由东京大学研究生院新领域创成科学研究科早稻田卓尔教授、小平翼讲师、野濑毅彦特任助教、北见工业大学馆山一孝副教授、国立极地研究所田村岳史副教授等人组成的研究团队首次成功捕捉到了海冰崩塌时海冰的水平移动以及垂向运动。研究团队与挪威气象研究所（MET Norway）的Jean Rebault以及阿尔弗雷德·韦格纳研究所(AWI)的Mario Hoppman合作开发了新型波浪浮标，并将其广泛布设在南极吕佐夫-霍尔姆湾的浮冰之上。该研究首次成功捕捉到了海冰崩塌时海冰的移动以及导致崩塌的海冰上下运动。本次观测到的大规模海冰崩塌发生在“南极地区观测第X期6年计划”中一般观测项目“冰缘区·流冰带·固定冰的变动机制阐明和白濑号（南极科考破冰船）航线选择”实施的第一年。因此可以预见在以后的几年中观察到的将是海冰由薄逐渐变厚并且没有崩塌的变化过程。该研究成果不仅有助于阐明气候变化对南极海冰区的影响，还对每年向南极昭和基地运送超过1000吨物资的“白濑号”的航行支援具有指导意义。
图1：在海冰崩塌后，用波浪浮标追踪从吕佐夫-霍尔姆湾流出的固定冰动向（供图：东京大学）
图2：在海冰（厚度超过3m）崩塌时，吕佐夫-霍尔姆湾南部流出的波浪浮标（左）3月31日（右）4月9日（供图：东京大学）
昭和基地所在的吕佐夫-霍尔姆湾即使在夏季也被厚厚的海冰包围。为了向昭和基地运送物资，“白濑号”需要在航行中破开厚厚的海冰。对近30年以上的数据进行分析后可知，在海冰频繁崩塌的年份，在吕佐夫-霍尔姆湾的冰上航行中的冲撞式破冰（使船后退200-300米后，全速前进，冲到冰面上，用船的重量破冰前进）次数减少，相反，在海冰不怎么崩塌的年份，冲撞式破冰次数会增加。
一般来说，海冰会在热力学作用下由浮冰向下生长到一定范围。但一旦海冰厚度增加，海冰就会成为大气和海水之间的绝热材料，从而导致海冰停止生长。然而在南极，由于大量的降雪累积在海冰上，导致海冰下沉且在下沉的海冰上与海水混合结冰，因此浮冰会向上生长，这部分被称为雪冰。随着夏季雪冰部分的增加，海冰相应减少。有意见指出，通过这种方式生长的强度相比较低的海冰可能会受到海浪的影响而被破坏，但尚未经过观测验证。
有意见指出，通过这种方式生长的强度相比较低的海冰可能会受到海浪的影响而被破坏，但尚未经过观测验证。虽然波浪会在海冰下迅速衰减并失去能量，但波长较长的波浪难以衰减，因此会以涌浪的形式进入固定冰。涌浪从冰缘进入流冰带再到固定冰的过程是理解固定冰崩塌机制的关键。
研究团队为了捕捉从冰缘进入流冰带及固定冰的波浪，以及崩塌后移动的浮冰的运动，在固定冰和流冰上设置了波浪传感器。另外，在流冰带和冰缘区的冰与冰之间的水面布设了波浪浮标。波浪传感器是与挪威及德国联合研究开发制造的。此外，搭载传感器的浮体为自主开发。由于该波浪浮标造价低、体积较小且易制造，因此研究团队共计布设了33个波浪浮标。
其中15座设置在固定冰上，8座设置在流冰上，10座投入冰缘和流冰带的开阔水域。实测数据被设置为每小时发送一次。2022年12月到2023年2月之间，在日本海上自卫队的协助下，研究团队利用“白濑号”的起重机和直升机完成了浮标的整个布设过程。
此外，研究团队还将直升机降落在固定冰上，在浮标附近的固定冰上对海冰进行钻孔，直接测量了冰的厚度。共计成功测量13处冰的厚度。此次测冰过程是在吕佐夫-霍尔姆湾的首次尝试。经过分析得知，冰层厚度从北到南逐渐增加了1至2米。同时发现，在2022年4月海冰崩塌时，冰缘以南的冰厚度超过3米。1至2米厚的海冰被认为是形成第一年的海冰，而超过3米的海冰则被认为是经过多年生长的海冰。
固定冰的大规模流动一般发生南半球的秋天。北侧的流冰融化，使得涌浪更容易进入。观测发现，3月中旬之前几乎没有移动的波浪浮标在3月末从北侧开始移动。4月1日之后，除了厚冰上的3个以外，全部浮标都开始移动，卫星图像也清楚地记录了固定冰大幅断裂并开始流动的情景。
之后到截止第69次南极地区观测队活动将进行5次相同的测量，通过阐明海冰长期生长的机制，将不仅为白濑号的航行提供支持，还可以从波浪和海冰的相互作用的角度提高北冰洋海冰预测精度，并有望为北极航线的开发做出贡献。另外，这些观测还将提供有助于研究至今尚未阐明的波浪引起的海冰碎裂与浮冰的大小分布之间的关系、以及海冰碎裂的本质因素等问题的珍贵数据。
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
学会：日本地球行星科学联合春季大会 大气水圈科学日程 海洋物理学一般
论文：Monitoring the motion of the land-fast ice in Lützow-Holm Bay, Antarctica
