極域海洋 地球温暖化の高感度域 全球への影響ohshima/material/... · global...
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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
ドハ
゙ック
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
塩分トレンド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
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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
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(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
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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?
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