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1 スイス ローヌ氷河における GPS-RTK 測量観 測結果報告 (2009 年 ) 千葉大学大学院理学研究科修士課程 2 年北山智暁北海道大学環境科学院修士課程 1 年鍵和田玄

2 目次 1. はじめに 2. 研究対象地域 3. 観測方法 4. 結果 5. 考察 6. 参考文献

3 1. はじめに山岳氷河は山岳地の斜面を覆う積雪が 融けきらずに何年にも渡り残り 圧密および融解再凍結を繰り返すことにより形成された氷である 山岳氷河の及ぼす影響は多岐にわたる 一つに氷河の融解による洪水があげられる これは 好天によって融解が一時的にスピードを速めたり 雨によって大量の氷河が溶け出したり 氷河湖が崩壊したりすることで 下流に鉄砲水や土石流として大量の水が押し寄せることで発生すると考えられる 実際に スイスのアルプス山麓の村では数十年に一度という洪水が起きている また逆に 融解によって氷河が縮小したり消失したりすることで 暖候期に溶け出す水の量が減り 氷河を水源としている河川の流域では水不足や渇水に見舞われる可能性もある また 上記のような災害だけではなく 近年では観光資源としても注目を集めておりスキー場として活用されている氷河もある このように 氷河の動態は我々人間の生活にも密接に影響を及ぼしている 氷河は気候の変化に応答してその大きさを変化させるため 気候変動の指標としても重要である 19 世紀以降 山岳氷河の融解が数多く報告され 近年の気候変動との関係が注目されている また 下部には過去の氷期にできたものが融けずに残っており これらを用いた古環境の復元なども可能とされている さらに 氷河は侵食 堆積を活発に行い 独特な氷河地形を生むことがわかっている これらの氷河地形などからも 過去氷河がどのように挙動したのかを探ることが可能である このように氷河は重要な資源であると同時に 地球環境の変動を解明するための重要な因子であり その挙動を詳細に把握することが必要不可欠である そこで本研究では 近年の急激な氷河の縮小により氷河末端に新たな氷河湖が確認されているスイス ローヌ氷河において 全地球測位システム (Global Positioning System: GPS) を用いて氷床表面高度の変化を精度よく抽出し 降雪による質量増加 ( 涵養 ) と融解による質量低下 ( 消耗 ) の収支の把握 また 2007 年以降継続的に行われている同様の観測との比較によって近年の氷河動態変化の解明を目的とした

4 2 研究対象地域 調査はスイス アルプス中央部 ローヌ谷の源流部に位置するローヌ (Rhone) 氷河において行った その規模は表面積 km2とスイス国内では 9 番目に大きい氷河である ( 図 1) このローヌ氷河は ヨーロッパの大河川の 1 つであるローヌ川の源流に位置し 近辺が交通の要所として栄えていたこともあり 絵や写真などで 18 世紀半ばから氷河の姿についての記録が数多く残っている ( 図 2) そのため 現在に至るまで氷河の末端が後退していく様子は絵や写真を見れば明らかで この傾向は今もなお続いている 最近では 杉山ら (2007) により 航空写真解析や測量をもとにした観測で 過去 100 年間ローヌ氷河の氷厚は約 50m 薄くなっていることが確認されている ( 図 3) 調査地域は ローヌ氷河消耗域である ( 図 4) 先端部は近年氷河の融解水により氷河湖が形成され 氷河末端部は浮氷舌となっている 氷河表面は黒く汚れており 有機物や生物などいわゆる雪氷生物が大量に繁殖していた なお 2009 年 9 月の調査において 赤雪も部分的に観測され その生息形態も パッチ状や融解水の流れた方向へ長く延びるような線上に分布するなど 多様な形態を持っていることがわかっている 図 1 スイス ローヌ氷河の消耗域

5 図 年に発行された絵葉書 図 3: (a) 年におけるローヌ氷河の流線の表面高度の比較と (b)1878 年の高度を 0m とおいた時の各年の高度の変化.

6 図 4: ローヌ氷河の末端付近. ( 青線 : 表面高度 赤丸 : 2007 年 7 月に RTK 測量を行った地点 赤線 : 縦断 横断の各方向の測線 水色で塗られた地域 : 氷河堰き止め湖 )

