北極海ポリニヤ域における海氷生成量の衛星-モデル間比較

摘要

Winter sea ice production in the Arctic coastal polynyas was compared between a satellite microwave-based estimate and a pan-Arctic sea ice-ocean model. The Alaskan coast, Novaya Zemlya, and North Water were chosen as target regions in this study. The interannual model experiment showed high correlation of-sea ice production with the SSM/I-based variability from 1993 to 2013 in the Alaskan coast and Novaya Zemlya regions. On the other hand, the modeled production was frequently smaller than the satellite values. The modeling analyses suggested that offshore-ward sea ice transport and upward ocean heat transport were intensified in the same years, in the Alaskan coast and North Water regions. The wind stress with specific direction caused both the processes. Since the satellite algorithm used in this study did not include the ocean heat flux under sea ice, on which the wind-driven upwelling and turbulent mixing work, the improvement using open water mask was expected. For surface heat budget calculation, the model and satellite algorithm utilized different atmospheric datasets. Whereas the air temperature obtained from two major reanalysis data showed the close values in the Alaskan coast and Novaya Zemlya regions, the obvious temperature bias would be one of factors for an error in sea ice production in the North Water region. For further model improvements, the formulation of sea ice internal stress should be verified to more precisely represent polynya expanding processes. To update satellite algorithm, snow and fine-scale open lead would be key issues.%北極海の海氷は全球規模の気候形成に重要な役割を果たしており，熱塩循環に重要な北大西洋深層水の形成や温暖化増幅を考える上で海氷変動を無視することはできない。北極海の海氷は全体的に見ると1980年代後半以降に急激な減少トレンドを示しており，2000年以降は砕氷船でない船舶でも航行可能な北極航路(シベリア側の北東航路とカナダ側の北西航路)が夏季の数ヵ月に渡って開通する年も増えていることが衛星観測等から明らかとなっている。仮にこのまま北極海の海氷融解が進むと，北大西洋深層水の形成域に多くの淡水が供給されることで密度成層が強化され，深層水形成および全球熱塩循環が弱化するというストーリーを描くことができる。一方で水深の浅い大陸棚上で夏季の海氷面積が縮小すると，秋季の海氷生成がむしろ活発化し，鉛直混合も伴って高密度水の形成量が増加するという別のシナリオも存在する。北極海に限らず，海氷域には局所的に開水面が露出する「ポリニヤ」が存在し，風や海流によって形成される「潜熱ポリニヤ」と海洋から熱供給によって形成される「顕熱ポリニヤ」に大別できる。潜熱ポリニヤは主に沿岸域で沖向きの風が卓越する状況下でできやすく，厳冬期には大気海洋間の温度差が非常に大きくなるために海氷生成が活発に起こる。海氷生成は塩分の高いブラインを排出するので，直下の海洋表層では高密度水が形成される。この高密度水は北極海の太平洋側ではカナダ海盆域の塩分躍層を構成し，大西洋側ではユーラシア海盆域の大西洋水層の下部に沈み込む。従って.北極海においても海氷生成および高密度水形成を議論する上で沿岸ポリニヤの存在は非常に重要である。