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南極地域観測第Ⅶ期計画 ［3］
3．観測計画の概要
南極地域は、その地理的特性と地球環境モニタリングの面から科学観測を欠かすことのできない重要な地域である。今後の南極観測においても、南極が有する、極めて汚染の少ない空間、地球史情報の半永久的な凍結保存、宇宙に開かれた窓等の優位性を活用し、全地球的視点からの地球環境に関する観測や地球システムの観測を更に強化する必要がある。同時に、国際社会における我が国の責務としての基本的な観測の継続を確保する必要がある。
南極地域観測第
期計画では、これまで通り観測項目を大きく研究観測と定常観測に分ける。
研究観測
研究観測は、大きな科学的成果が期待でき、学術の水準を上げるものである。研究観測の目的、性格により以下の、重点プロジェクト研究観測、一般プロジェクト研究観測、萌芽研究観測、モニタリング研究観測に区分して第期において推進することとした。
定常観測
定常観測は、1）学術研究上あるいは実用上不可欠の基礎的資料を取得するため、2）恒常的あるいは業務的に実施する必要があり、3）国際的観測網の一翼を担い、その作業基準が国際協定等で定められている観測と位置付けられる。観測の実施内容、項目等については継続性が第一義的に求められ、その業務は総務省・独立行政法人情報通信研究機構、気象庁、国土地理院、海上保安庁が担当することを原則としている。電離層観測、気象観測、測地観測、海洋物理・化学観測、潮汐観測から構成される。
3．1．研究観測
3．1．1．重点プロジェクト研究観測
課題名
極域における宙空－大気－海洋の相互作用からとらえる地球環境システムの研究
背景
南極の持つ優位性を最大限に活用し、学術研究の飛躍的発展、地球環境変動の監視や予測等を通して人類社会への貢献を図るため、第期計画においては学問分野を越えた研究を重点的に取り組む。南極域は地球環境の変遷を探る上で格好の場であるとともに地球の気候にとって冷却源となっている。特に、社会活動にともなう人為起源による温室効果気体が引き起こす地球温暖化が南極の環境にどのような影響を及ぼし、その結果、南極の環境変動が原因でグローバルな環境変動に及ぼす影響はどのようなものか、などの検出・予測は人類社会の生存にとって極めて大事なことである。これらの観点から、我が国が戦略的に取り組んでいる地球環境問題に貢献する研究課題として、第期計画においては、学問分野を越えた分野融合型研究の重点プロジェクト研究観測「極域における宙空－大気－海洋の相互作用からとらえる地球環境システムの研究」を計画する。
極域地球システムは太陽活動の支配下で、大気、氷床、地殻、海洋、さらに、そこに生存する生物も含めた複合系を構成しており、そこではお互いに相互作用を及ぼしあう複雑なシステムとなっている。これまでの我が国の南極地域観測においては、システムを構成する個々の領域・分野での研究が行われ成果を挙げてきた。しかしながら、地球環境システムは学問分野を越えた様々な現象や要因が複雑に関与しており、既存の個々の研究分野の研究を実施するだけでは解決することは出来ない。本重点プロジェクト研究観測は、各研究分野特有の研究に加え、第期計画では初めて、研究分野を横断した緊密な連携を旗印にし、地球全体を一つのシステムとして捉え、地球環境問題を理解・解明する第一歩とする。このような学問分野横断型・融合型の研究観測により、新しい学問のブレークスルーをもたらす強い契機になることが期待される。こうした観測は、我が国が戦略的に推進している国際計画、GEOSS10年実施計画に貢献するものでもある。
また、本重点プロジェクト研究観測は、IPY2007-2008に計画されている関連課題と積極的に連携を取っており、国際社会における我が国のプレゼンスを高めるものである。特に、本研究観測ではIPY2007-2008のコンセプトの一つである両極観測（バイポーラー）の視点を取り入れる。つまり、南極域と北極域は同じ極域でありながら、地理的要因による海陸配置の違いや人類活動源からの距離差などにより自然環境に相違が起こっている。この視点により、昭和基地を中心とした南極域で得られた観測結果を国立極地研究所が主に観測活動している北極域と比較研究を行うことで、地球システムの中で極域の果たす役割・要因を明らかにする。本研究観測は、IPY2007-2008の主要6課題のうち、1）極域環境の現状の把握、2）極域自然環境の過去の変化と将来予測の向上、3）極域の地の利を活かした太陽系の理解、などに特に貢献するものである。
研究目的・研究計画
＜概要＞
極域地球システムは地球を構成する領域が互いに相互作用を及ぼして複雑なシステムとなっている。例えば、温室効果気体である二酸化炭素の収支は、主に、大気、海洋、生物という3つの系（圏）の間の相互作用により支配されている。地球の冷源である南極氷床の形成は、南極大陸の存在と、大気圏、雪氷圏、海洋・海氷圏の相互作用によるものである。また、オゾンホールの形成を支配する極域成層圏・中間圏の物理においては、オーロラ現象により加熱される電離圏・熱圏と中層大気との相互作用を無視することはできない。本重点プロジェクト研究観測は、研究分野を横断した緊密な連携により、地球全体を一つのシステムとして捉え、地球の温暖化現象、オゾンホールの形成、など、地球環境問題を理解・解明するために、極域宙空圏（磁気圏・電離圏・熱圏・中間圏を含む）、大気圏（成層圏・対流圏を含む）、海洋圏（生物圏を含む）などの異なった自然環境・領域間の相互結合と変動に注目して研究観測を推進する。特に、異なる領域間のエネルギー輸送、大気運動の上下結合、物質循環・交換、などに注目する。なお、雪氷圏は極域環境システムでは重要な役割を担うことが知られているが、ドームふじ基地での深層氷コア掘削計画は第期の初年度で終了することから、本重点プロジェクト研究観測に含めず、一般プロジェクト研究観測とした。
このテーマでは、時間スケールとして現在から過去にわたって百年程度までの現象を扱う。また、国内においては、本重点プロジクト研究観測を推進するために、プロジェクト研究グループが必要であり、雪氷圏や地圏も含む領域間結合に焦点をあわせたシンポジウムや研究会を積極的に開催し研究成果向上に努める。
研究分野を横断した融合型観測計画を明確な目的とする研究観測は第期計画が初めての試みである。そのため、第期は、本格的な融合型研究観測が実施される第
期への橋渡し時期と位置づけ、以下に示す2サブテ－マを設定し、研究分野横断型・融合型観測計画の第一歩とする。
＜サブテーマ（1）：極域の宙空圏－大気圏結合研究＞
極域は、地球磁気圏に流入した太陽風エネルギーが蓄積・消費される様相が地球上最も顕著に起こり、それはオーロラ現象として視覚的に捉えられることから、宇宙の窓と例えられる。極域電離圏・熱圏には、太陽からのエネルギーばかりでなく、下層の対流圏・成層圏・中間圏からのエネルギーや運動量が流入し、極域超高層大気のエネルギーバランスや運動、全地球規模の大気大循環に大きな影響を及ぼしていると考えられている。実際、地球温暖化に伴う中層・超高層大気の寒冷化が進行していることを示唆する極域夏季中間圏エコー（PMSE）現象の増加、などの報告がある。本サブテーマでは、超高層大気の寒冷化現象やオーロラ活動エネルギーの下層大気への影響などを宙空圏－大気圏上下間結合や地球規模の大循環の視点で明らかにする。そのためには両極での同時観測が特に重要であり、IPY2007-2008期間の国際プロジェクトInterhemispheric Conjugacy in Geospace Phenomena and their Heliospheric Driver（ICESTAR/IHY）計画を推進することとなる。この計画は、南北両極域における超高層現象や電磁環境の類似性や違いを定量的に観測することにより、地理的・地磁気的な南北対称性・非対称性に起因するエネルギーや物質の流入・輸送・消費・変質過程やその機構を明らかにすることを目的としている。この計画に呼応し、オーロラ帯に位置する昭和基地－アイスランド地磁気共役点、さらに高緯度側に位置する両極のカスプ域や極冠域において光学装置やレーダー・磁力計などによるネットワーク観測を行う。また、MF・流星レーダーやライダー観測により、成層圏から中間圏にかけての温度および大気微量成分の観測も同時に実施することにより、極域電磁気圏と中層・超高層大気の結合と変動を包括的に理解する。この領域での研究は太陽地球系物理学・科学委員会（SCOSTEP）が主催する国際共同研究計画「太陽地球系の宇宙気候と宇宙天気研究（CAWSES：2004～2008年）」にも貢献するものである。
＜サブテーマ（2）：極域の大気圏－海洋圏結合研究＞
電磁圏と中層・超高層大気の観測にあわせ、その下層に位置する成層圏や対流圏の極域大気現象の研究も進める。特に、地球温暖化に関連する二酸化炭素、メタン、オゾン等の気体やエアロゾル、それらに影響を与える様々な化学物質、さらには環境変動の指標になる微量物質がどのように大気中へ放出され、大気中で輸送・変質し、大気中から除去されるかを明らかにする。また、水循環あるいは気候変動に関する雪氷圏の役割を大気圏との相互作用の観点から明らかにする。この目的のために、オゾンホール現象の大気力学・化学過程の把握や温室効果気体の年々変動の把握のための観測、及び、地球規模での二酸化炭素の放出源、吸収源を含めた循環過程の理解のための酸素濃度の観測などを実施する。これらの観測のために、地上での観測とともに気球を用いた観測や地上からのリモートセンシング観測を実施する。また、有人航空機により、南極氷床上から海上を結ぶ広域空間でのエアロゾルと温室効果気体の水平分布の観測を行う。これら各種の観測用機器の利用により、地表面から成層圏までの極域大気の立体的な観測が可能となる。これらの観測は、IPY2007-2008のOzone Layer and UV Radiation in a Changing Climate Evaluated during IPY（ORACLE-O3）と連携して計画されている。
