1

極域海洋→地球温暖化の高感度域→全球への影響

• 北極海の海氷の激減→夏には海氷がなくなってしまう？→温暖化を加速する？

• 北大西洋深層水の低塩化→熱塩循環が弱まってしまう？

• 南極底層水の低塩・低密度化→熱塩循環が弱まってしまう？

• オホーツク海での海氷生産減少→北太平洋の中層循環が弱まってしまう？

正の

ﾌｨｰ

ﾄﾞﾊ

ﾞｯｸ

中深

層水

の形

成

北極海海氷厚分布

南極大陸氷床厚分布

単位ｍ

３ｋｍ

太平洋側 大西洋側３ｍ

Newton

2005年北極海横断航海データ

3

2

1

(m)

by K. Shimada

2

http://www.ijis.iarc.uaf.edu/cgi-bin/seaice-monitor.cgi?lang=e

第一期水循環変動観測衛星「しずく」（GCOM-W1）

1979年から2012年までの9月の北極海の海氷面積[単位：百万km2]

2012年9月16日 349万km2

700万km2

50万km2/decade 150万km2/decade

オレンジ：2000年代の平均

紫：2012年9月の最小白：2013年の9月

北極海の海氷の現状：夏季の面積が激減している

日々の海氷のモニターは日本の人工衛星センサーAMSR2が担っている！

海氷の厚さ

1958-76 1993-97潜水艦ソナーの観測

Rothrock (1999)

北極の海氷(衛星と潜水艦の観測）面積・厚さとも減少(面積は特に夏）

面積は10年で約10%の減少この10年での減少大

実際の海氷面積

数値モデルによる予測幅

NSIDCによる

北極海の海氷の現状： 予測より早い減少、厚さも減少

北極海の夏(9月)の海氷の拡がり（1900-2100）

3

NASA Goddard Institute for Space Studies GISS Surface temperature analysis web site (http://data.giss.nasa.gov/gistemp/)

90N-23.6N

23.6N-23.6S

23.6S-90S

20051900 2000

20001900

地球シミュレーターによる温暖化予測実験

(2071～2100平均気温)－(1971～2000平均気温)

北極域が特に昇温 正のフィードバック効果北極の海氷が減少

→アルベド低下 → 日射の吸収大→融解促進

→海氷の断熱効果減→海からの熱→大気を加熱

4

海氷面積が減少（開水面の割合が増加）

海洋表層での日射の吸収が増加 暖まった海によって海氷融解を促進

低アルベド(~0.07)

高アルベド(~0.7)

底面融解

側面融解

Sea ice

Ocean

（海氷・海洋）アルベドフィードバック効果とは●アルベドとは、日射に対する反射率。●海氷は、通常白い雪が載っているため、日射の６～７割を反射する。これに対して、

開水面は黒っぽいため日射の１割しか反射しない。●一旦何らかで海氷面積が減少すると、開水面は日射の反射率（アルベド）が低いため

多くの熱を海が吸収する。その海の熱によって海氷融解が加速され、ますます開水面、日射の吸収が増え、さらに海氷が減少する、という正のフィードバック効果。

●この効果によって北極海は温暖化の影響を最も受ける（加速する）と言われている。ただし、その定量的な理解は十分になされてはいない。

1990 20001980海氷密接度

1980 1990 2000海氷運動のcurl

9月の海氷密接度変化 →[1998-2003年]-[1979-1997年]

5

2006/2007冬の平均海氷速度海氷速度の強化

海洋力学高度（地衡流線）

2002-2006

2008

by K. Shimada

6

北極・夏の海氷の激減のメカニズム

• 熱力学的：アルベドフィードバック効果

多くが定性的な議論が→定量的な議論へ

海氷・海洋結合システムとしての理解

• 力学的：風応力→海氷運動→海洋運動

→海氷運動

北大西洋深層水の変動FS

C-O

verf

low

DS-

Ove

rflo

w

DS-Outflow

FSC-Outflow

Dickson et al. (2002, Science)

1970年代からNADWの流路での塩分が、おおよそ 0.01 per decade（もしくはそれ以上）の割合で、広い範囲で減少し続けている。

⇒ NADWの継続的な広範囲での低塩分化

Denmark Strait Outflow (DS-Outflow)一様な塩分減少傾向と共に、海氷輸送量変動に伴う比較的短期の変動が見られる

Faroe-Shetland Cannel Outflow (FSC-Outflow)一様な塩分減少傾向が見られる。Iceland付近ではより強い低塩分化の傾向も見られる。

20001965

7

北大西洋深層水の変動大西洋西部での1955-69と1985-99の間の塩分比較

低塩分化・低温化したLSW,NEADW,DSOWが北緯40付近まで広がっている。

Curry et al. (2003, Nature) (1985-99)－(1955-69)の塩分差

大西洋全体で見ると、・25S以南の海域で

低塩分化が見られる。・熱帯、亜熱帯域表層水の

高塩分化も顕著である。

JAMSTEC菊地さんのスライド

平均塩分断面

表面塩分

塩分ﾄﾚﾝﾄﾞpsu/50-yr

蒸発－降水

Durack and Wijffels(2010)

降水過剰域（両極側）での低塩分化と、蒸発過剰域（熱帯・亜熱帯）での高塩分化

Global Warmingに伴う全球的な水循環の活発化

8

北大西洋深層水の変動と関連して…

Hansen et al. (2004, Science)

低塩分化

蒸発量の増加 降水量の増加

?

