寒冷地研究工学研究所

寒冷地研究工学研究所

設立	1961年2月1日 （1961年2月1日）
研究の種類	寒冷地科学と工学
監督	ジョセフ・L・コリヴォー[1]
住所	ライムロード72番地
位置	米国ニューハンプシャー州ハノーバー 北緯43°43′26″ 西経72°16′23″ / 北緯43.72389° 西経72.27306° / 43.72389; -72.27306
郵便番号	03755-1290
Webサイト	www.erdc.usace.army.mil/Locations/CRREL/

寒冷地研究工学研究所( CRREL) は、米国陸軍工兵隊のエンジニア研究開発センターの研究施設で、ニューハンプシャー州ハノーバーに本部を置き、寒冷環境を中心に米国政府および軍に科学および工学サポートを提供しています。CRREL は、政府以外の顧客にも技術サポートを提供しています。

CRREL は、冷戦中に北方戦略地域で重要な要素であった凍土、永久凍土、雪、氷を理解することを目的とした 3 つの前身組織の統合から生まれました。最初の 25 年間で、CRREL の研究者は、極地の氷冠、永久凍土、およびアラスカなどの寒冷気候における天然資源の開発のための工学技術の理解に貢献しました。最近では、CRREL の研究者は、気候変動の科学、センサー システムのための波動伝播の理解、構造物上の積雪と航行可能な水路の氷の制御、および軍事施設の 環境修復に貢献しています。

CRRELの使命は、「地球の寒冷地域に関連する独自の中核的能力を備え、あらゆる季節と気候における複雑な環境、材料、プロセスに科学と工学を進歩させ、適用することにより、米国陸軍工兵隊、陸軍、国防総省、および国家の学際的かつ戦略的に重要な問題を解決すること」である。^[2]

CRRELのスタッフが従事しているとされる技術分野は以下のとおりです。^[3]

• 土壌中の生物地球化学的プロセス– 軍事訓練地の管理と修復、凍結する土壌で微生物がどのように生存するかを特徴づけることを網羅しています。 ^[4]
• 寒冷地域のインフラ–建物の外壁、舗装技術、地盤工学、航空機滑走路の設計と修理、極地施設などを扱います。 ^[5]
• 環境中における化学物質の運命と移動– 土壌中の化学物質汚染物質の分布と移動の検出とモデル化について取り上げます。永久凍土の劣化に関するトピックも含まれます。 ^[6]
• 水文学と水力学– 河川、水門、ダムの氷に関連するプロセスとそれらが船舶に与える影響を網羅しています。この取り組みをサポートするのがCRRELアイスジャムデータベースです。 ^[7]また、さまざまな調査技術を使用して、雪の分布と流出率を特徴付けることにより、雪水文学にも取り組んでいます。 ^[8]
  

• 軍事機動性と航空作戦の支援- 雪、氷、凍結、融解の影響を受ける地形での車両の移動に対応します。これには、最小限の改良着陸地点での航空機の運用が含まれます。関連作業では、南極での作戦、氷上輸送、雪氷滑走路の支援に取り組んでいます。^[9]
• センサーと画像システムへの信号の伝播- 地中レーダー、レーダー、地震センサー、音響センサーを使用して、さまざまな媒体を介したミリ波、地震、音響信号の伝播をモデル化する方法を開発します。この研究は、不発弾や軍事目標の検出に適用されます。^[10]
• 寒冷地域の陸上気象プロセス– 自然および人工の地形の状態を扱い、その物理的特性をモデル化します。海氷や氷河の科学から、雪や氷の結晶の形成を表すマイクロスケールのプロセスまでを網羅しています。科学的問題には、地球規模の気候変動や航空や輸送に対する気象の影響が含まれます。^[11]
• 水資源を追跡するための地理空間アプリケーション-地理的規模での環境問題や技術問題を理解するために、リモートセンシング技術とマッピング画像の使用を重視します。 ^[12]

主要施設は、ダートマス大学の北、ニューハンプシャー州ハノーバーにあります。施設には以下が含まれます。

• 冷凍材料の実験のための冷蔵室
• 舗装などの大規模な土壌システムの研究に特化した霜影響研究施設 (FERF)。
• 氷工学施設 (IEF) は、航行可能な水路における氷の影響、水文学および水力学の問題、洪水、および氷の形成によって生じる可能性のあるその他の問題の研究に専念しています。
• リモートセンシングおよび地理情報システム（RS/GIS）施設
• アラスカ州フェアバンクス近郊の永久凍土トンネル。^[13]
• メイン州フェアバンクスとトリート島にある、氷結と塩分環境にさらされたコーティングを試験するための施設。^[14]

