方向 断面} 見 高度約 2km 強い あ _4.9c

層 側 高度約 2km 束 確認 4.9d 強い 束帯 対流

活発 局所的 強い降雪 考え

強い降水 鉛直構 や気象場 変 調 渦通過前後

や ン 観測 鉛直断面 海 気象観測 時系列 示

4.11 ^降水 9 30 日 19UTC ^{出現 高度 徐々}

増 _22UTC 高度約 3km 4.11a 20dBZ ^{越え 強い降水}

10 1 日 00UTC 05UTC 高度約 2km 見

観測時 降雪 生 い _4.11c い 強い 通過前後 高

気 西縁 置 東 東風 卓越 環境場 あ _4.8

高度約 2km 東 東風 観測 い 4.11a

05UTC ^{降水 観測時} 約 3mm 強い降水 観測 通過後 地

表面付近 風向 急変 い _4.11c ン 観測 度 通過

時 約 4km 高い領域 見 鉛直方向 広範 潤層 確認

通過後 層付近 度 雲底高度 急 昇 い

4.11b ^{時 向 長波攡射 通過後 急減 通過前後 約}

90W/m² 差 生 い 周 雲 減少 影響 い 考え

4.11d

極海 大陸 海洋間 く 海氷 海洋間 温度 ン 大 く

海陸風 う 風 環 形成 数値実験 確認 い Chu, 1986

風 環 海洋 熱供給 混合層 厚く 層 海洋 海氷 空

強 あ 海氷 海洋 風 対 摩擦 う 海氷縁 風 差 大 く 束発散 生 や い Brown, 1986 2013 い

極航海 強い降水 観測時 側 約 50km 以内 海氷

SST や気温 ン ^{大 く い 考え 特 高気 影}

響 海氷 向 持 的 風 い 強い気温傾度 影響 束 生 対

流 強 示唆 究 数値実験 用い

究 あ 現場 観測 用い 海氷縁付近 発生 降水

構 明 期

4.6 CFSR 2013 ^{い 極航海 定点観測期間中} 2013 9

11 日〜9 25 日 気 配置 風向風 海氷密接度 赤点 い 観測

点 示 い

4.7 NOAA/AVHRR 衛星 2013 9 24 日 00:11UTC 9 25

日 00UTC 雲画像 赤点 い 置 橙線 CFSR 海面気

4.8 NOAA/AVHRR 衛星 2013 10 1 日 02:15UTC 雲画像 CFSR

海面気 橙 風 矢印 赤点 い 置 赤線 衛星

搭載 攡射計 AMSR2 得 2013 10 1 日 海氷密接度 15%

4.9 2013 10 1 日 05:30UTC い 空

観測 高度 0.5km 渦 _{a 水 方向} 射強度 dBZ b

度 m/s CAPPI 画像 丸印 い 置 c d a b 300ま

方向 高度断面 度 暖色系 中心 い 遠 黄緑

中心 近 く風 示 い

4.11 a 観測 降水帯 強度 水 風 (b)