また、温室効果を持つ二酸化炭素の大気－海洋間における交換量と交換過程を正しく理解することは、大気中の二酸化炭素濃度変化の将来予測の精度を高めることから、人類が地球温暖化へ取り組む上で最も重要な課題である。しかしながら、我が国の南極地域観測隊が活動する南大洋インド洋区では観測例が少なく、未だ不確実さが残っているため、この交換量を確かにするため交換過程が劇的に変化する夏期間の集中的な観測を実施する。一方、硫化ジメチル（DMS）の生成は、海洋の生物生産過程と深く関連しており、大気中へ放出されると一連の化学過程を受け、最終的に雲核へ変化するといわれており、雲の生成と関わって太陽放射の地表到達を妨げることから、負の温暖化効果を持つとされている。逆に、太陽放射の地表到達量が減ると、植物プランクトンの光合成量が低下しDMSの生成量が減少し、雲の生成が減ることから、太陽放射の地表到達量が増加する。すなわち、DMSの生成過程は気候変化へ負のフィードバック効果を持っていると考えられている。第期計画においては、氷縁ブルームが起こっている海域での二酸化炭素の大気－海洋間における交換量と交換過程を明らかにするとともに、DMSの海洋での生成過程及び海洋からの放出過程と大気中での変質過程を明らかにする。これらの観測は、「しらせ」以外の海洋観測船をプラットフォームとして実施する。この分野の観測は、IPY2007-2008へ日本が提案した計画Studies on Antarctic Ocean and Global Environment（STAGE）（ID
806）の一部であり、国際的にはIntegrated Analyses of Circumpolar Climate Interactions and Ecosystem Dynamics in the Southern Ocean-International Polar Year（ICED-IPY）と連携して計画されている。
以上の南極域での観測の詳細計画検討や実施、及び、国内での解析研究や成果取りまとめを通し、極域特有に起こる電磁気圏現象、中層・超高層大気現象、成層圏・対流圏現象、さらに海洋表層・生物現象を定量化することにより、それらの現象の領域間結合や相互作用を明らかにし、地球システムのサブシステムとしての極域現象が地球環境変動に与える影響の解明を目指す。
3．1．2．一般プロジェクト研究観測
1）氷床内陸域から探る気候・氷床変動システムの解明と新たな手法の導入
南極氷床の拡大や縮小は、地球規模の気候変動にともなう海水準変動を直接決定づける。このため、大気中の温室効果ガスの増大にともなう全球的な温暖化に起因する南極氷床の変動は、海と常に関わり沿岸域に暮らす人類にとって生活・社会環境に直接の影響をもたらす。さらに、南極氷床は地球気候システムの重要な要素であるため、気候変動そのものに重大な影響をもたらす。こうした気候変動に応答した将来の氷床変動や海水準変動を理解するには、氷床内部や底面の物理・化学の機構や過去の変動に関する知見が不可欠である。さらに、南極大陸は過去の気候変動史の情報を凍結保存する記録庫の役割をもち、内陸ドーム地域や尾根地域で層序記録として最高質のものを得ることができる。これらの知見を高度化することは、地球環境の将来予測や、それに対応した政策決定に必要な知識を提供することになり、人類および国際社会にとり極めて重要である。
こうした背景に基づき、東南極内陸域に設定した測線を一様な質の高度観測手法・装置でカバーする内陸広域踏査を行う。以下の項目を解明する観測を実施する。（1）「南極氷床」存在システムを決定づける境界条件、（2）「南極氷床」内部を支配する物理化学機構、（3）「南極氷床」が保持する気候信号アーカイブの高度化や複数深層コア情報の連結、（4）表層・氷内部・氷下の極限環境生物の潜在性。主要観測手段として、氷床内部探査レーダー観測、気象要素や表層部試料の採取をはじめとした大気雪氷相互作用の観測、それに氷床試料の掘削採取を採用する。特に、氷床内部探査レーダーとして、ポラリメトリ技術やマイクロ波を利用した新手法を導入し観測情報の質と量の革新的な増大をはかる。また、第
期計画の下で始まった第2期ドームふじ氷床深層掘削計画の掘削孔を検層することにより、氷温の精密測定、掘削孔の傾斜測定等を実施し、最深部の氷が解けているのかどうかを明らかにし、地熱の熱流量を推定するとともに、氷床流動についての情報を得る。上述の測線として、昭和基地、ドームふじ基地、コーネン基地（ドイツ）、ワサ基地（スウェーデン）を結ぶものを設置する。この計画は、IPY2007-2008のTrans-Antarctic Scientific Traverses Expeditions-Ice Divide of East Antarctica計画として提案されている。
2）新生代の南極氷床・南大洋変動史の復元と地球環境変動システムの解明
新生代における南極大陸周辺の氷床や海氷・棚氷の形成とその拡大・縮小は、アルベドの変化、海洋熱塩循環の変化、風化・侵食率の増大や海洋構造と生物生産量の変化を通じて、地球上のエネルギー分配や温室効果気体を含む大気組成・物質循環に大きな影響を与えたことが予想される。このため、新生代の地球環境変動システムに対する南極氷床・南大洋の役割を明確にし、地球環境変動メカニズムに対する将来の地球環境変動の予測に貢献することを目的とし、（1）南極氷床は過去にいつどの程度変動したのか、（2）南極氷床の変動をもたらした内的原因は何か、（3）南極氷床の変動をもたらした外的原因は何で、南極氷床が変動すると海洋環境にどのような影響をもたらしたのか、などの手がかりを得るため、野外調査による南極内陸山地及び周辺海底の堆積物採取と解析を行う。この計画は、IPY2007-2008へ日本が提案した計画、Studies on Antarctic Ocean and Global Environment（STAGE）（ID806）の一部をなし、国際的にはOcean Circulationのカテゴリーに属している。
3）極域環境変動と生態系変動に関する研究
リュツォ・ホルム湾では、近年、大規模な海氷流出が起こっている。海氷流出は、同湾の沿岸生態系に少なからぬ影響を与えているものと考えられる。このため、南極沿岸域における海氷変動と生物生産の関係を解明することを目的として、定着氷下及び海氷縁海域における植物プランクトンの分布特性を調べる。定着氷域の観測は「しらせ」及び後継船で、沖合域の観測は海洋観測船を用いて実施する。また、一次生産過程の変化は、南極海生態系の高次捕食動物であるペンギン類の動態へも影響を及ぼすものと考えられる。このため、環境変化がどのような生態系変動をもたらすのかを推察することを目的として、リュツォ・ホルム湾と環境が大きく異なる地域におけるペンギン類の行動・生態の研究を、外国隊との共同観測として実施する。一方、南極の陸域生態系や湖沼生態系における変動を解明するため、極低温や強紫外線という南極の極限環境に生きる生物・微生物の生態、生理、遺伝的特性の研究を行う。この計画は、IPY2007-2008へ日本が提案した計画Studies on Antarctic Ocean and Global Environment（STAGE）（ID806）の一部であり、国際的にはCensus of Antarctic Marine Life（CAML）に連携している。
4）隕石による地球型惑星の形成及び進化過程の解明
隕石は、太陽系の生成過程を調べる貴重な試料であり、個々の隕石からの解読の積み重ねにより、太陽系の起源と進化の復元が可能となる。世界の隕石の約8割が、氷床上の濃集域から効率よく採集できる南極隕石である。第29次観測（1987-1989）の越冬隊で、セールロンダーネ山地周辺に存在する裸氷帯での本格的な隕石探査が行われ、約2000個の隕石が採集された。その中からは、月からの隕石など希少隕石も得られており、惑星科学研究に貢献してきた。また、IPY2007-2008にあわせて、同地域にベルギーが基地を開設するにあたり、隕石の国際共同調査が検討されている。このため、セールロンダーネ山地周辺での南極隕石の探査を行い、太陽系の起源や、現在の地球では得られない初期地球の形成・進化過程に関する研究を推進する。本計画はIPY 2007-2008のSearch for Meteorites in Dronning Maud Land（ID795）である。
5）超大陸の成長・分裂機構とマントルの進化過程の解明