他の研究室では化学、生物学、土木工学のテーマを扱っています。^[15]

CRRELは、アラスカ州フェアバンクス近郊のフォート・ウェインライトに事務所を構え、アラスカ州アンカレッジの陸軍工兵隊アラスカ地区にも事務所を構えている。^[13]

CRRELは、1961年2月1日に、以前の雪氷永久凍土研究施設（SIPRE）^[16]と北極建設および霜の影響研究所（ACFEL）が 合併して設立されました。

CRRELの前身と設立については公式の歴史書に記録されている。^[17] 1944年から1953年にかけて、米国陸軍工兵隊はCRRELの前身となる3つの独立した組織を設立した。工兵隊はニューイングランド部門内に、 1944年にマサチューセッツ州ボストンに拠点を置く「凍結の影響を受ける地域の道路、飛行場、構造物の設計と建設に対する凍結の影響に関する研究を調整する」ための凍結影響研究所を設立した。工兵隊のセントポール（ミネソタ州）地区は、永久凍土上の飛行場建設の設計方法と建設手順を決定するために、1944年に永久凍土部門を設立した。

陸軍工兵隊は1949 年にSIPRE (雪氷永久凍土研究施設) を設立し、 1951 年にイリノイ州ウィルメットに移転しました。その目的は「雪、氷、凍土に関する基礎研究と応用研究を行うこと」でした。1953 年に陸軍工兵隊はセントポール地区の霜影響研究所と永久凍土部門を合併し、ボストンにACFEL (北極建設および霜影響研究所) を設立しました。1959 年に SIPRE の研究者はグリーンランドのキャンプ センチュリーの設立に参加し、グリーンランド氷床をモデルにした施設で技術的および科学的問題を研究しました。統合された SIPRE と AFCEL 組織用の新しい施設を建設した後、陸軍工兵隊は 1961 年 2 月 1 日にニューハンプシャー州ハノーバーに CRREL を設立しました。

最初の四半世紀、CRREL の研究者とスタッフは北極、南極、アラスカ、五大湖で活動し、気候履歴データの提供、資源抽出問題への対応、冬季航行の延長に取り組んできました。

1966年、CRRELの研究者はグリーンランドの氷床を4,550フィート（1,390メートル）の深さまで掘削することに成功しました。この作業には3年かかりましたが、12万年以上の記録となる連続した氷床コアが得られました。これにより、科学者の気候史解釈能力が高まり、地球規模の気候変動に関する初期の情報源となりました。1968年、同じCRRELチームは、7,100フィート（2,200メートル）を超える氷床を掘削し、南極の氷床を初めて貫通し、地球上で2番目の場所で気候記録を提供しました。^{[17] [18]}

1967 年にアラスカのブルックス山脈の北で石油が発見されたことで、2 つの基本的な疑問が生じました。CRREL は、参加石油会社のコンサルタントとして、その疑問に答える立場にありました。それは、凍土、永久凍土、または一年中凍っているボーフォート海の下から石油を採掘する方法と、精製と消費のために原油を米国本土に 輸送する最善の方法です。

CRRELのスタッフは、砕氷タンカーの使用と、永久凍土地域を越えてアラスカの大部分を横断する陸上パイプラインの使用という2つの輸送オプションの調査に参加しました。ボーフォート海に関しては、CRRELの研究者は、沖合掘削作業に問題となる北極海の海氷の特性と挙動の研究を実施しました。 ^{[19] CRRELの研究者は、}砕氷 タンカー SSマンハッタンの2回の航海に積極的に参加し、海上輸送オプションの実現可能性を評価しました。同時に、CRRELのエンジニアはトランスアラスカパイプラインの連邦検査官にレビューとアドバイスを行いました。パイプラインの建設中、CRRELの研究者は永久凍土と氷の上の基礎と道路の工学的影響を研究しました。^{[17] [20]}

1970年代、CRRELは冬季を通じて五大湖とセントローレンス水路の航行を延長するという陸軍工兵隊の取り組みを支援した。彼らは、防氷堤、バブラー、閘門のコーティングなど、閘門の凍結や浮氷による水路の詰まりに対処する方法を開発した。^{[17] [21]}