ン 観測 度 雲底高度 赤点 c

降水 風向 d 向 長波攡射

4-1-3 海氷縁 ^降雪強

2013 観測 強い降水 発生初期 構 調 束 強

始 _02:20UTC 用い

直 約 30km 降水 観測 い 西側 部 降雪 伴

う強い 出現 い _4.12a 時 般風 東 東寄 風

卓越 い 通常 度 水 布 い 西側 正 暖色

系 遠 方向 度 東側 負 度 寒色系 近 く方向

10 1 日 02UTC ^{西部 部領域 い 向 う風 出}

現 _4.12b 通過 _06UTC 束 持 い 部領

域 生 い 束 構 調 風向 変 始 時刻 降水帯 方 角

310ま方向 観測 ^{度 断面 示} 4.12d ^表面 1km

付近 中心 約 10km 正 領域 見 視線方向 対

い 方向 風 い い 中心 10km あ 負 領域 あ

い 向 風 く 束 生 い わ 方 10km

〜20km 再び正 領域 見 中心 方向 風 い い 方

向 射強度 断面 度 束部 射強度 強く

4.12c ^{強い降雪 生 い 考え}

RHI 観測 視線方向 度 観測 い 般風 仮

定 仰角 情報 用い 降水粒子 鉛直 度や水 度 計算 今回

般風向 RHI 観測 方 角 300ま ^{い 近似的 水 風}

布 判断 や い _4.12d う 度場 う 状況

形成 調 4.13 度 仰角 計算 鉛直 水

方向 度 示 負 度領域 降流 卓越 降雪

生 い 示 い _4.13a 層 昇流 形成

降雪粒子 成長 い 観測 霰 考え

4.10b ^{般風 影響 昇流領域 東 風 卓越 い 負}

度領域 西風 形成 束 生 い _4.13d

以 い 西部 束 生 昇流 降雪 伴う

降流 影響 RHI 観測 方 角 観測 ^{度 構}

析 用い 降水 着目 発生初期 気象場や発生

議論 行う 降水 発生時 気温 傾度 強い領域 い

置 東風 伴う暖気 海氷域 流入 い 領域

海氷 影響 _SST 傾度 強く 気温傾度 影響

強く い 温 高度断面 等温 線 側 傾い

暖気 側 寒気 乗 い 様子 見 _4.15a 暖気 乗 始

い 緯 73ま辺 層 束 生 層 昇流 卓越 い

CFSR 見 束や 昇流 構 02:20UTC 観

測 構 類似 _4.12d 様 降水強 生

考え 昇流領域 強い降水 生 _4.15c い

観測 強い降雪 整合的 あ

CFSR 海氷縁近く 暖気 昇 降水 発生

い 降水 い 通過後 _CFSR 海氷

確認 4.16a ERA-Interim 用い 時刻

着目 強い降水 確認 温 や風 鉛直断面 異 い

4.16c,d ^{特 風 非常 弱く 層付近 無風状態 あ}

再解析 全球通信 GTS 通 通報 ン

観測 い 観測点近く 非常 再現性 良く あ

CFSR ^{降水期間中 風 再現性 良} ERA-Interim

風 弱く再現 CFSR 見 暖気 乗 弱い

ERA-Interim ^{計算時 解像度} T255L60 CFSR T574L64 ^比

粗く 直 _30km 現象 再現 可能性 あ 今回 う 非常 規模

い 現象 議論 場合 再解析 解

像度 考慮 必要 あ

太 洋側 極海 海氷減少域 海洋 熱や水蒸気供給 増 海氷縁付

近 発生 降水 強い降雪 い い

観測期間 主 あ ₁₀ や 11 海氷減少域 様 降水

発生 い 考え ₁₀ や 11 降水 増 寄 海

氷 積雪深増 影響 い 示唆

4.12 2013 10 1 日 02:20UTC い 空

観測 高度 0.5km 渦 a 水 方向 射強度 dBZ b

度 m/s CAPPI 画像 丸印 い 置 c d a b 310ま

方向 高度断面 度 暖色系 中心 い 遠 黄緑

中心 近 く風 示 い

4.13 2013 10 1 日 02:20UTC ^{観測 度}

算出 a 鉛直 度 b 水 風 度

4.14 CFSR 2013 9 30 日 18:00UTC 降水 陰影 気 橙 風向 風 矢印 気温 点線 破線 4.15 や 16

示 断面 均領域 黒点 時刻 い 置

4.15 4.14 破線 領域 経度方向 均 CFSR 2013 9 30 日 18:00UTC a 温 黒線 鉛直 度 陰影 束 青線; ェ10⁶ 風 矢印 高度 緯度断面 b SST 赤線 海氷密接度 青線 c 降水

