GRACE 衛星重力データによる 氷床・陸水変動の研究

1. GRACE衛星重力データによる氷床・陸水変動の研究GRACE衛星重力データによる氷床・陸水変動の研究 総合地球環境学研究所 山本圭香

2. GRACEミッションの目的 地球の静的重力場の精密決定 地球の時間変動重力場 → 地表および地表下の質量の時間変化 <精度>1mm/s : Range Rate between twin satellites = 10 mm : Mass variation (in water thickness equivalent)

3. 大部分の地球物理学的な現象は質量の移動を伴う大部分の地球物理学的な現象は質量の移動を伴う → GRACEから時間変動シグナルとして観測が可能 GRACEが観測する質量変化 = 質量変化するすべての成分の鉛直積分 (どの成分が変動しているか→　×, 鉛直構造→　×)

4. GRACEtemporally varying gravity field One day orbit One month orbit • 大気、海洋の短周期成分→　モデルにより除去　 • 海洋潮汐, 固体地球潮汐, 極潮汐, 大気 • →　モデルにより除去

5. GRACE monthly solutionの誤差 • 短波長域での誤差の増大 • ストライピング誤差 • →除去のためにフィルタリングなどの処理が必要 • 空間分解能　　　⇔　ノイズ • trade off Non filtered 300 km filtered 600 km filtered

6. GRACEから見た質量変化 (Jan to Dec 2006) : Water Equivalent Thickness [mm]

7. (1) 陸水研究への利用

8. 陸水の年周変化 -ＧＲＡＣＥからもっともよく観察できるシグナルの１つ Comparison of GRACE data with global landwater model（ JRA-JCDAS LDA and GRiveT (JLG) model ） →　phase difference ~ 1 month

9. GRACEがとらえた質量の経年変化トレンド　(2002-2008)GRACEがとらえた質量の経年変化トレンド　(2002-2008)

10. Chao Phraya川流域の質量の経年変化トレンド ＊2005年はじめあたりまで減少のトレンド、　 　それ以降はほぼ一定 ＊減少のピークは流域全体でなくバンコク 　あたりにあるように見える

11. Our concerns are … • 質量変化しているのはどの成分か? • 1)表層水 • 2)被圧/不圧　地下水 • 3)それ以外の成分 • なぜ変化しているのか? • 1) グローバルスケールの気象/気候変動 • 2) 地下水くみ上げなどの人間活動の影響によるローカルな環境変化

12. 70x70 km（UTM-east_640-710 km、UTM-north_1490-1560 km) 井戸水位 120×120km（UTM-east_600-720 km、UTM-north_1480-1600 km） 地下水貯留量、井戸水位とも2002年以降に回復傾向 →GRACEトレンド（peakpointで約50 mm/yr）は被圧帯水層の地下水貯留量とは対応していない

13. EnviSat衛星高度計から観測された河川水位変化EnviSat衛星高度計から観測された河川水位変化

14. グローバルな水文モデル (JLG)との比較 JLG modelのインプット: JMA Climate Data Assimilation System (JCDAS) (大気客観解析データ ) Red: GRACE Blue: Model (Total TWS) →The trend caused by large-scale meteorological or climatological factors.

15. GRACEから観測されたグローバルスケールの質量移動GRACEから観測されたグローバルスケールの質量移動 Red: 北半球 Green: 南半球 Variations of total mass of Northern and Southern Hemisphere

16. 質量変化しているのはどの成分か? • 1)表層水 • 2)被圧/不圧　地下水 • 3)それ以外の成分 • なぜ変化しているのか? • 1) グローバルスケールの気象/気候変動 • 2) 地下水くみ上げなどの人間活動の影響によるローカルな環境変化 なぜ負のトレンドはチャオプラヤ流域のみで観測され、他のインドシナ河川流域では観測されないのか？ →土地利用の影響?

17. (2) 氷床研究への利用

18. ・南極氷床 広大な面積をカバーする地上観測が難しい 高緯度のため、使用できる衛星データが少ない Ice Sheet Mass Balanceの研究方法 (1)質量収支法 　・ice-core measurements 　・ice thickness + velocity (by GPS, InSAR) (2)氷床表面の高度変化の測定 　・air-borne altimetry 　・satellite altimetry (3) 質量変化の測定 　・GRACE (2002 - ) 　　→大スケールの変動を質量として直接知ることが可能 問題点 ・GRACEから得られるのは半径方向の質量変動の積算 ・表面質量変動と地球内部の質量変動を分離できない

19. 南極の場合 GRACEトレンド（2002-2008） （質量の経年変化） 表面質量変化 　　・積雪 　　・蒸発散 　　・流出・流入 　　・融解 GRACE 地球内部質量変化 Glacial Isostatic Adjustment (GIA) -34 Gt [mm/yr]

20. Glacial Isostatic Adjustment (GIA) http://pangea.stanford.edu/courses/gp025/webbook/08_tectonics.html

21. 南極におけるGIAモデル • 広域での地上観測の難しさなどの原因により、他の地域のモデル • 　より、精度が低く、モデル間のばらつきも大きい。 ICE-5G (Paulson et al., 2007) IJ05 (Ivins, 2009) ARC3+ANT6 (Nakada et al, 2000) ARC3+ANT5 (Nakada et al., 2000) Mass change [mm/yr in Water Thickness Eq.], up to degree/order 50

22. GRACEトレンド （質量の経年変化） ICESatトレンド （表面高度の経年変化） GIA質量変化＋氷床質量変化 氷床高度変化のみ検出と仮定 GIAの質量変化 X 氷床密度 GRACE - ICESat ＝ 空間分布が未知

23. 氷床の密度 [kg/m3] 0 1000 新雪 20 kg/m3 フィルン 350 kg/m3 氷床の最大密度 917 kg/m3 917 350 917 PIGと南極半島で最大氷床密度、残りはフィルンと仮定 全域でフィルンを仮定

24. もう1つの拘束条件： • GRACEの質量変化トレンド（全球） スマトラ地震、南極以外のGIA (ICE-5G)を除去すると、

25. 海洋のトレンド：　391 Gt 南極以外の陸のトレンド： -207 Gt 予想される南極の氷床トレンド： -185Gt 南極のGIA+氷床トレンド：　-34 Gt 予想される南極のGIAトレンド：-34-(-185) = 151 Gt

26. GIAモデルとの比較 ICE-5G IJ05 162 Gt 4 Gt 151 Gt ARC3+ANT5 ARC3+ANT6 99 Gt 40 Gt

27. ＜空間パターンの違い＞ 大きな正のトレンドの位置 →　LGMのICE Domeの位置と大きさの分布の仮定 地上データではICE-5GのようなRoss海のトレンドはないと予想 辺縁部に正のトレンドがある構造 →　IJ05の完新世の氷床の分布の仮定に由来 ＜全体のトレンドの総和の違い＞ →　ICE Domeの大きさの仮定, あるいは氷床融解史, あるいは 粘性構造の仮定に由来

28. Summary • GRACEsatellite gravity data • →　Mass variation on and beneath the Earth surface • Observed data by GRACE • → Vertical integration of mass variation • Spatial resolution of monthly solution • →　About 200 – 300 km • →　useful for the study of global to regional scale landwater variation