Global Warmingと全球的な水循環の変化の影響

JAMSTEC菊地さんのスライド

北大西洋深層水の変動と関連して…

Holliday et al. (2007, CLIVAR Exchange)より左：観測地点を示した地図右下：観測地点の地図地図の星印の観測点における

水温(左)と塩分(右)の時間変化

1990年代後半からの高温・高塩分化20001950

9

今後どうなる北大西洋深層水?

• 低塩化により深層水の生成が減少

→熱塩循環が弱化→停止

（ゆっくりとDay After Tommorrowへ）

• 高塩化した亜熱帯系水が北上し、

低塩化は止まり、深層水も元のように生成

1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005-0.75

-0.7

-0.65

-0.6

-0.55

-0.5

-0.45

-0.4

-0.35

-0.3

pote

nti

al

tem

pera

ture

1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 200534.63

34.64

34.65

34.66

34.67

34.68

34.69

34.7

34.71

year

sali

nit

y

低温化

淡水化

1970 2000

南極底層水の変質

Ozaki et al. (2009)

ロス海、オーストラリア－南極海盆における底層水の低塩化

Aoki et al.(2005)

ロス海の淡水化25Gt/yr200 m

500 m

水温

塩分

水温

塩分

アデリーランド沖 ロス海

1960 2000

淡水化

高温化

Kaneta & Aoki

10

(Rignot et al. 2008)

融解

(Chen et al., 2008)

From GRACE

氷床の速度などから推定重力の変化から推定

融解

(衛星ALOS等による)

4000m以下の熱量変化 (2000s-1990s)

Purkey & Johnson(2010)

南極底層水の割合大の海域ほど昇温化

南極底層水の昇温化・低塩化・低密度化

→ 底層水生成の減少 ?

→ 海洋熱塩循環の弱化 ?

→ 全球の気候のダイナミックな変化 ???

西南極での棚氷融解加速

11

オホーツク海の中層水の50年間の変化

水温

溶存酸素風上気温:+2.0°/50年海氷面積： -20% /30年

オホーツク海の海氷面積

オホーツク風上の気温偏差

27.0σθ面：300-500m

Nakanowatari et al.(2007)

中層水の50年昇温トレンド

水柱全体の塩分変化を淡水フラックス(m)に換算

塩分変化の断面図(1990-2009)－(1930-1980)

平均すると0.52mの淡水化

[ (1990-2009) - (1930-1980) ]

2期間の塩分差500mまでで平均∆S＝0.05 psu

12

(Kg m-2)年間の正味の塩分収支

海氷生成塩分供給

海氷融解淡水供給

海氷の輸送∥

淡水の輸送 塩分供給

淡水供給

海水の塩分：33psu

海氷の塩分:3-10psu

Nihashi et al. (submitted)

海氷生成 海氷融解

ブライン

塩分供給淡水供給

輸送

太平洋へ

(1930-1980)

塩分供給の減少

(1990-2009)

北西部のこの30年の低塩化（1m強の淡水化に相当）は海氷(淡水)の南部への1年間の輸送量（500km3）に相当

温暖化による海氷量減少↓

海氷による塩の再配分の作用弱化↓

母海水の低塩化↓

DSWの生成量減少・潜り込み弱化

年を越えて効く

13

オホーツク海からの鉄の輸送

KNOT

120゜E 130゜E 140゜E 150゜E 160゜E 170゜E 180゜60゜N

50゜N

40゜N

30゜N

20゜N

10゜N

0゜

120゜E 130゜E 140゜E 150゜E 160゜E 170゜E 180゜60゜N

50゜N

40゜N

30゜N

20゜N

10゜N

゜

KNOTKNOTBussol Strait

Bu

ssol strait

Dissolved Fe

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500

Distance (km)

5000

4000

3000

2000

1000

Dep

th(m

)

44 42 40 37.5 35 32.5 30 25 20 15 11.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

5.5

Bu

ss

ol s

trait

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

Distances (km)

1500

1000

500

0

Dep

th (

m)

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

5.5

6

6.5

7

7.5

8

8.5

9

9.5

10

オホーツク海 Western North PacificKNOT

120゜E 130゜E 140゜E 150゜E 160゜E 170゜E 180゜60゜N

50゜N

40゜N

30゜N

20゜N

10゜N

0゜

120゜E 130゜E 140゜E 150゜E 160゜E 170゜E 180゜60゜N

50゜N

40゜N

30゜N

20゜N

10゜N

゜

KNOTKNOTBussol Strait

ｵﾎｰﾂｸ

オホーツク海

Nakatsuka, et al. (2004)

高海氷生産

Nishioka et al., 2013

Iron

オホーツク － 東経155線での鉄の断面図

潮流&ブラインポンプ

Nakatsuka, et al. (2004)

鉄

鉄

鉄

鉄

アムール川

生物生産に不可欠西部北太平洋の高い

生物生産を支えている

海氷生成による重い水生成

中層への潜り込み

中層鉄仮説

巨大魚付林：アムールオホーツクシステム

温暖化

海氷生産量減少

中層循環の弱化

生物生産への影響?

鉄分の供給の弱化?