CRRELは冷戦時代に米空軍が遠距離早期警戒（DEW）ライン施設のシステムを確立し^[22]維持するのを支援する役割を果たした。1976年、CRRELの研究者は、グリーンランド氷床にある高さ10階建て、3,300トンのDEWライン施設を、氷の移動によって脆弱になっていた基礎から新しい基礎に移す作業に尽力した。^[23] 1984年、CRRELの職員はDEWラインに代わる 新しい北方警戒システムの31か所の調査報告書を完成させた。 ^{[17] [24]}

1972年、CRRELとソ連の寒冷地研究機関との間で継続的な科学交流が始まりました。これには、レニングラードの北極・南極研究所やヤクーツクの永久凍土研究所が含まれていました。^[17]

CRRELの次の25年間は、ソビエト連邦の崩壊、冷戦の終結、そして資金のシフトが起こり、議会からの直接予算の重点が減り、CRRELの顧客からの研究費の償還への依存度が高まりました。これは、技術レポートのスポンサーシップからも明らかです。^[25] CRRELの研究に資金を提供している顧客には、米国陸軍、空軍、海軍のさまざまな部隊が含まれていました。さらに、国立科学財団、環境保護庁、NASAなどの民間機関も研究の答えをCRRELに求めました。さらに、さまざまな民間組織が、直面している問題を解決するためにCRRELの研究に資金を提供しました。CRRELの技術レポートのリストには、科学と工学をカバーする27のトピックカテゴリが記載されています。^[26]

CRRELは、赤外線画像、レーダー、^[27] 音響^[28]または地震^{[29]センサーを介してあらゆる気象条件下で敵の動きを検知できるようにする信号伝播プログラムで米軍にサービスを提供する能力を継続的に高めました。主に部分的に爆発した爆発物[30]}または不発弾（UXO） [ ^31]による訓練場の汚染物質の特定と除去を容易にすることで、米軍の環境ニーズに応えました。他の研究者は、雪や泥だらけの地形での車両の移動の問題に取り組みました。CRRELの研究者は、 C-17軍用輸送機の戦術滑走路要件の定義に参加しました。^[32]

CRRELのスタッフは、北極と南極の両方で極地研究で成果を上げ続けた。北極では、CRRELの研究者は北極海航路の船舶輸送のモデル化^[33]や、1997年10月から1998年10月にかけて北極海で実施され、極地の情報を地球規模の気候モデルに提供した北極海の表面熱収支（SHEBA）実験に積極的に取り組んでいた。^{[34] [35]他の研究者は、}地球規模の気候変動に関連するデータを収集するために南極大陸とグリーンランドを横断した。^[36] 2010年には、CRRELの研究者が別の砕氷船ベースの科学ミッション「気候変動が北極太平洋環境の生態系と化学に与える影響」またはICESCAPEの共同主任科学者を務め、「気候変動がチュクチ海とボーフォート海の生物地球化学と生態系に与える影響」を判定した。^[37]

CRRELの他の研究者は、南極にある米国立科学財団の研究施設をアップグレードおよび維持する方法を開発した。これには、新しい南極基地の設計と建設、および現代の航空機が雪上滑走路に着陸できるようにするための基準の開発が含まれる。^[38] CRRELのスタッフは、南極基地への補給コストを下げるために、ロス氷棚から南極山脈と南極氷冠を越える新しい陸上補給ルートの調査と開発を支援した。^{[39] [40] 2016年、CRRELの研究土木技術者は、}マクマード基地の新しい雪上滑走路「フェニックス」を設計、構築、テストした。これは、年間約60回の大型車輪付き輸送機の出撃に対応できるように設計されています。^[41]

工兵隊土木工事ミッションにおいて、CRREL の研究者は、氷の詰まりを回避する革新的な方法と、そのような問題の広範囲にわたる発生に対処するためのデータベースを開発しました。^[42]これらの問題のモデリングをサポートするために、大規模な氷工学施設が建設されました。リモートセンシングおよびGIS (地理情報システム) 施設と組織は、衛星画像と情報のマッピングのリソースをより有効に活用して世界中の問題に対処するために設立されました。 ^[43]もう 1 つの主要施設である凍結影響研究施設は、凍結融解の影響を受ける飛行場と道路に関連する問題を研究するために建設されました。自動荷重機械が購入され、舗装道路上の車両と航空機のタイヤの通過をシミュレートしました。^[44]建築技術では、研究者は米国全体の積雪と氷結の荷重を特定するための統計的手段^[45]と、熱損失の測定基準^{[46] [47]}、屋根の水分検出^[48]、および凍結防止された浅い基礎^{[49]の開発に貢献しました。}