固体地球物理学及び地質学的手法を用いて、東ドロンニングモードランドを中心に、大陸及び海洋地殻の形成発達過程とマントルの進化過程の解明研究を推進する。固体地球物理学の観測としては、南極大陸全域に広帯域地震計を展開する国際計画が進められており、その一部として、東ドロンニングモードランドの大陸縁辺部周辺での広帯域地震計の無人観測点を展開する。地質学的研究としては、東西ゴンドワナの会合部とされる東ドロンニングモードランド一帯を調査対象地域とし、10億及び5億年前の超大陸の形成に関わる変動の履歴と要因を解明する調査・研究を進める。ベルギーやドイツとの国際共同観測の可能性を検討し、また航空機等を用いた効率的な調査も目指す。さらに、後継船就航後は、マルチビーム音響測深器による詳細な海底地形データを、大陸・海洋地殻の進化過程解明の基礎データとして活用する。この計画は、IPY 2007-2008へ日本が提案した計画Gondwana Evolution and Dispersal：A perspective from Antarctica（ID395）及びDeveloping Plans for Antarctic Seismic Deployments：’Antarctic Arrays’-For Broadband Seismology on Ice-Covered Continent（ID399）の一部であり、後者は国際的には、Polar Earth Observing Network（POLENET：ID234）やA Broadband Seismic Experiment to Image the Lithosphere beneath the Gamburtsev Mountains,East Antarctica（GAMSEIS）の計画の下にある。
6）極域環境下におけるヒトの医学・生理学的研究
南極大陸の特殊な環境下で観測・設営等の活動を安全かつ確実に遂行するためには、南極の環境下におけるヒトの生理学的な反応や心理学的な応答に対する基本的な理解が必要である。このため、寒冷・日周リズム変化、骨代謝測定、越冬時のエネルギー消費量の解析、衛生学的調査、生体の生理的・病理的及び精神的な影響等について研究を行う。また、オゾンホールに起因すると考えられる紫外線照射量の増加が、ヒトや現地の動植物に与える影響についても研究を行う。
3．1．3．萌芽研究観測
1）南極昭和基地大型大気レーダー計画
地球温暖化やオゾン層破壊などの地球環境変化予測のためには、極域の成層圏など下層大気と中層・上層大気との間のエネルギー輸送過程の観測が必要である。大型大気レーダーは対流圏、成層圏、中間圏、熱圏・電離圏の広い大気領域における風やプラズマパラメータが精度良く観測できる測器であり、特に、鉛直風の直接測定機能は、大気の上下結合の定量的研究を唯一可能とするものである。本計画では、日本が世界トップの技術を有する大型大気レーダーを軸として、大気の各断面を捉える気球やレーダー、光学装置による昭和基地既存の観測を有機的に結びつけ、極域大気の総合研究を目指す。第期では、南極という特殊環境を克服するシステム設計及び開発、現地調査を進め、大幅な電力削減、工期削減が可能なことが判明した。第期計画では、本機の総合試験を行うため、アンテナ数本からなるパイロットシステムを製作し、現地試験を行うとともに、設営的な問題点も引き続き検討する。本計画は、IPY2007-2008のProgram of the Antarctic Syowa MST（Mesosphere-Stratosphere-Troposphere）/IS（Incoherent Scatter）Radar（PANSY）（Antarctic MST/IS Radar）（ID355）計画として提案されている。
2）極限環境下の生物多様性と環境・遺伝的特性
生命の存在を拒む世界とされてきた南極大陸氷床とその影響を受ける周辺地域を、新たな極限環境生態系として統一的に捉えることにより、地球上の生命の存在様式に新しい視点を加える。この地域には、低温・乾燥・高塩分の地表、極低温・乾燥の氷床表面、高圧・暗黒の氷床下湖等の、地球上に残された未解明の極限環境が集中的に存在する。ここに生きる生物の多様性とその生態、生理、遺伝的特性はほとんど未解明であり、遺伝子解析を中心とした様々な手法を用いて、環境と遺伝的特性の全容を明らかにすることを目指す。また、地球大気の大循環によって南極地域に流入した大気物質は、南極氷床によってトラップされ、数十万年の時間軸に沿って記録されている。微生物を中心とした生物情報を、形態的に、さらには遺伝的に解読することで、地球全体の生物的環境変動を理解するとともに、微生物の進化現象を直接的に捉えることを目標とする。本計画は、IPY2007-2008のMicrobiological＆Ecological Responses to Global Environmental Changes in Polar Regions（MERGE）（ID429）として提案されている。
3．1．4．モニタリング研究観測
対象とする領域、用いる観測手段により、下記の5つのサブテーマに分類し、実施する。
1）宙空圏変動のモニタリング
太陽活動に伴う極域電磁環境の長期変動をモニターすることを目的とする。太陽から地球に降り注ぐ電磁輻射、高エネルギー粒子、太陽風は、太陽活動とともに変動する。それは地球の電離圏や磁気圏の変動をもたらし、その結果は、極域のオーロラ活動、地磁気変化、電磁波動現象などとして現れる。地上よりこれらの現象の観測を行うことにより、電離圏、磁気圏といった地球の周囲の環境が、太陽活動と共にどのように変動しているかを知ることができる。また、こうした観測を長期間行うことにより、地球を取り囲む環境が長期的にどのように変化してゆくのか、という将来予測を行うことにもつながると期待される。観測項目は以下の通り。
2）気水圏変動のモニタリング
南極域の大気現象は全球規模の気候システムと深く関わっており、同時に、南極大気中の諸現象が、気候システムとその変動において主たる要因となるプロセスを多く含む。従って、南極の大気現象を監視することは、地球温暖化等の地球規模環境変化の診断に極めて重要である。南極域は、人間活動の活発な北半球中・高緯度地域から最も遠く離れており、地球規模大気環境のバックグランドの変化を監視する上で最適な場所である。温室効果気体、エアロゾル、雲、オゾン等の大気成分の動態を長期的に昭和基地及び海洋上でモニタリングするとともに、人工衛星や地上リモートセンシング等により、放射収支に関わる雲やエアロゾル等の動態を把握し、地球規模の気候・環境変動の現況評価と今後の変化予測に資する観測を実施する。また、南極大陸氷床は、気候システムにおいては地球の冷源として作用する一方、大陸氷床には気候変動に応答した変化が現れる。氷床氷縁や氷床表面質量収支の変動を系統的に観測することは、地球温暖化現象など気候変動の理解と評価のうえで必須である。さらに、南極大陸周辺海域に広がる広大な海氷域は顕著な季節変化を通して、南大洋の海洋構造及び循環場の形成に寄与している。また、海氷下を含めた海洋循環場は地球規模海洋大循環の駆動源の一つであることから、海洋循環の実態を監視することも重要である。観測項目は以下の通り。
3）地殻圏変動のモニタリング
固体地球はマントルダイナミクス及びプレート運動等により、絶えずセンチメートル／年の速度で相対運動したり内部変形したりしている。また、地殻圏は大気、海洋、氷床変動の影響を受けて幅広い時間スケールで変動していることが知られている。地球温暖化の指標である海水位の上昇は、地殻隆起量を精度良く分離・補正して検知されなければならない。これら変動現象は宇宙技術をはじめとする各種の新技術で、検出可能になってきたが、汎地球観測網を用いて包括的に観測する必要がある。南極における数少ない汎地球観測網の観測点である昭和基地において、また、往復航路上にて国際的に標準化された機器により取得されたデータを国際的に流通するデジタルフォーマットにより提供し続けることが何よりも重要である。観測項目は以下の通り。
4）生態系変動のモニタリング
極域における生態系変動を把握するため、昭和基地への往復航路にて表面海水中のプランクトン群集に関するデータを連続的に観測する。また、連続プランクトン採集器等を曳航し、プランクトン群集の標本を連続的に収集する。南極生態系の高次に位置する鳥類、哺乳類等の大型動物の個体数変動は、環境変動を捕らえるシグナルと考えられることから、昭和基地周辺のこれら大型動物の個体数等を監視する。一方、昭和基地周辺の定点やラングホブデの雪鳥沢の南極特別保護区（ASPA）における植生や環境についても監視を継続する。観測項目は以下の通り。
5）地球観測衛星データによる環境変動のモニタリング
衛星データの取得にあたっては、従来、昭和基地で受信してきたJERS-1衛星搭載L-band合成開口レーダーデータとの継続性を持つALOS衛星（2005年秋打ち上げ予定）搭載PALSARのSARデータ取得が重要であり、IPY2007-2008の一環として同PALSARを用いたSAR Monitoring of Antarctic Coastlines計画（ID823）が予定されている。このように、合成開口レーダーデータを継続取得することにより、氷床接地線をモニタリングし、氷厚変動・地殻変動・海氷変動を観測する。
広域の電磁圏・大気圏観測におけるDMSP衛星、NOAAとMODISの衛星画像の有用性に変わりは無いので、従来同様、L/S-bandアンテナ現地受信を継続するが、収録自動化・遠隔制御のさらなる高度化を目指す。また、取得する衛星データの性能検証、比較検定の地上検証実験を行う。
3．2．定常観測
3．2．1．電離層観測（総務省/情報通信研究機構）
電離層は太陽－宇宙環境の変化、超高層大気の状態によって変化する。この領域は通過する電波の伝搬に強い影響を及ぼし、超高層大気の変動を観測する重要な手段ともなる。このため、国際電波科学連合（URSI）を中心に、電離層の世界観測網を組織し、太陽－地球環境現象をモニターして世界資料センターから公開されている。また、観測データは国際電気通信連合無線通信部門（ITU-R
注1
