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第316回 大気海洋物理学・気候力学セミナー のおしらせ

日　時： 12月20日(木) 9:30 - 12:00
Date ： Thu., 20 Dec. 9:30−12:00　
場　所： 低温科学研究所 3階 講堂
Place ： Institute of Low Temperature Science, 3F Auditorium

発表者：平野 大輔（低温科学研究所/助教）
Speaker:Daisuke Hirano (Institute of Low Temperature Science/Assistant Professor)
題目：東部チュクチ海沿岸ポリニヤにおける冬季水形成
Title：Winter Water Formation in Coastal Polynyas of the Eastern Chukchi Shelf
発表者：小林 英貴（東京大学大気海洋研究所/PD）
Speaker:Hidetaka Kobayashi (Atmosphere and Ocean Research Institute, The University of Tokyo/PD)
題目：氷期の大気中二酸化炭素濃度低下における海洋炭素循環の役割
Title：Role of ocean carbon cycle in glacial reduction of atmospheric carbon dioxide concentration

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東部チュクチ海沿岸ポリニヤにおける冬季水形成
平野 大輔(Daisuke Hirano) 発表要旨:


ポリニヤとは、海氷域における持続的な開水面あるいは薄氷域のことである。通常は、潜熱あるいは顕熱ポリニ
ヤのどちらかに区分され、前者は風や海流による海氷発散、後者は暖水の湧昇により形成・維持される。しかし
、冬季アラスカ・バロー沖に形成されるバロー沿岸ポリニヤは、強い北東風という同一の要因のもと、海氷発散
による潜熱ポリニヤ形成（海氷生成）と共に、高温の大西洋水湧昇によって顕熱ポリニヤが形成（海氷生成抑制
）されるプロセスを伴い、潜熱・顕熱ポリニヤの双方の特徴を併せ持つ“ハイブリッド”ポリニヤとして特徴付
けられる。

 本発表では、この特殊なハイブリッドポリニヤを含む東部チュクチ海の沿岸ポリニヤ域で形成される冬季水の
特性と形成過程について紹介する。特にバロー峡谷の近傍では、同じ北東風に起因するポリニヤ形成（海氷生産
）と大西洋水湧昇による水塊変質が生じる。その結果、太平洋側の北極海にもかかわらず、太平洋・大西洋起源
水双方の影響を強く受けた当該海域固有の冬季水（アラスカ沿岸冬季水）が形成されることが明らかになった。


氷期の大気中二酸化炭素濃度低下における海洋炭素循環の役割
小林 英貴(Hidetaka Kobayashi）発表要旨:


約 2万年前の最終氷期最盛期の大気中二酸化炭素濃度は、氷床コアデータに含まれる気泡を用いた気候復元から
、産業革命前の現代と比較して100 ppm程度低かったことが知られている。この大気中二酸化炭素濃度の変化は
、海洋炭素循環の違いに起因すると考えられているが、海洋大循環モデルを用いた先行研究では、100 ppmの低
下を再現できていない。そのため、この変化を説明するメカニズムは未解明で、これは古気候研究の大きな課題
の一つである。近年の海底堆積物分析からは、最終氷期最盛期の南大洋深層が、産業革命前と比べて高塩分で古
い水塊で占められていたことが示されており、これに伴う成層の変化が大気中二酸化炭素濃度低下の原因の一つ
と考えられている(南大洋仮説)。
　本研究は、この南大洋仮説に着目し、海洋大循環モデルを用いて氷期の南大洋深層での高塩分化の再現を図り
、さらに海洋トレーサーモデルと本研究で新たに開発した海洋堆積モデルを用いて、このような南大洋の変化が
、海洋炭素循環の変化を介して大気中二酸化炭素濃度に及ぼす影響を、数値実験により定量的に評価した。
　氷期の南大洋の成層化に伴う海洋内部での炭素の再配分と、海底堆積物へと埋没する炭酸塩の変化（炭酸塩補
償過程）により海洋全体のアルカリ度が増加することは、いずれも海洋表層の二酸化炭素分圧の低下をもたらし
、氷期の低い大気中の二酸化炭素濃度に貢献することがわかった。本研究は、プロキシデータの制限の下で数値
実験の結果を議論することで、実際の氷期に起こっていたと考えられる過程を、先行研究に比べてより精確に評
価することができた。

From ice core records, atmospheric carbon dioxide concentration (pCO2) at the Last Glacial Maximum (LGM) 
is shown to be about 100 ppm lower than that at the pre-industrial period. This atmospheric pCO2 
reduction must have arisen from changes in the ocean carbon cycle because carbon isotope data from
ocean sediment records indicate that carbon storage in the terrestrial biosphere was reduced at the
LGM. Paleo-ocean proxy records recently show that saline and old bottom water occupied the Southern Ocean
at the LGM. These reconstructions suggest a hypothesis that carbon storage in the deep Southern Ocean 
increased at the LGM as a result of enhanced salinity stratification and caused a decline in
atmospheric pCO2 (“Southern Ocean hypothesis”). However, previous studies using an ocean general
circulation model (OGCM) underestimate the pCO2 change between the LGM and pre-industrial. One of the
causes of this underestimation is that the enhanced stratification in the glacial Southern Ocean may
not be appropriately represented by OGCMs. In this study, I focus on the 
hypothesis and attempt to explain the mechanism of ocean carbon cycle change contributing to the 100
-ppm decline of atmospheric pCO2 at the LGM. 
First, I try to improve the insufficient reproducibility of the saline and old bottom water in the glacial
deep Southern Ocean, and then investigate its influence on the ocean carbon cycle and atmospheric 
pCO2. For this purpose, a simulation about the LGM is conducted, in which salinity in the ocean deepest 
layer in the Southern Ocean is restored toward high salinity reported from paleo-ocean proxy data and 
small vertical diffusion coefficient is prescribed to reproduce the enhanced stratification in the 
Southern Ocean. In the simulated glacial Southern Ocean, salinity stratification is strengthened, and 
the ventilation ages in the deep ocean get longer. Consequently, the concentration of dissolved inorganic 
carbon increases in the Southern Ocean and decreases in the surface ocean through ocean biological process.
These processes lower atmospheric pCO2, but the glacial decline in atmospheric pCO2 is only about 47 ppm. 

Next, in addition to the above-mentioned simulation, the role of carbonate compensation in the glacial
 reduction of atmospheric pCO2 is investigated with a newly created ocean sediment model. As a result of 
carbonate compensation, atmospheric pCO2 decreases due to an increase in total ocean alkalinity as 
previous studies suggested. It is newly found that this carbonate compensation works more effectively 
by the enhanced stratification in the Southern Ocean. Owing to this contribution, the glacial reduction 
of atmospheric pCO2 reaches about 73 ppm, which is a much larger response than that obtained in previous 
OGCM studies. 
This study quantitatively demonstrates that changes in the ocean carbon cycle due to the enhanced salinity 
stratification in the glacial Southern Ocean and carbonate compensation are essential for explaining 
the glacial reduction of atmospheric pCO2 by about 100 ppm.

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