4-2 大西洋側 極海 特徴

4-2-1 暖冬 ^{寒冬 大気場} い

前節 太 洋側 極海 秋 降水 着目 海氷減少 関 や降

水 変 寄 い 議論 ン 海 含 大西洋側 極海 ₁₂

海氷 減少傾向 あ 降水 対 蒸発 寄 大 い _3.4g

ン 蒸発 寄 減少 水 移流 増 傾向 あ 太

洋側 状況 異 _3.5g 要因 ン 海 海氷減少

気 経路 い いう説 挙 Inoue et al., 2012 ^極

海 侵入 気 増 中緯度 極海 水蒸気移流 強 降水 増

引 起 方 ン 海 海氷減少 海面 拡大 熱供給領域

増 部領域 蒸発 大 く い Honda et al., 2009

海氷減少 気 経路 変 議論 変 引 起

海氷 降水 や積雪深 変 何故 ン 海 海氷 減少 い

明 い い ン 海 海氷 大西洋 海洋や大気 環 関 性

指摘 中緯度海洋 影響 含 広範 議論 行う必要 あ

ン 海 海氷減少や気温 昇 引 起 大気 環場 調

ン 海 入 口 置 ン 緯 74.62ま 東経 19.02ま

地 気温 着目 _{4.17a 12} ン 観測 地 気温

偏差 変動 示 い 得 http//:eca.knmi.nl ^究 12

ン 均気温 標準偏差 0.8 越え 選出 暖

い 暖冬 ; 1984, 2004-2009, 2011 ^{寒い 寒冬} ; 1980-1981, 1983, 1987-1989, 1995-1996, 2003 ^{定義 暖冬 暖 く 空気}