の電波伝搬に関する基礎資料となっている。国際宇宙天気予報サービス（ISES）ではグローバルな宇宙－地球環境情報を解析し、変動の予・警報を発令する基礎資料として国際的な観測網を展開している。昭和基地における電離層観測は昭和基地で実施されている地球物理的観測と合わせて宇宙－地球環境変動の研究に寄与するとともに、宇宙天気予報推進の重要な基礎資料となる。第期計画では以下のように電離層観測を実施すると共に、宇宙天気予報に必要な観測情報をリアルタイムに収集、公開し、利用するための施設の整備を進める。また、観測機器の高信頼化、ネットワーク化を推進し、観測隊員の負担を軽減する。
3．2．2．気象観測（気象庁）
昭和基地では、一時閉鎖した期間を除き、第1次観測から地上気象観測を、第3次観測からは高層気象観測を、第5次観測からはオゾン層や大気混濁度の観測を開始し、長期間にわたるデータの蓄積を行っている。また、第32次観測からは日射・放射観測を強化、さらに第V期計画の第38次観測からは地上オゾン濃度の観測も実施し、気候・環境関連の基礎的観測データを定常的に提供する態勢を整備している。これらの観測は、世界気象機関（WMO）の国際観測網の一翼を担って実施されており、その資料は即時的に各国の気象機関に通報され、日々の気象予報に利用されるほか、温暖化やオゾン層破壊等の地球環境問題の解明と予測に利用されており、今後も気候・環境研究における基礎的観測データの重要性は高い。さらには地球規模的な気候変動の監視のため、極域の昭和基地での定常観測を維持することとし以下の観測項目を実施していく。また、観測データの利用向上のため、インターネットを利用した観測データの即時提供を図るとともに、各種観測装置については最新技術の導入による効率化を目指すこととする。
3．2．3．測地観測（国土地理院）
近年、衛星利用技術を始めとする各種の新技術の開発・実用化が進展し、南極地域を含めたグローバルな視点からの測地観測及び地理情報整備が重要となっている。このため、測地基準系についてはSCAR測地地理情報部会（WGGGI）勧告に基づき、現行の測地基準系1967から国際基準系（ITRF）に改訂する。また、国際GNSS事業（IGS）に参加し、GPS連続観測を実施するなど、昭和基地における観測等を通じて測地・地理情報に関する国際的活動に貢献するとともに、各種観測を充実し、南極地域の測地学的データ及び地理情報の整備を進める。特に、本年から運用が予定されているALOS（PALSAR、PRISM、AVNIR-2）を利用した観測等については、その運用期間を考慮して、第期計画期間より着手し重点的に取り組むものとする。
3．2．4．海洋物理・化学観測（海上保安庁）
世界の三大洋と接している南極海には、大陸を取り巻いて流れる巨大な南極周極流があり、また、南極大陸付近で沈降した海水が深層水となって、世界の海の深層に広がるとともに、三大洋をめぐる海洋深層循環を駆動しており、地球環境変動と密接に関わっている。この南極海の海況変動を監視し、その影響を把握するため海洋物理・化学観測を継続実施する。また、人間活動による直接的な汚染の少ない南極海の海洋汚染状況を監視することは、地球環境汚染の指標として大変重要である。さらに、南極大陸周辺の海底地形は、基本的な海洋特性を規定するだけではなく、地形形成を通して地球規模の変動を物語るものとして大変重要であることから、海底地形調査を継続実施するとともに、海底地形図の整備充実を図る。収集された観測データは、地球規模の海洋変動を把握するため国際的なプロジェクトとして推進されている世界海洋観測システム（GOOS）や大洋水深総図（GEBCO）の活動において、観測機会の少ない南半球における貴重なデータとして調査・研究に貢献している。
3．2．5．潮汐観測（海上保安庁）
潮汐観測は、海の深さや山の高さの決定並びに津波等の海洋現象研究の基礎資料として重要な観測である。また、南極域の潮汐観測は、大陸の地殻変動や地球温暖化に伴う海面水位変動を直接に反映するとともに、観測点の非常に少ない地域での観測であることから貴重なものとなっている。昭和基地の連続観測は世界的に注目されており、今後もその一環として潮汐連続観測を継続実施する。さらに、地球規模の海面水位長期変動監視のための国際的な世界海面水位観測システム（GLOSS）へのデータの迅速な提供を図り、連携を強化する。
南極地域は、その地理的特性と地球環境モニタリングの面から科学観測を欠かすことのできない重要な地域である。今後の南極観測においても、南極が有する、極めて汚染の少ない空間、地球史情報の半永久的な凍結保存、宇宙に開かれた窓等の優位性を活用し、全地球的視点からの地球環境に関する観測や地球システムの観測を更に強化する必要がある。同時に、国際社会における我が国の責務としての基本的な観測の継続を確保する必要がある。
南極地域観測第
期計画では、これまで通り観測項目を大きく研究観測と定常観測に分ける。研究観測
研究観測は、大きな科学的成果が期待でき、学術の水準を上げるものである。研究観測の目的、性格により以下の、重点プロジェクト研究観測、一般プロジェクト研究観測、萌芽研究観測、モニタリング研究観測に区分して第
期において推進することとした。
| ○ | 重点プロジェクト研究観測：計画期間を通じて集中的に取り組む研究観測である。我が国が優位に進めている研究観測や国際貢献が求められる研究観測、社会的要請に応える研究観測を推進する。特に、第期計画の期間がIPY2007-2008の期間を含むことから、IPY2007-2008の趣旨（参考資料-1）に沿った研究観測を軸とし、国際協調または日本独自の学際的、戦略的かつ独創的な取り組みにより実施される研究観測とした。 |
| ○ | 一般プロジェクト研究観測：国内研究者組織による研究観測や国内研究者組織と外国の機関や研究者組織との共同企画による比較的小規模な研究観測である。IPY2007-2008と連携する研究観測も含まれる。 |
| ○ | 萌芽研究観測：将来の重点プロジェクト研究観測に発展する可能性が期待される研究観測である。 |
| ○ | モニタリング研究観測：モニタリング研究観測は長期的に継続して観測データの蓄積を図りつつ研究を進める研究観測である。 |
定常観測
定常観測は、1）学術研究上あるいは実用上不可欠の基礎的資料を取得するため、2）恒常的あるいは業務的に実施する必要があり、3）国際的観測網の一翼を担い、その作業基準が国際協定等で定められている観測と位置付けられる。観測の実施内容、項目等については継続性が第一義的に求められ、その業務は総務省・独立行政法人情報通信研究機構、気象庁、国土地理院、海上保安庁が担当することを原則としている。電離層観測、気象観測、測地観測、海洋物理・化学観測、潮汐観測から構成される。
3．1．研究観測
3．1．1．重点プロジェクト研究観測
課題名
極域における宙空－大気－海洋の相互作用からとらえる地球環境システムの研究
背景
南極の持つ優位性を最大限に活用し、学術研究の飛躍的発展、地球環境変動の監視や予測等を通して人類社会への貢献を図るため、第
期計画においては学問分野を越えた研究を重点的に取り組む。南極域は地球環境の変遷を探る上で格好の場であるとともに地球の気候にとって冷却源となっている。特に、社会活動にともなう人為起源による温室効果気体が引き起こす地球温暖化が南極の環境にどのような影響を及ぼし、その結果、南極の環境変動が原因でグローバルな環境変動に及ぼす影響はどのようなものか、などの検出・予測は人類社会の生存にとって極めて大事なことである。これらの観点から、我が国が戦略的に取り組んでいる地球環境問題に貢献する研究課題として、第期計画においては、学問分野を越えた分野融合型研究の重点プロジェクト研究観測「極域における宙空－大気－海洋の相互作用からとらえる地球環境システムの研究」を計画する。極域地球システムは太陽活動の支配下で、大気、氷床、地殻、海洋、さらに、そこに生存する生物も含めた複合系を構成しており、そこではお互いに相互作用を及ぼしあう複雑なシステムとなっている。これまでの我が国の南極地域観測においては、システムを構成する個々の領域・分野での研究が行われ成果を挙げてきた。しかしながら、地球環境システムは学問分野を越えた様々な現象や要因が複雑に関与しており、既存の個々の研究分野の研究を実施するだけでは解決することは出来ない。本重点プロジェクト研究観測は、各研究分野特有の研究に加え、第
期計画では初めて、研究分野を横断した緊密な連携を旗印にし、地球全体を一つのシステムとして捉え、地球環境問題を理解・解明する第一歩とする。このような学問分野横断型・融合型の研究観測により、新しい学問のブレークスルーをもたらす強い契機になることが期待される。こうした観測は、我が国が戦略的に推進している国際計画、GEOSS10年実施計画に貢献するものでもある。また、本重点プロジェクト研究観測は、IPY2007-2008に計画されている関連課題と積極的に連携を取っており、国際社会における我が国のプレゼンスを高めるものである。特に、本研究観測ではIPY2007-2008のコンセプトの一つである両極観測（バイポーラー）の視点を取り入れる。つまり、南極域と北極域は同じ極域でありながら、地理的要因による海陸配置の違いや人類活動源からの距離差などにより自然環境に相違が起こっている。この視点により、昭和基地を中心とした南極域で得られた観測結果を国立極地研究所が主に観測活動している北極域と比較研究を行うことで、地球システムの中で極域の果たす役割・要因を明らかにする。本研究観測は、IPY2007-2008の主要6課題のうち、1）極域環境の現状の把握、2）極域自然環境の過去の変化と将来予測の向上、3）極域の地の利を活かした太陽系の理解、などに特に貢献するものである。
研究目的・研究計画
＜概要＞
