由東京大學研究生院新領域創成科學研究科早稻田卓爾教授、小平翼講師、野瀨毅彥特任助教、北見工業大學館山一孝副教授、國立極地研究所田村嶽史副教授等人組成的研究團隊首次成功捕捉到了浮冰崩塌時浮冰的水平移動以及垂向運動。研究團隊與挪威氣象研究所（MET Norway）的Jean Rebault以及阿爾弗雷德·韋格納研究所(AWI)的Mario Hoppman合作開發了新型波浪浮標，並將其廣泛佈設在南極呂佐夫-霍爾姆灣的浮冰之上。該研究首次成功捕捉到了浮冰崩塌時浮冰的行程以及導致崩塌的浮冰上下運動。本次觀測到的大規模浮冰崩塌發生在「南極地區觀測第X期6年計劃」中一般觀測專案「冰緣區·流冰帶·固定冰的變動機制闡明和白瀨號（南極科學調查破冰船）航線選擇」實施的第一年。因此可以預見在以後的幾年中觀察到的將是浮冰由薄逐漸變厚並且沒有崩塌的變化程序。該研究成果不僅有助於闡明氣候變遷對南極浮冰區的影響，還對每年向南極昭和基地運送超過1000噸物資的「白瀨號」的航行支援具有指導意義。
圖1：在浮冰崩塌後，用波浪浮標追蹤從呂佐夫-霍爾姆灣流出的固定冰動向（供圖：東京大學）
圖2：在浮冰（厚度超過3m）崩塌時，呂佐夫-霍爾姆灣南部流出的波浪浮標（左）3月31日（右）4月9日（供圖：東京大學）
昭和基地所在的呂佐夫-霍爾姆灣即使在夏季也被厚厚的浮冰包圍。爲了向昭和基地運送物資，「白瀨號」需要在航行中破開厚厚的浮冰。對近30年以上的資料進行分析後可知，在浮冰頻繁崩塌的年份，在呂佐夫-霍爾姆灣的冰上航行中的衝撞式破冰（使船後退200-300米後，全速前進，衝到冰面上，用船的重量破冰前進）次數減量，相反，在浮冰不怎麼崩塌的年份，衝撞式破冰次數會增加。
一般來說，浮冰會在熱力學作用下由浮冰向下成長到一定範圍。但一旦浮冰厚度增加，浮冰就會成爲大氣和海水之間的絕熱材料，從而導致浮冰停止成長。然而在南極，由於大量的降雪累積在浮冰上，導致浮冰下沉且在下沉的浮冰上與海水混合結冰，因此浮冰會向上成長，這部分被稱爲雪冰。隨着夏季雪冰部分的增加，浮冰相應減量。有意見指出，透過這種方式成長的強度相比較低的浮冰可能會受到海浪的影響而被破壞，但尚未經過觀測驗證。
有意見指出，透過這種方式成長的強度相比較低的浮冰可能會受到海浪的影響而被破壞，但尚未經過觀測驗證。雖然波浪會在浮冰下迅速衰減並失去能量，但波長較長的波浪難以衰減，因此會以湧浪的形式進入固定冰。湧浪從冰緣進入流冰帶再到固定冰的程序是理解固定冰崩塌機制的關鍵。
研究團隊爲了捕捉從冰緣進入流冰帶及固定冰的波浪，以及崩塌後行程的浮冰的運動，在固定冰和流冰上設置了波浪感測器。另外，在流冰帶和冰緣區的冰與冰之間的水面佈設了波浪浮標。波浪感測器是與挪威及德國聯合研究開發製造的。此外，搭載感測器的浮體爲自主開發。由於該波浪浮標造價低、體積較小且易製造，因此研究團隊共計佈設了33個波浪浮標。
其中15座設置在固定冰上，8座設置在流冰上，10座投入冰緣和流冰帶的開闊水域。實測資料被設置爲每小時發送一次。2022年12月到2023年2月之間，在日本海上自衛隊的協助下，研究團隊利用「白瀨號」的起重機和直昇機完成了浮標的整個佈設程序。
此外，研究團隊還將直昇機降落在固定冰上，在浮標附近的固定冰上對浮冰進行鑽孔，直接測量了冰的厚度。共計成功測量13處冰的厚度。此次測冰程序是在呂佐夫-霍爾姆灣的首次嘗試。經過分析得知，冰層厚度從北到南逐漸增加了1至2米。同時發現，在2022年4月浮冰崩塌時，冰緣以南的冰層厚度度超過3米。1至2米厚的浮冰被認爲是形成第一年的浮冰，而超過3米的浮冰則被認爲是經過多年成長的浮冰。
固定冰的大規模流動一般發生南半球的秋天。北側的流冰解凍，使得湧浪更容易進入。觀測發現，3月中旬之前幾乎沒有行程的波浪浮標在3月末從北側開始行程。4月1日之後，除了厚冰上的3個以外，全部浮標都開始行程，人造衛星影像也清楚地記錄了固定冰大幅斷裂並開始流動的情景。
之後到截止第69次南極地區觀測隊活動將進行5次相同的測量，透過闡明浮冰長期成長的機制，將不僅爲白瀨號的航行提供支援，還可以從波浪和浮冰的相輔作用的角度提高北冰洋浮冰預測精度，並有望爲北極航線的開發做出貢獻。另外，這些觀測還將提供有助於研究至今尚未闡明的波浪引起的浮冰碎裂與浮冰的大小分佈之間的關係、以及浮冰碎裂的本質因素等問題的珍貴資料。
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
學會：日本地球行星科學聯合春季大會 天水圈科學日程 海洋物理學一般
論文：Monitoring the motion of the land-fast ice in Lützow-Holm Bay, Antarctica
