100年前の船舶の航海日誌が北極海の海氷の未来について教えてくれること

現代のコンピューターシミュレーションと、100年前の船舶の航海日誌に記録された歴史的な観測データにより、北極海の海氷量の推定値が1901年まで遡って拡張されたと研究者らは報告しています。

汎北極海氷海洋モデリングシステム（Pan-Arctic Ice Ocean and Modeling System）、または PIOMASは、北極海の海氷被覆の厚さを測定するための主要なツールです。これまで、このシステムは衛星が上空から海氷の撮像を開始した1979年までしか遡ることができませんでした。

「これにより、海氷の厚さの変動に関する記録が40年から110年に延長され、近年の変動と氷の減少をより広い文脈で捉えることができるようになります」と、筆頭著者でワシントン大学応用物理学研究所の海氷科学者であるアクセル・シュバイガー氏は述べています。

「北極海の現在の海氷量と現在の減少速度は、110年の記録の中で前例のないものです」と、同氏は付け加えています。

110年間の記録から新たに作成された北極海の海氷量の結果は、20世紀初頭に説明のつかない小幅な減少（黒線）を示しています。気候変動による気温上昇が原因の現在の減少（赤線）は、6倍以上の急勾配となっています。Image: Axel Schweiger/U. Washington

PIOMASは、北極海全体の海氷の総量に何が起きているかを日々再現しています。気象記録と氷被覆の衛星画像を組み合わせて氷の量を算出します。その後、既存の厚さの観測データと結果を照合します。1950年以降については、その観測は固定式の観測機器、直接測定、または氷の下を航行する潜水艦によるものである場合があります。

20世紀初頭、沿岸警備隊の前身である米国のRevenue Cutterと、1879年以来毎年北極圏を航行してきた海軍の艦船は、海氷の稀少な直接観測を行いました。Old Weatherプロジェクトでは、研究者らが市民科学者と協力し、デジタル化された米国の歴史的な船舶の航海日誌の気象記録を書き起こすことで、科学のための独自の気候記録を回収してきました。今回の研究は、20世紀初頭に一部は手書きで記録された航海日誌の海氷の観測データを初めて利用したものです。

1915年にデジタル化された、米国沿岸警備隊の艦船ベア号の航海日誌です。同海事機関がその名称を与えられた直後のものです。1915年7月18日のこの記録は、同船がボーフォート海にあり、北極海の海氷量のモデルの対象範囲の縁に位置していたときのものです。Image: 米国国立公文書館

「航海日誌では、士官が常に自船の運航状況を記述しており、その時と場所における海氷の1時間ごとの観測結果を提供しています」と、共著者で大気海洋研究共同研究所の研究者であるケビン・ウッド氏は述べています。

船が外洋にいる場合、航海日誌には「全速前進」または「航行中」と記されることがあります。船が氷に遭遇した場合、士官は「様々な針路と速度で操舵」と書くことがあり、これは船が氷塊の群れの中を航行していたことを意味します。氷の密集帯に閉じ込められた場合、日誌には「氷に閉ざされた（beset）」と記されることがあります。

これらの航海日誌は、最近まで米国ワシントンD.C.の国立公文書館でしか閲覧できませんでしたが、Old Weatherの市民科学者によるデジタル画像化と書き起こしを通じて、1800年代後半から1900年代初頭の北極圏における気象および海氷状況に関するこの稀少な観測記録が、科学者と一般市民に利用可能になりました。

この航海日誌のページは、米国沿岸警備隊の艦船カッター号により1955年7月9日にチュクチ海で記されたものです。Image: 米国国立公文書館

「これらは、今日北極圏で起きている急速な変化を理解するのに役立つ、独自の歴史的観測記録です」とウッド氏は述べています。

ウッド氏は、2010年に英国で始まったOld Weatherプロジェクトの米国部門を率いています。研究者らは、Old Weatherの市民科学者が書き起こした歴史的な航海日誌の気象観測データを、既に国際的な気候データベースに追加し、今回の結果をもたらした大気モデルにも利用しています。

士官らは、六分儀を用いて毎日正午に船の位置を記録していました。また、識別可能な地形を通過した際にも記録しており、今日の研究者が船の航路を完全に再現し、時間と空間の中で位置を特定することを可能にしています。

歴史的な海氷の観測データはまだ氷モデルに直接組み込まれていませんが、モデルと初期の観測データとの抜き取り検査により、このツールの妥当性が確認されています。

「これはモデルが正しく機能していることの独立した検証です」とシュバイガー氏は述べています。

新たな、より長い記録は、大規模な嵐やその他の異常な事象に対してより多くの文脈を提供し、北極海の海氷システムを研究する新たな方法をもたらします。

「海氷の厚さと変動に関して我々が有している観測データは非常に限られています」とシュバイガー氏は述べています。「人々がこの記録の分析を始めると思います。北極海の海氷を理解し、その将来を予測するのに役立つ疑問は数多くあります。」

科学者らはPIOMASツールを用いて、北極海の海氷の現状を監視しています。2019年6月の1か月間における北極海の海氷面積と、PIOMASで算出された量は、衛星観測が始まって以来、その時期として2番目に低い値でした。

北極海の海氷面積と量が過去最低を記録したのは2012年9月でした。シュバイガー氏は長期的な傾向は減少に向かうと考えていますが、今年が新たな記録を更新するかどうかについては断言していません。

「海氷の現状は新たな最低値を更新する状況にありますが、それが実際に起きるかどうかは今後2か月の天候次第です」とシュバイガー氏は述べています。