流入 1 日 最高気温 0℃ 越え 日 均 約 3 間あ 雲 多く

い 表 4.1 寒冬 _{0℃ 越え 日} く 暖冬 比

約 10℃ 均気温 く 暖冬 寒冬 い 海氷 無 いう

風系 支配 い う 見え 本 究 暖冬 寒冬

偏差 見 合成解析 行い 大気 環や海氷や海洋 布 い 調

4.18a 12 ^{暖冬 寒冬 気温 気 偏差場 示 い}

大陸 沿岸 高 偏差 ン ン 偏差 形成 ン

海や 海 等 線 間隔 狭く 風 卓越 い ン 海領域

海氷 風 影響 後 暖冬 顕著 減少 見 _4.17b

ン 海 気温 昇 海洋 乱流熱 増 原因 あ 指摘

い Honda et al., 2009 ^{ン 海や 海 暖気}

移流 卓越 気温 昇 引 起 い 4.19a 正 潜

熱 領域 ン 海 側 部 負 潜熱 領域 広範

見 _4.19b 海洋 熱 水 移流 影響 大 い わ

ン 海 隣接 大西洋 海洋熱輸 大 く 暖 い大西洋水

流入 影響 考慮 い Nakanowatari et al. (2014) CFSR

再解析 用い ₁ 前 亜表層 水温 ン 海 海氷面積 関 あ

示 大西洋起源 暖 い水 ン 海東部 移動 初冬

海氷生成 抑制 風 相関 高く 海洋 大気 方

ン 海 海氷面積 影響 い 指摘 い 以 海洋

影響 く 風 ン 海 海氷減少 引 起 い

わ

海氷 大気 環 形成 原因 調 暖冬 気

経路 着目 ン ン 偏差 形成 4.18a ン

ン 東側 海峡 熱輸 や降水 増 い _{4.19 c} 中

央 広範 降水 や 熱輸 負偏差 見

ン 海 通過 気 経路 大陸 到 気 数 減

少 い 示 行 究 整合的 あ Inoue et al., 2012

気 経路 変 中央 極海 降水 増 増 海峡や ン

海 側 海氷 積雪深 増 い 4.19 d 領域 降水

ン 対 水蒸気 水 移流 影響 大 く _{3.5 g} 気

中緯度 移流 増 い 整合的 あ 方 ン 海 側

部 乱流熱 増 海洋 蒸発 増 示 い

暖冬 風 海氷 後 寒冬 海氷密接度 100%

領域 海氷 減少 海面 拡大 影響 考え

降水 や 気 経路 変 大西洋 側 確認 4.19 c 中

緯度海洋 影響 い 考え ゆえ ン 海 海氷減少

引 起 大気応答 海や 流 置 海域 引 起

い 示唆

雲 均気温 風 風向 最高気温 0℃越え 日数

暖冬 80.8％ -1.3℃ 7.8 m/s 148ま 20 日 寒冬 54.0％ -11.2℃ 8.2 m/s 113ま 4 日

表 4.1 暖冬 寒冬 均気温 雲

4.18 暖冬 ^寒冬 a 気温 陰影 ^{気 偏差 線} b 高度場偏差

示 い 矢印 波 活動度 黒点 意水準 95％以 領域

4.19 暖冬 ^寒冬 a 950hPa 気温 ^移流偏差 b 潜熱 ^偏差

c 降水 陰影 熱輸 線 d 海氷 積雪深 偏差 示 い

黒点 意水準 95％以 領域

4-2-2 ^{流 水温 布変 大気} 影響

300hPa 高度場 ン 海 正 偏差 大陸 負 偏差

見 _{4.18 b} 行 究 指摘 い う 波伝

ン 海 大陸 生 い 考え Honda et al.,

2009 300hPa 高度 波列 ^{流 米東海岸 見 い}

波 伝 示 波 活動度 (Takaya and Nakamura, 2001)

米東岸 ン ン 部 ン 海 経 大陸 い

中緯度 波源 い わ 波列 ン 半島付近

高度場偏差 形成 西大西洋や中央 逆 高度場偏差 形成

ン ン 類似 や 温度や降水

変 い 考え Bueh and Nakamura, 2007 ^{大西洋 水}

温 布変 高度場偏差 生 表面付近 大気 環 変 引 起

極 温暖 大陸 寒冷 空間 ン 形成 い 可能性 あ

大西洋領域 流 暖流 東岸 流 強

い SST 傾度 持 い 表面 風 束 起 強い対流 大 解攡

凝結熱 大気 環場 大 く影響 い Minobe et al., 2008 特 冬 大

陸 冷 く 流 間 大 温度 ン 生 気温傾

度 他 季節 大 く 大気 環 要 変 可能性 あ

例え 12 流 水温 流 気温 く

海や ン 海 _950hPa 気温 強い正 相関 見 _{4.17 c}

大陸 気温 負 相関 見 極 暖 く 大陸 冷

く 極温暖 大陸寒冷 ン 似 気温 布

流 暖 い海流 形成 大気応答 両領域 気温 布 引 起 い

示唆 い 通常冬期 東海岸 東側 高 偏差や

ン ン 気 影響 大陸 寒気 流 暖 い海水

流入 い _4.20 海洋 寒気流入 抑制 海洋

熱供給 変 大気 環場 影響 い 可能性 あ

流 変動や大気 影響 調 大西洋領域 SST

や大気 鉛直構 調 流領域 暖冬 _SST 高く

特 流軸 沿う領域 明瞭 い _{4.21 a} 潜熱

偏差 SST 偏差 水 布 異 沿岸 東側 広範 負 偏差

見 通常冬期 領域 西 向 風 卓越 い

4.20 ^{高 偏差 風 陸 蓄積 寒波 流出 弱 海洋 熱攡出}

抑制 い 4.21 b 流 SST 昇 暖 い水温 持

軸 引 起 い 指摘 い Wu et al., 2012 4.21d

流 SST 布 示 暖冬 SST 緯 41ま以

高く 水温 高い 軸 い わ _SST

傾度 暖冬 _3.3℃/100km う 寒冬 _2.9℃/100km 比 強く

流 強 考え SST 傾度 変 大

気中 気温傾度 強 大気 環場 影響 SST や SST 傾度 高く ^領

域 昇流 強 特 700-900hPa 付近 強い 昇流偏差 見

4.21 c 層付近 雲や降水 形成領域 変 大気 熱

領域 変 考え _4.19c 大西洋領域 気 経路

降水 増 領域 側 移動 い 大気 熱領域 変動

い 示唆 い 故 流 高度場偏差 流

軸 気 経路 降水帯や雲 形成領域 変

引 起 い 可能性 あ

4.20 流 SST 色 気 線 風 矢印 気候値 1979-2014

4.21 暖冬 寒冬 a SST 偏差 b 潜熱 陰影 10m 風 矢印

偏差 c 鉛直 度 偏差 示 ^{い 黒点} 意水準 95％以 領域 _{d b} 黒

い四角 経度方向 均 緯度方向 SST 示 い 赤線 暖冬 青線 寒

冬 均 SST 橙 紫 全 暖冬 寒冬 SST 示 い