極域地球システムは地球を構成する領域が互いに相互作用を及ぼして複雑なシステムとなっている。例えば、温室効果気体である二酸化炭素の収支は、主に、大気、海洋、生物という3つの系（圏）の間の相互作用により支配されている。地球の冷源である南極氷床の形成は、南極大陸の存在と、大気圏、雪氷圏、海洋・海氷圏の相互作用によるものである。また、オゾンホールの形成を支配する極域成層圏・中間圏の物理においては、オーロラ現象により加熱される電離圏・熱圏と中層大気との相互作用を無視することはできない。本重点プロジェクト研究観測は、研究分野を横断した緊密な連携により、地球全体を一つのシステムとして捉え、地球の温暖化現象、オゾンホールの形成、など、地球環境問題を理解・解明するために、極域宙空圏（磁気圏・電離圏・熱圏・中間圏を含む）、大気圏（成層圏・対流圏を含む）、海洋圏（生物圏を含む）などの異なった自然環境・領域間の相互結合と変動に注目して研究観測を推進する。特に、異なる領域間のエネルギー輸送、大気運動の上下結合、物質循環・交換、などに注目する。なお、雪氷圏は極域環境システムでは重要な役割を担うことが知られているが、ドームふじ基地での深層氷コア掘削計画は第
期の初年度で終了することから、本重点プロジェクト研究観測に含めず、一般プロジェクト研究観測とした。このテーマでは、時間スケールとして現在から過去にわたって百年程度までの現象を扱う。また、国内においては、本重点プロジクト研究観測を推進するために、プロジェクト研究グループが必要であり、雪氷圏や地圏も含む領域間結合に焦点をあわせたシンポジウムや研究会を積極的に開催し研究成果向上に努める。
研究分野を横断した融合型観測計画を明確な目的とする研究観測は第
期計画が初めての試みである。そのため、第期は、本格的な融合型研究観測が実施される第期への橋渡し時期と位置づけ、以下に示す2サブテ－マを設定し、研究分野横断型・融合型観測計画の第一歩とする。＜サブテーマ（1）：極域の宙空圏－大気圏結合研究＞
極域は、地球磁気圏に流入した太陽風エネルギーが蓄積・消費される様相が地球上最も顕著に起こり、それはオーロラ現象として視覚的に捉えられることから、宇宙の窓と例えられる。極域電離圏・熱圏には、太陽からのエネルギーばかりでなく、下層の対流圏・成層圏・中間圏からのエネルギーや運動量が流入し、極域超高層大気のエネルギーバランスや運動、全地球規模の大気大循環に大きな影響を及ぼしていると考えられている。実際、地球温暖化に伴う中層・超高層大気の寒冷化が進行していることを示唆する極域夏季中間圏エコー（PMSE）現象の増加、などの報告がある。本サブテーマでは、超高層大気の寒冷化現象やオーロラ活動エネルギーの下層大気への影響などを宙空圏－大気圏上下間結合や地球規模の大循環の視点で明らかにする。そのためには両極での同時観測が特に重要であり、IPY2007-2008期間の国際プロジェクトInterhemispheric Conjugacy in Geospace Phenomena and their Heliospheric Driver（ICESTAR/IHY）計画を推進することとなる。この計画は、南北両極域における超高層現象や電磁環境の類似性や違いを定量的に観測することにより、地理的・地磁気的な南北対称性・非対称性に起因するエネルギーや物質の流入・輸送・消費・変質過程やその機構を明らかにすることを目的としている。この計画に呼応し、オーロラ帯に位置する昭和基地－アイスランド地磁気共役点、さらに高緯度側に位置する両極のカスプ域や極冠域において光学装置やレーダー・磁力計などによるネットワーク観測を行う。また、MF・流星レーダーやライダー観測により、成層圏から中間圏にかけての温度および大気微量成分の観測も同時に実施することにより、極域電磁気圏と中層・超高層大気の結合と変動を包括的に理解する。この領域での研究は太陽地球系物理学・科学委員会（SCOSTEP）が主催する国際共同研究計画「太陽地球系の宇宙気候と宇宙天気研究（CAWSES：2004～2008年）」にも貢献するものである。
＜サブテーマ（2）：極域の大気圏－海洋圏結合研究＞
電磁圏と中層・超高層大気の観測にあわせ、その下層に位置する成層圏や対流圏の極域大気現象の研究も進める。特に、地球温暖化に関連する二酸化炭素、メタン、オゾン等の気体やエアロゾル、それらに影響を与える様々な化学物質、さらには環境変動の指標になる微量物質がどのように大気中へ放出され、大気中で輸送・変質し、大気中から除去されるかを明らかにする。また、水循環あるいは気候変動に関する雪氷圏の役割を大気圏との相互作用の観点から明らかにする。この目的のために、オゾンホール現象の大気力学・化学過程の把握や温室効果気体の年々変動の把握のための観測、及び、地球規模での二酸化炭素の放出源、吸収源を含めた循環過程の理解のための酸素濃度の観測などを実施する。これらの観測のために、地上での観測とともに気球を用いた観測や地上からのリモートセンシング観測を実施する。また、有人航空機により、南極氷床上から海上を結ぶ広域空間でのエアロゾルと温室効果気体の水平分布の観測を行う。これら各種の観測用機器の利用により、地表面から成層圏までの極域大気の立体的な観測が可能となる。これらの観測は、IPY2007-2008のOzone Layer and UV Radiation in a Changing Climate Evaluated during IPY（ORACLE-O3）と連携して計画されている。
また、温室効果を持つ二酸化炭素の大気－海洋間における交換量と交換過程を正しく理解することは、大気中の二酸化炭素濃度変化の将来予測の精度を高めることから、人類が地球温暖化へ取り組む上で最も重要な課題である。しかしながら、我が国の南極地域観測隊が活動する南大洋インド洋区では観測例が少なく、未だ不確実さが残っているため、この交換量を確かにするため交換過程が劇的に変化する夏期間の集中的な観測を実施する。一方、硫化ジメチル（DMS）の生成は、海洋の生物生産過程と深く関連しており、大気中へ放出されると一連の化学過程を受け、最終的に雲核へ変化するといわれており、雲の生成と関わって太陽放射の地表到達を妨げることから、負の温暖化効果を持つとされている。逆に、太陽放射の地表到達量が減ると、植物プランクトンの光合成量が低下しDMSの生成量が減少し、雲の生成が減ることから、太陽放射の地表到達量が増加する。すなわち、DMSの生成過程は気候変化へ負のフィードバック効果を持っていると考えられている。第
期計画においては、氷縁ブルームが起こっている海域での二酸化炭素の大気－海洋間における交換量と交換過程を明らかにするとともに、DMSの海洋での生成過程及び海洋からの放出過程と大気中での変質過程を明らかにする。これらの観測は、「しらせ」以外の海洋観測船をプラットフォームとして実施する。この分野の観測は、IPY2007-2008へ日本が提案した計画Studies on Antarctic Ocean and Global Environment（STAGE）（ID806）の一部であり、国際的にはIntegrated Analyses of Circumpolar Climate Interactions and Ecosystem Dynamics in the Southern Ocean-International Polar Year（ICED-IPY）と連携して計画されている。以上の南極域での観測の詳細計画検討や実施、及び、国内での解析研究や成果取りまとめを通し、極域特有に起こる電磁気圏現象、中層・超高層大気現象、成層圏・対流圏現象、さらに海洋表層・生物現象を定量化することにより、それらの現象の領域間結合や相互作用を明らかにし、地球システムのサブシステムとしての極域現象が地球環境変動に与える影響の解明を目指す。
3．1．2．一般プロジェクト研究観測
1）氷床内陸域から探る気候・氷床変動システムの解明と新たな手法の導入
南極氷床の拡大や縮小は、地球規模の気候変動にともなう海水準変動を直接決定づける。このため、大気中の温室効果ガスの増大にともなう全球的な温暖化に起因する南極氷床の変動は、海と常に関わり沿岸域に暮らす人類にとって生活・社会環境に直接の影響をもたらす。さらに、南極氷床は地球気候システムの重要な要素であるため、気候変動そのものに重大な影響をもたらす。こうした気候変動に応答した将来の氷床変動や海水準変動を理解するには、氷床内部や底面の物理・化学の機構や過去の変動に関する知見が不可欠である。さらに、南極大陸は過去の気候変動史の情報を凍結保存する記録庫の役割をもち、内陸ドーム地域や尾根地域で層序記録として最高質のものを得ることができる。これらの知見を高度化することは、地球環境の将来予測や、それに対応した政策決定に必要な知識を提供することになり、人類および国際社会にとり極めて重要である。
こうした背景に基づき、東南極内陸域に設定した測線を一様な質の高度観測手法・装置でカバーする内陸広域踏査を行う。以下の項目を解明する観測を実施する。（1）「南極氷床」存在システムを決定づける境界条件、（2）「南極氷床」内部を支配する物理化学機構、（3）「南極氷床」が保持する気候信号アーカイブの高度化や複数深層コア情報の連結、（4）表層・氷内部・氷下の極限環境生物の潜在性。主要観測手段として、氷床内部探査レーダー観測、気象要素や表層部試料の採取をはじめとした大気雪氷相互作用の観測、それに氷床試料の掘削採取を採用する。特に、氷床内部探査レーダーとして、ポラリメトリ技術やマイクロ波を利用した新手法を導入し観測情報の質と量の革新的な増大をはかる。また、第