1999年10月、CRRELはエンジニア研究開発センター（ERDC）と呼ばれる陸軍工兵隊研究所の統括組織のメンバーになりました。ミシシッピ州ビックスバーグの沿岸水理学、環境、地盤工学および構造、情報技術研究所、イリノイ州シャンペーンの建設工学研究研究所、ニューハンプシャー州のCRREL、バージニア州アレクサンドリアの地形工学センターの7つ​​の研究所が統合され、全国4か所にERDCが設立されました。^[50]

当初、CRREL の冷蔵室施設では、冷媒としてトリクロロエチレン(TCE) を使用していました。当時、TCE に起因する環境への危険性はほとんど知られていませんでした。その後、TCE は発がん性物質であることが判明しました。1970 年、産業事故により約 3,000 ガロンの TCE が流出しました。1978 年、TCE は実験用井戸から地中に流入しました。1990 年に地下水中に TCE が検出された後、CRREL は、米国陸軍毒性物質および危険物局および陸軍工兵隊ニューイングランド支部の支援を受けて、ニューハンプシャー州環境局 (NHDES) の承認を得て修復計画に着手しました。NHDES の報告によると、CRREL はもはや敷地内に TCE を保管しておらず、地下水中の TCE の修復は試験用井戸での監視の対象となっています。^[51]地元紙に引用された陸軍のプレスリリースによると、^[52]陸軍はCRRELキャンパス内の他の場所でもTCEの監視を拡大し、2011年にいくつかの場所で高い数値を発見しました。その後、彼らはその場所の物質の濃度をマッピングするために監視井戸と土壌サンプル採取プログラムを開始しました。2012年の報告書によると、得られた情報はその場所の新たな浄化戦略につながるはずです。^[53]陸軍の環境専門家は、近隣の住宅地と学校の敷地でTCEを検出しました。^{[54] [55]}

陸軍研究開発功績賞は、陸軍研究所システム内で研究する優れた研究者に授与されます。著名なCRREL受賞者には次のような人がいます。^[17]

