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北極海の表面熱収支（SHEBA）研究は、国立科学財団が資金提供した研究プロジェクトであり、春から夏にかけて太陽が地平線上にあり、それ以外の時期は地平線下にある北極海で、年間を通じて海洋と大気の間で起こる熱伝達プロセスを定量化するために設計されました。この研究は、科学者が地球規模の気候変動を研究するために使用する地球規模の気候モデルで使用するデータを提供するために設計されました。[1]
背景
氷は、開水面よりも太陽光を反射しやすい。雪に覆われた海氷は、入射する太陽光の約 80% を反射する。北極では季節の変化により、常に暗い北極の冬に晴天となり、雪に覆われた海氷からの放射冷却が起こる。春には日光が戻り、融解プールが形成され始め、太陽からの熱吸収率が上昇する。夏には、日照時間が一定であるため、雲が形成され、空に光を反射するが、海からの熱の流れを妨げる。地球の面積の大部分、つまり北極海でこれらの影響を定量化するには、1 年にわたる大規模な科学的データ収集と分析の取り組みが必要だった。[1]そのため、国立科学財団は他のスポンサーと共同で、[2]これらのプロセスをより定量化するための研究に資金を提供した。[3]
アイスステーション SHEBA
科学者チームはカナダ沿岸警備隊の船「デ・グロセイリエ」に乗って北極海へ向かいました。1997 年 10 月 2 日に、船を流氷の中で凍らせ、科学観測の拠点とする計画の場所に到着しました。観測には、船の近くの氷の下の水から大気圏上部までの海洋および大気のプロセスの測定が含まれていました。測定には次のものが含まれていました。
- 放射フラックス：長波と短波
- 熱流束: 潜熱と顕熱の乱流流束
- 雲の高さ、厚さ、その他の特性
- 大気と海洋の境界層におけるエネルギー交換のプロセス
- 積雪の深さと氷の厚さ
- 海洋の塩分濃度、温度、海流
船は1年間氷上で静止し、1998年10月11日に出発した。この船は「アイスステーションSHEBA」として知られるようになった。[1] [4]
結果
科学者たちは、船の位置では年間を通じて雲がよく見られることを発見した。真冬には、40%の時間が曇りだったと報告されており、夏には空は常に曇っていた。気温は、地域の気候学的平均気温より0.6℃低かった。冬は太陽がないため、熱の正味の流れ（フラックス）は海面から空に向かっており、雲量の変化に応じてフラックスに大きな差が見られる。4月にはフラックスは海面の太陽熱温暖化に変わり、7月に最大となり、太陽光が最も強くなり、氷が溶けた池が雪よりもはるかに暗くなり、太陽光をより効率的に吸収できるようになった。[1]
科学者たちはまた、100か所の地点で氷と積雪の質量の純変化を測定した。彼らは船の周囲の地域で変化が大きく異なることに気づいた。彼らは、秋に日照が弱まると氷の温度が下がり、11月までに氷の底で新たな成長が始まったと判断した。これらの観察から、彼らは熱収支の変化の5つの段階を特定した。[1]
- 乾いた雪
- 雪解け
- 池の形成
- 池の進化
- 秋の凍結
SHEBA 期間中の融解杭による氷の質量バランスの正確な測定では、最大の表面融解は池氷で観測され、最大の底部融解は圧力リッジで観測されたことが示された。圧力リッジの底部融解は、変形していない 1 年目の氷のそれよりも 60% 高かった。リード線を介して海洋に太陽放射から流れるエネルギー フラックスは、観測された底部融解をバランスさせるのに十分ではなかった。[5]夏季には、氷下領域の 15% が氷下融解水層と偽底で覆われていた。氷下融解水層の平均深度は 0.31 m、塩分濃度は 1.5 であった。偽底の平均厚さは 0.2 m であった。[6]
モデリング
実験結果により、北極海の海氷と大気を通して起こる季節的な熱収支プロセスの有意義なモデル化が可能になりました。モデルの範囲は、氷床の下から大気の上端までの柱でした。科学者たちは、モデルの鍵となるのは、積雪と氷の融解の変化による氷表面の反射率またはアルベドの変化を正しく特徴付けることであると認識しました。雲量は、海面に到達または海面から逃げるエネルギーの量を説明する鍵でした。[1]
海洋プロセス
このモデルは、太陽放射が表面への主な熱源であるという観察を組み込んでいる。このモデルは、6月の最大値5%からの外洋の変化とアルベドの変化を説明した。入射する太陽放射の約8%が氷を通して海に吸収された。[1]
大気のプロセス
科学者たちは、季節ごとに空気の動きが氷の表面を冷やしたり温めたりする程度を特徴付ける、表面近くの乱流のパラメータを定義することができました。夏には表面が荒れ、空気の流れが遅くなります。ライダーの雲の測定とバルーンゾンデの温度と乱流のデータにより、海面の温暖化や冷却を促進または抑制する氷上の大気の役割を科学的に特徴付けることができました。[1]
参加者
SHEBAには以下の個人や団体が参加した。[3]
参考文献
- ^ abcdefgh ペロヴィッチ、ドナルド; モーリッツ、リチャード C.; ウェザリー、ジョン (2003)、SHEBA: 北極海の表面熱収支(PDF) (03048 版)、国立科学財団
- ^ 主なスポンサーは、NSF北極システム科学プログラムで、極地プログラム局（海洋科学部および大気科学部）からの助成金を受け、海軍研究局および海洋科学技術センターからも追加支援を受けました。
- ^ ab Uttal, Taneil; Curry, Judith A.; McPhee, Miles G.; Perovich, Donald K.; et al. (2002 年 2 月)、「北極海の表面熱収支」(PDF)、米国気象学会誌、83 (2): 255–275、doi :10.1175/1520-0477(2002)083<0255:SHBOTA>2.3.CO;2、2011 年 1 月 12 日、2011 年 7 月 26日のオリジナル(PDF)からアーカイブ
- ^ 「Ice Station SHEBA」は小説『Ice Station Zebra』または映画『Ice Station Zebra』への言及である。
- ^ Perovich, DK; Grenfell, TC; Richter-Menge, JA; Light, B.; Tucker, WB; Eicken, Hajo (2003). 「ますます薄くなる: SHEBA における海氷質量バランス測定」Journal of Geophysical Research: Oceans . 108 (3). doi : 10.1029/2001JC001079 .
- ^ Eicken, H. (1994). 「中央北極の氷下融解池の構造と海氷面積への影響」陸水学・海洋学29 ( 3). doi : 10.4319/lo.1994.39.3.0682 .
外部リンク
- 国立科学財団