期計画の下で始まった第2期ドームふじ氷床深層掘削計画の掘削孔を検層することにより、氷温の精密測定、掘削孔の傾斜測定等を実施し、最深部の氷が解けているのかどうかを明らかにし、地熱の熱流量を推定するとともに、氷床流動についての情報を得る。上述の測線として、昭和基地、ドームふじ基地、コーネン基地（ドイツ）、ワサ基地（スウェーデン）を結ぶものを設置する。この計画は、IPY2007-2008のTrans-Antarctic Scientific Traverses Expeditions-Ice Divide of East Antarctica計画として提案されている。2）新生代の南極氷床・南大洋変動史の復元と地球環境変動システムの解明
新生代における南極大陸周辺の氷床や海氷・棚氷の形成とその拡大・縮小は、アルベドの変化、海洋熱塩循環の変化、風化・侵食率の増大や海洋構造と生物生産量の変化を通じて、地球上のエネルギー分配や温室効果気体を含む大気組成・物質循環に大きな影響を与えたことが予想される。このため、新生代の地球環境変動システムに対する南極氷床・南大洋の役割を明確にし、地球環境変動メカニズムに対する将来の地球環境変動の予測に貢献することを目的とし、（1）南極氷床は過去にいつどの程度変動したのか、（2）南極氷床の変動をもたらした内的原因は何か、（3）南極氷床の変動をもたらした外的原因は何で、南極氷床が変動すると海洋環境にどのような影響をもたらしたのか、などの手がかりを得るため、野外調査による南極内陸山地及び周辺海底の堆積物採取と解析を行う。この計画は、IPY2007-2008へ日本が提案した計画、Studies on Antarctic Ocean and Global Environment（STAGE）（ID
806）の一部をなし、国際的にはOcean Circulationのカテゴリーに属している。3）極域環境変動と生態系変動に関する研究
リュツォ・ホルム湾では、近年、大規模な海氷流出が起こっている。海氷流出は、同湾の沿岸生態系に少なからぬ影響を与えているものと考えられる。このため、南極沿岸域における海氷変動と生物生産の関係を解明することを目的として、定着氷下及び海氷縁海域における植物プランクトンの分布特性を調べる。定着氷域の観測は「しらせ」及び後継船で、沖合域の観測は海洋観測船を用いて実施する。また、一次生産過程の変化は、南極海生態系の高次捕食動物であるペンギン類の動態へも影響を及ぼすものと考えられる。このため、環境変化がどのような生態系変動をもたらすのかを推察することを目的として、リュツォ・ホルム湾と環境が大きく異なる地域におけるペンギン類の行動・生態の研究を、外国隊との共同観測として実施する。一方、南極の陸域生態系や湖沼生態系における変動を解明するため、極低温や強紫外線という南極の極限環境に生きる生物・微生物の生態、生理、遺伝的特性の研究を行う。この計画は、IPY2007-2008へ日本が提案した計画Studies on Antarctic Ocean and Global Environment（STAGE）（ID
806）の一部であり、国際的にはCensus of Antarctic Marine Life（CAML）に連携している。4）隕石による地球型惑星の形成及び進化過程の解明
隕石は、太陽系の生成過程を調べる貴重な試料であり、個々の隕石からの解読の積み重ねにより、太陽系の起源と進化の復元が可能となる。世界の隕石の約8割が、氷床上の濃集域から効率よく採集できる南極隕石である。第29次観測（1987-1989）の越冬隊で、セールロンダーネ山地周辺に存在する裸氷帯での本格的な隕石探査が行われ、約2000個の隕石が採集された。その中からは、月からの隕石など希少隕石も得られており、惑星科学研究に貢献してきた。また、IPY2007-2008にあわせて、同地域にベルギーが基地を開設するにあたり、隕石の国際共同調査が検討されている。このため、セールロンダーネ山地周辺での南極隕石の探査を行い、太陽系の起源や、現在の地球では得られない初期地球の形成・進化過程に関する研究を推進する。本計画はIPY 2007-2008のSearch for Meteorites in Dronning Maud Land（ID
795）である。5）超大陸の成長・分裂機構とマントルの進化過程の解明
固体地球物理学及び地質学的手法を用いて、東ドロンニングモードランドを中心に、大陸及び海洋地殻の形成発達過程とマントルの進化過程の解明研究を推進する。固体地球物理学の観測としては、南極大陸全域に広帯域地震計を展開する国際計画が進められており、その一部として、東ドロンニングモードランドの大陸縁辺部周辺での広帯域地震計の無人観測点を展開する。地質学的研究としては、東西ゴンドワナの会合部とされる東ドロンニングモードランド一帯を調査対象地域とし、10億及び5億年前の超大陸の形成に関わる変動の履歴と要因を解明する調査・研究を進める。ベルギーやドイツとの国際共同観測の可能性を検討し、また航空機等を用いた効率的な調査も目指す。さらに、後継船就航後は、マルチビーム音響測深器による詳細な海底地形データを、大陸・海洋地殻の進化過程解明の基礎データとして活用する。この計画は、IPY 2007-2008へ日本が提案した計画Gondwana Evolution and Dispersal：A perspective from Antarctica（ID
395）及びDeveloping Plans for Antarctic Seismic Deployments：’Antarctic Arrays’-For Broadband Seismology on Ice-Covered Continent（ID399）の一部であり、後者は国際的には、Polar Earth Observing Network（POLENET：ID234）やA Broadband Seismic Experiment to Image the Lithosphere beneath the Gamburtsev Mountains,East Antarctica（GAMSEIS）の計画の下にある。6）極域環境下におけるヒトの医学・生理学的研究
南極大陸の特殊な環境下で観測・設営等の活動を安全かつ確実に遂行するためには、南極の環境下におけるヒトの生理学的な反応や心理学的な応答に対する基本的な理解が必要である。このため、寒冷・日周リズム変化、骨代謝測定、越冬時のエネルギー消費量の解析、衛生学的調査、生体の生理的・病理的及び精神的な影響等について研究を行う。また、オゾンホールに起因すると考えられる紫外線照射量の増加が、ヒトや現地の動植物に与える影響についても研究を行う。
3．1．3．萌芽研究観測
1）南極昭和基地大型大気レーダー計画
地球温暖化やオゾン層破壊などの地球環境変化予測のためには、極域の成層圏など下層大気と中層・上層大気との間のエネルギー輸送過程の観測が必要である。大型大気レーダーは対流圏、成層圏、中間圏、熱圏・電離圏の広い大気領域における風やプラズマパラメータが精度良く観測できる測器であり、特に、鉛直風の直接測定機能は、大気の上下結合の定量的研究を唯一可能とするものである。本計画では、日本が世界トップの技術を有する大型大気レーダーを軸として、大気の各断面を捉える気球やレーダー、光学装置による昭和基地既存の観測を有機的に結びつけ、極域大気の総合研究を目指す。第
期では、南極という特殊環境を克服するシステム設計及び開発、現地調査を進め、大幅な電力削減、工期削減が可能なことが判明した。第期計画では、本機の総合試験を行うため、アンテナ数本からなるパイロットシステムを製作し、現地試験を行うとともに、設営的な問題点も引き続き検討する。本計画は、IPY2007-2008のProgram of the Antarctic Syowa MST（Mesosphere-Stratosphere-Troposphere）/IS（Incoherent Scatter）Radar（PANSY）（Antarctic MST/IS Radar）（ID355）計画として提案されている。2）極限環境下の生物多様性と環境・遺伝的特性
生命の存在を拒む世界とされてきた南極大陸氷床とその影響を受ける周辺地域を、新たな極限環境生態系として統一的に捉えることにより、地球上の生命の存在様式に新しい視点を加える。この地域には、低温・乾燥・高塩分の地表、極低温・乾燥の氷床表面、高圧・暗黒の氷床下湖等の、地球上に残された未解明の極限環境が集中的に存在する。ここに生きる生物の多様性とその生態、生理、遺伝的特性はほとんど未解明であり、遺伝子解析を中心とした様々な手法を用いて、環境と遺伝的特性の全容を明らかにすることを目指す。また、地球大気の大循環によって南極地域に流入した大気物質は、南極氷床によってトラップされ、数十万年の時間軸に沿って記録されている。微生物を中心とした生物情報を、形態的に、さらには遺伝的に解読することで、地球全体の生物的環境変動を理解するとともに、微生物の進化現象を直接的に捉えることを目標とする。本計画は、IPY2007-2008のMicrobiological＆Ecological Responses to Global Environmental Changes in Polar Regions（MERGE）（ID
429）として提案されている。3．1．4．モニタリング研究観測
対象とする領域、用いる観測手段により、下記の5つのサブテーマに分類し、実施する。
1）宙空圏変動のモニタリング