• 1967年 – ライル・ハンソン（グリーンランドと南極の氷床コア掘削）。ウィルフォード・ウィークス（海氷の形成と物理的特性に関する研究）。^[56]
• 1970年 - グンター・フランケンシュタイン、SSマンハッタンでの作業と撃墜されたB-52の回収支援。^[56]
• 1971年 – ジェームズ・ヒックス、飛行場の霧消技術^[56]
• 1976年 – ピーター・フクストラ、ポール・セルマン、スティーブン・アルコーネ、アラン・デラニー、トランス・アラスカ・パイプラインに関連する地下物理探査技術の開発。マルコム・メラー、雪、氷、凍土の掘削と発破に関する研究。凍土の迅速な掘削と閘門壁の氷の切断を可能にし、南極大陸の大規模な氷壁を制御された状態で発破し、補給船の停泊用桟橋を提供する。^[56]
• 1977年 – マルコム・メラー、掘削機械の設計に役立つ工学原理の開発。^[56]
• 1978年 – ウェイン・トビアソン、グリーンランド氷床上の高さ10階建て、3,300トンの遠距離早期警戒（DEW）ライン施設の移転により推定150万ドルを節約。^[56]
• 1979年 – トランスアラスカパイプラインの建設における永久凍土の杭基礎に関する助言に対してフレデリック・クロリー。^[56]
• 1980年 – ウィルフォード・ウィークス、浮氷、特に海氷に関する工学的問題に対する科学的根拠を確立。^[56]
• 1982年 – ジョージ・アシュトン、気泡発生器と温水排出による氷形成の制御を可能にする河川と湖の氷の熱プロセスの研究。^[56]
• 1983年 - マイケル・フェリックはスペースシャトルコロンビア号の過冷却燃料タンクの氷形成を予測するNASAの支援に対して。中野義介、ジョセフ・オリファント、アラン・タイスは核磁気共鳴（NMR）技術を使用して凍土の水分含有量と輸送を調査した。デビッド・デックは再発性洪水を緩和するための脆性氷制御構造の設計に対して。^[56]
• 1985年 – リチャード・L・バーグ、エドウィン・J・チェンバレン・ジュニア、デビッド・M・コール、タデウス・C・ジョンソン：舗装システムの凍結と融解中の熱と水分のフラックスを計算する技術。^[56]
• 1986年 – ジョン・H・ランドとベン・ハナモト、陸軍工兵隊の航行閘門の氷を制御するシステムの開発に対して。^[56]
• 1987年 – マイケル・G・フェリック：河川の氷の崩壊を説明する水力学の理論を開発した。トーマス・F・ジェンキンス・ジュニア、ダニエル・C・レゲット：陸軍弾薬工場の廃水中の残留爆発物濃度を測定する標準分析法を開発した。マルコム・メラー、マーク・F・ウェイト、ダリル・J・カルキンス、バリー・A・クーターマーシュ、デビッド・A・ルー：氷に覆われた河川にリボンブリッジを設置する技術を開発した。スティーブン・A・アルコーネ、ポール・V・セルマン、アラン・J・デラニー：地球物理学的手法を用いて永久凍土の地下特性を解析した。^[56]
• 1988年 – エドウィン・J・チェンバレン・ジュニア、イスカンダー・K・イスカンダー、C・ジェームズ・マーテル：下水汚泥、浚渫土、堆積物の処理技術、および凍結を利用した有害廃棄物処理場の除染技術。ジョージ・L・ブレイズデル：雪上で走行する車輪付き車両の研究。デビッド・S・デック：発電所の冷却池水を利用して河川の氷結を防止。フレデリック・C・ゲルンハルトとチャールズ・J・コルホネン：積層屋根膜の水ぶくれを素早く修復する装置。^[56]
• 1989年 – レイチェル・ジョーダン、積雪の表面温度を予測する解析モデル^[56]
• 1990年 – オースティン・コヴァックスとレックスフォード・M・モリー、海氷と淡水氷の厚さと海氷の電磁気的性質を測定するレーダーと電磁誘導システム、および地球温暖化の速度の理解。^[56]
• 1991年 – エドガー・L・アンドレアス、空気の乱流が光伝送に与える影響についての理解を深めた。^[56]
• 1995年 – ダニエル・ローソン、スティーブン・アルコーン、アラン・デラニー、地中レーダー技術による地下の有害廃棄物および有毒廃棄物の特性評価。ジェームズ・ウェルシュとジョージ・ケーニッヒ、先駆的な合成熱赤外線シーン生成機能。^[56]
• 1996年 – ドナルド・G・アルバート、凍土や雪がある状態での音響と地震の伝播を記述する理論。^[56]
• 1998年 – キャスリーン・F・ジョーンズ、電力線や通信塔などの構造物にかかる設計氷荷重に関する新しい国家標準地図を作成した。^[56]
• 2001年 – ロバート・E・デイビス、現状モデリング、水文学、リモートセンシングに関連する物理理論の進歩に対して。^[56]
• 2004年 – D. キース・ウィルソン：大気の乱流を記述する準ウェーブレットを用いて大気の音響効果の現実的なシミュレーションを可能にする音響伝播理論とモデリング。^[56]
• 2005年 – D. キース・ウィルソン（サンドラ・L・コリアー、デイビッド・H・マーティンと共著）：多孔質材料および移動する乱流流体における音の伝播に関する時間領域理論と数値手法を用いた音の伝播理論とモデリング、また大気乱流による散乱を考慮した音の伝播計算。^[57]
• 2008年 – スティーブン・アルコーン、ヨーフン・コー、ランボ・リューは、地形上の電波伝搬を理解するために、ドップラー法を用いて近斜面角での電波の前方散乱を測定した。アントニオ・パラッツォとティモシー・ケアリーは、軍事訓練場での使用のための新しい遺伝資源の開発を行った。^[58]
• 2009年 – デビッド・コールとマーク・ホプキンス（ジョン・ピーターズと共著）は、実験結果によって検証された離散要素モデリングを通じて粒状材料に関する知識を統合した。^[59]

CRRELは研究所として、1975年と1978年に陸軍から優秀賞を受賞した。^{[17] 1991年と1994年には、CRRELは優秀賞である陸軍研究所賞を受賞した。 [60] [61]} 1997年には、研究所は総合的な陸軍研究所賞を受賞した。^[62] 1999年にERDCに加わって以来、CRRELは一貫して成果に貢献しており、ERDCは最初の8年間で5回、陸軍研究所オブザイヤー賞を頻繁に受賞するようになった。^[63]

• CRREL ウェブページ
• デジタル化されたCRREL技術レポート
• CRREL 永久凍土トンネル
• CRREL スノーリサーチ
• メディアにおけるCRRELの引用