太陽活動に伴う極域電磁環境の長期変動をモニターすることを目的とする。太陽から地球に降り注ぐ電磁輻射、高エネルギー粒子、太陽風は、太陽活動とともに変動する。それは地球の電離圏や磁気圏の変動をもたらし、その結果は、極域のオーロラ活動、地磁気変化、電磁波動現象などとして現れる。地上よりこれらの現象の観測を行うことにより、電離圏、磁気圏といった地球の周囲の環境が、太陽活動と共にどのように変動しているかを知ることができる。また、こうした観測を長期間行うことにより、地球を取り囲む環境が長期的にどのように変化してゆくのか、という将来予測を行うことにもつながると期待される。観測項目は以下の通り。
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全天カメラによるオーロラ形態、発光強度の観測 | |
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掃天フォトメータによるオーロラ強度分布の観測 | |
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リオメータ・イメージングリオメータによるオーロラ降下粒子の観測 | |
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地磁気絶対観測 | |
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フラックスゲート磁力計による地磁気3成分変化観測 | |
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インダクション磁力計によるULF帯電磁波動観測 | |
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ELF/VLF帯電磁波動観測 |
2）気水圏変動のモニタリング
南極域の大気現象は全球規模の気候システムと深く関わっており、同時に、南極大気中の諸現象が、気候システムとその変動において主たる要因となるプロセスを多く含む。従って、南極の大気現象を監視することは、地球温暖化等の地球規模環境変化の診断に極めて重要である。南極域は、人間活動の活発な北半球中・高緯度地域から最も遠く離れており、地球規模大気環境のバックグランドの変化を監視する上で最適な場所である。温室効果気体、エアロゾル、雲、オゾン等の大気成分の動態を長期的に昭和基地及び海洋上でモニタリングするとともに、人工衛星や地上リモートセンシング等により、放射収支に関わる雲やエアロゾル等の動態を把握し、地球規模の気候・環境変動の現況評価と今後の変化予測に資する観測を実施する。また、南極大陸氷床は、気候システムにおいては地球の冷源として作用する一方、大陸氷床には気候変動に応答した変化が現れる。氷床氷縁や氷床表面質量収支の変動を系統的に観測することは、地球温暖化現象など気候変動の理解と評価のうえで必須である。さらに、南極大陸周辺海域に広がる広大な海氷域は顕著な季節変化を通して、南大洋の海洋構造及び循環場の形成に寄与している。また、海氷下を含めた海洋循環場は地球規模海洋大循環の駆動源の一つであることから、海洋循環の実態を監視することも重要である。観測項目は以下の通り。
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温室効果気体の観測 | |
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エアロゾル・雲の観測 | |
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氷床動態観測 | |
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海氷・海洋循環変動観測 |
3）地殻圏変動のモニタリング
固体地球はマントルダイナミクス及びプレート運動等により、絶えずセンチメートル／年の速度で相対運動したり内部変形したりしている。また、地殻圏は大気、海洋、氷床変動の影響を受けて幅広い時間スケールで変動していることが知られている。地球温暖化の指標である海水位の上昇は、地殻隆起量を精度良く分離・補正して検知されなければならない。これら変動現象は宇宙技術をはじめとする各種の新技術で、検出可能になってきたが、汎地球観測網を用いて包括的に観測する必要がある。南極における数少ない汎地球観測網の観測点である昭和基地において、また、往復航路上にて国際的に標準化された機器により取得されたデータを国際的に流通するデジタルフォーマットにより提供し続けることが何よりも重要である。観測項目は以下の通り。
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FDSN網において実施する短周期及び広帯域地震計による観測 | |
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GGP網において実施する超伝導重力計による重力連続観測 | |
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IVS網において実施するVLBI観測 | |
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IGS網－GPS点の維持、及びIDS網において実施するDORIS観測 | |
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船上固体地球物理観測（海上重力・地磁気三成分測定）、及びマルチビーム音響測深器による海底地形調査（後継船以降） | |
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海洋水位変動観測及び海底圧力計観測 |
4）生態系変動のモニタリング
極域における生態系変動を把握するため、昭和基地への往復航路にて表面海水中のプランクトン群集に関するデータを連続的に観測する。また、連続プランクトン採集器等を曳航し、プランクトン群集の標本を連続的に収集する。南極生態系の高次に位置する鳥類、哺乳類等の大型動物の個体数変動は、環境変動を捕らえるシグナルと考えられることから、昭和基地周辺のこれら大型動物の個体数等を監視する。一方、昭和基地周辺の定点やラングホブデの雪鳥沢の南極特別保護区（ASPA）における植生や環境についても監視を継続する。観測項目は以下の通り。
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植物プランクトン及び海洋環境パラメーターの観測 | |
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動物プランクトンの観測 | |
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アデリーペンギン等の個体数観測 | |
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陸上植生（湖沼を含む）の観測 |
5）地球観測衛星データによる環境変動のモニタリング
衛星データの取得にあたっては、従来、昭和基地で受信してきたJERS-1衛星搭載L-band合成開口レーダーデータとの継続性を持つALOS衛星（2005年秋打ち上げ予定）搭載PALSARのSARデータ取得が重要であり、IPY2007-2008の一環として同PALSARを用いたSAR Monitoring of Antarctic Coastlines計画（ID
823）が予定されている。このように、合成開口レーダーデータを継続取得することにより、氷床接地線をモニタリングし、氷厚変動・地殻変動・海氷変動を観測する。広域の電磁圏・大気圏観測におけるDMSP衛星、NOAAとMODISの衛星画像の有用性に変わりは無いので、従来同様、L/S-bandアンテナ現地受信を継続するが、収録自動化・遠隔制御のさらなる高度化を目指す。また、取得する衛星データの性能検証、比較検定の地上検証実験を行う。
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LバンドSAR（ALOS/PALSAR）、CバンドSAR（ENVISAT）データの取得、及びDMSP/NOAA/MODISデータの取得 | |
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ALOS/PALSARのためのコーナーリフレクターの設置 | |
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ICESATレーザー高度計検証のための雪尺測定、及び海氷上でのGPS潮汐測定 | |
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衛星データ検証のための氷床上無人気象装置の設置、連続観測 |
3．2．定常観測
3．2．1．電離層観測（総務省/情報通信研究機構）
電離層は太陽－宇宙環境の変化、超高層大気の状態によって変化する。この領域は通過する電波の伝搬に強い影響を及ぼし、超高層大気の変動を観測する重要な手段ともなる。このため、国際電波科学連合（URSI）を中心に、電離層の世界観測網を組織し、太陽－地球環境現象をモニターして世界資料センターから公開されている。また、観測データは国際電気通信連合無線通信部門（ITU-R
注1の電波伝搬に関する基礎資料となっている。国際宇宙天気予報サービス（ISES）ではグローバルな宇宙－地球環境情報を解析し、変動の予・警報を発令する基礎資料として国際的な観測網を展開している。昭和基地における電離層観測は昭和基地で実施されている地球物理的観測と合わせて宇宙－地球環境変動の研究に寄与するとともに、宇宙天気予報推進の重要な基礎資料となる。第期計画では以下のように電離層観測を実施すると共に、宇宙天気予報に必要な観測情報をリアルタイムに収集、公開し、利用するための施設の整備を進める。また、観測機器の高信頼化、ネットワーク化を推進し、観測隊員の負担を軽減する。
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電離層の観測 国際基準に基づく電離層電子密度プロファイル、電波伝搬特性を観測し、宇宙天気予報に利用するほか、世界資料センターに送付し、世界的利用に供する。長期間にわたる観測データの蓄積により、地球環境の長期変動解析の基礎資料に資する。 |
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宇宙天気予報に必要なデータ収集 宇宙環境変動を示すオーロラ、地磁気、電離層電場等の情報のリアルタイムデータ収集を実施し、宇宙天気予報に提供する他、速報データとして公開し、世界的利用に供する。 |
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電離層の移動観測 ITU-Rの勧告に基づき、電波伝搬に影響する電離層の状態を航海中の船上で行い、広い距離範囲にわたる電波伝搬の資料を収集してITU-Rに送付し、世界的利用に供する。 注1：電気通信分野における国際連合の専門機関である国際電気通信連合（ITU：International Telecommunication Union）の無線通信部門（ITU-Radiocommunication Sector）で、無線通信に関する国際的規則である無線通信規則（RR：Radio Regulations）の改正、無線通信の技術・運用等の問題の研究、勧告の作成及び周波数の割当て・登録等を行っている。 |
3．2．2．気象観測（気象庁）
昭和基地では、一時閉鎖した期間を除き、第1次観測から地上気象観測を、第3次観測からは高層気象観測を、第5次観測からはオゾン層や大気混濁度の観測を開始し、長期間にわたるデータの蓄積を行っている。また、第32次観測からは日射・放射観測を強化、さらに第V期計画の第38次観測からは地上オゾン濃度の観測も実施し、気候・環境関連の基礎的観測データを定常的に提供する態勢を整備している。これらの観測は、世界気象機関（WMO）の国際観測網の一翼を担って実施されており、その資料は即時的に各国の気象機関に通報され、日々の気象予報に利用されるほか、温暖化やオゾン層破壊等の地球環境問題の解明と予測に利用されており、今後も気候・環境研究における基礎的観測データの重要性は高い。さらには地球規模的な気候変動の監視のため、極域の昭和基地での定常観測を維持することとし以下の観測項目を実施していく。また、観測データの利用向上のため、インターネットを利用した観測データの即時提供を図るとともに、各種観測装置については最新技術の導入による効率化を目指すこととする。
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地上気象観測 全球気候観測システム（GCOS）の観測点であり、野外活動支援に不可欠であることから従来から実施してきた地上気象観測を継続する。 |
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高層気象観測 GCOSの観測点であり、野外活動支援にも必要であることから、レーウィンゾンデによる高層気象観測を継続する。なお、観測精度の向上・保守作業の軽減等のため観測方法をこれまでの自動追跡記録型方向探知機方式からGPS方式に変更する。 |
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オゾン観測 全球大気監視計画（GAW）の観測点であることから、オゾン分光観測、オゾンゾンデ観測、紫外域日射観測、地上オゾン濃度観測を継続する。 |
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日射・放射量の観測 世界気候研究計画（WCRP）の基準地上放射観測網（BSRN）の観測点であり、かつGAWの観測点であることから、日射・放射量の観測を継続する。 |
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特殊ゾンデ観測 エーロゾルの観測はオゾン層破壊や日射量変動と密接に関係することから特殊ゾンデを用いて観測を継続する。 |
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天気解析 観測隊の野外活動の多様化、航空路の拡大等に伴い、気象情報の重要性が更に増加すると考えられる。これらに対応し天気解析を継続するとともに、昭和基地で利用可能な気象資料の拡充を図る。 |
3．2．3．測地観測（国土地理院）
近年、衛星利用技術を始めとする各種の新技術の開発・実用化が進展し、南極地域を含めたグローバルな視点からの測地観測及び地理情報整備が重要となっている。このため、測地基準系についてはSCAR測地地理情報部会（WGGGI）勧告に基づき、現行の測地基準系1967から国際基準系（ITRF）に改訂する。また、国際GNSS事業（IGS）に参加し、GPS連続観測を実施するなど、昭和基地における観測等を通じて測地・地理情報に関する国際的活動に貢献するとともに、各種観測を充実し、南極地域の測地学的データ及び地理情報の整備を進める。特に、本年から運用が予定されているALOS（PALSAR、PRISM、AVNIR-2）を利用した観測等については、その運用期間を考慮して、第
期計画期間より着手し重点的に取り組むものとする。
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測地測量 国際基準系への改訂を目的にGPS観測を行うとともに、地殻変動・氷床変動の検出を目的とした干渉SAR観測、GPS観測、水準測量、絶対重力測量を実施する。 |
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人工衛星を利用した地形図作成 ALOS画像等により、DEM抽出、地形図作成、氷縁変動検出等を行うとともに、地球地図の更新を行う。また、航空機搭載レーザスキャナ等による詳細な地表面の形態及び変動観測の可能性について検討する。 |
3．2．4．海洋物理・化学観測（海上保安庁）
世界の三大洋と接している南極海には、大陸を取り巻いて流れる巨大な南極周極流があり、また、南極大陸付近で沈降した海水が深層水となって、世界の海の深層に広がるとともに、三大洋をめぐる海洋深層循環を駆動しており、地球環境変動と密接に関わっている。この南極海の海況変動を監視し、その影響を把握するため海洋物理・化学観測を継続実施する。また、人間活動による直接的な汚染の少ない南極海の海洋汚染状況を監視することは、地球環境汚染の指標として大変重要である。さらに、南極大陸周辺の海底地形は、基本的な海洋特性を規定するだけではなく、地形形成を通して地球規模の変動を物語るものとして大変重要であることから、海底地形調査を継続実施するとともに、海底地形図の整備充実を図る。収集された観測データは、地球規模の海洋変動を把握するため国際的なプロジェクトとして推進されている世界海洋観測システム（GOOS）や大洋水深総図（GEBCO）の活動において、観測機会の少ない南半球における貴重なデータとして調査・研究に貢献している。
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海況調査 南極海における海水循環等を解明するため、同海の海流、水温、塩分等の測定や海水の化学分析を継続して行う。 |
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海洋汚染調査 南極海における海洋環境の把握及び海洋汚染監視のため、海洋汚染物質濃度の測定を継続して行う。 |
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海底地形図の整備 昭和基地周辺海域において海洋測量を実施し、海底地形図の整備を行う。また、水深データは、海図及び海の基本図の基礎資料として活用する。 |
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南極海における南極周極流並びに深層循環の観測 人工衛星を利用した漂流ブイ及び中層フロートを放流し、南極周極流及び深層循環の観測を継続して行う。 |
3．2．5．潮汐観測（海上保安庁）
潮汐観測は、海の深さや山の高さの決定並びに津波等の海洋現象研究の基礎資料として重要な観測である。また、南極域の潮汐観測は、大陸の地殻変動や地球温暖化に伴う海面水位変動を直接に反映するとともに、観測点の非常に少ない地域での観測であることから貴重なものとなっている。昭和基地の連続観測は世界的に注目されており、今後もその一環として潮汐連続観測を継続実施する。さらに、地球規模の海面水位長期変動監視のための国際的な世界海面水位観測システム（GLOSS）へのデータの迅速な提供を図り、連携を強化する。
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-- 登録：平成21年以前 --