7 3 解析方法 氷河表面の高度を精度よく観測するため キネマティック GPS システム (Leica GPS System 1200,Real-Time Kinematic Positioning) を用いた ( 図 5) キネマティック GPS は基準となる固定局からの 3 次元での相対座標を多点で移動観測する キネマティックの特徴として 1 点を固定局として設置し ( 図 6) もう 1 点が移動局として移動しながら観測を行うので ( 図 7) 二点を固定して観測を行う static relative positioning に比べると精度が低かったり その精度が受信衛星数に依存したりする欠点がある しかし 位置を求めるまでの測定時間は static 観測より短く 数秒で位置が求められるという利点もある また今回採用したリアルタイムのもつ特性で 取得した位置のデータは 無線を通して観測時にその場で固定局と移動局の間でやり取りされるためにその場で測定精度などの情報を得ることができる 今回は 1 秒に 1 回の測定を 10 回行い その 10 回の測定値の平均値が各地点のデータである ちなみにキネマティック GPS の誤差は通常数 cm 程度である なぜなら 観測時にはキーパッドの表示で誤差をその都度確認し その値が数 cm 以下の時のみ観測するようにしていたからである また固定局と移動局間で無線が届く距離であれば観測は可能である ( 目安としては 数 km 以内 ) そして 流動方向( 縦断方向 ) と流動方向に対して垂直方向に沿って 過去の観測で用いた観測点とほぼ同じ地点を携帯用小型 GPS(GARMIN etrex Vista HCx) の単独測位で捜し出してそれぞれ観測を行った ちなみに携帯用小型 GPS の誤差は約 5m である 観測は 主に 南北方向に 29 点 東西方向に 17 点を観測し 氷河表面の空間変動の観測を行っている ( 図 4) しかし 毎年 観測時期により クラックなどの影響で観測が難しいポイントが数点存在することがあり 同様の点で年々変化を追えない場合もある 2009 年の調査は 07 月 29 日 09 月 06 日の 2 回実施をし 南北方向および東西方向の側線に沿った観測を行った 尚 報告者北山及び鍵和田は 09 月 06 日に RTK 調査に同行し 午前午後の二回に分け 午前は携帯用小型 GPS による位置選定を杉山先生が担当し キネマティック GPS による高度測定を北山が担当した 午後は携帯用小型 GPS による位置選定を午前同様 杉山先生が担当し キネマティック GPS による高度測定を鍵和田が担当した また 2007 年 07 月 31 日 09 月 08 日 2008 年 07 月 27 日 09 月 08 日と同地域においてキネマティック GPS を用いた氷河表面高度の観測を行っているが 09 月 08 日に関しては観測点が他の観測日に比べずれているため本解析では使用しなかった ( 表 1) 以上より 過去 3 年間の氷床表面高度の変化を詳細に議論することができる

8 表 1 過去 3 年間の側線における観測点数 図 5 RTK 測量を行う際の移動局側の道具.

9 図 6 固定局の選定と機器設定の様子 (2008 年調査より ) 図 7 氷河上でのキネマティック GPS による高度測定風景 (2009 年調査より )

10 4 結果 4-1 表面高度の年々変動 2007 年から 2009 年の 3 年間で調査された 6 回のデータのうち 各年 7 月の観測により得られた結果から 東西方向及び南北方向における三年間の高度変化を求めた ( 図 ) 結果 両側線において 2007 年から 2009 年にかけ表面高度が減少していることが分かった 南北方向には 2007 年から 2008 年にかけ平均 3.34m 減少し 2008 年から 2009 年にかけては平均 5.61m 減少した 減少量は過去 3 年で増加しており その増加幅は 2.27m と非常に大きい また 減少量が最も大きかったのは S10 付近であり ここを極大に上流下流にかけ変化量が減少していく傾向にある ( 図 9-1) 東西方向には 2007 年から 2008 年にかけ平均 2.95m 減少し 2008 年から 2009 年にかけては平均 5.06m 減少した 減少量はこちらも過去 3 年で増加しており その増加幅は 2.11m であることが分かった 東西方向で減少量が大きいのは両岸付近であり 2007 年から 2008 年においては内陸につれその量が小さくなる傾向にあるが 2008 年から 2009 年にかけては両岸でその値は大きいものの 内陸部でもその値は大きく 前年度と同様の傾向を示しているとは言えない ( 図 9-2) この結果から 2007 年から 2009 年にかけ ローヌ氷河消耗域は広域にわたり減少しており 特に 2008 年から 2009 年にかけて大きな減少を示したことが観測より明らかとなった

11 図 8 1 南北方向の高度変化図 8 2 東西方向の高度変化

12 図 9 1 南北方向の 2007 年を基準とした 2008 年及び 2009 年の高度変化量 図 9-2 東西方向の 2007 年を基準とした 2008 年及び 2009 年の高度変化量

13 4-2 表面高度の季節変動次に 気温が一年を通じ最も高い 7 月から 9 月にかけての短期間の変動について把握するため 同年における 7 月と 9 月の観測値から季節変動を求めた なお 2007 年については 9 月の観測点が同年 7 月を含めた他の調査と大きく異なるため 比較することが難しく 季節変動を議論する際は 2008 年及び 2009 年の結果をもとに行うこととする まず 2008 年 7 月および 9 月の南北方向 東西方向の高度変化を示す ( 図 10-1 図 10-2) これより 7 月から 9 月にかけ表面高度は減少していることがわかる 南北方向には平均 2.24m の減少 東西方向には 2.30m で 南北方向で 2008 年 7 月から 2009 年 7 月までの一年間の減少量の約 40% を 東西方向で 45% を約一ヶ月間に生じさせたことになる 次に 2009 年 7 月および 9 月の南北方向 東西方向の高度変化を示す ( 図 11-1 図 11-2) 2008 年同様 7 月から 9 月にかけ表面高度は減少していることがわかる 南北方向には平均 2.23m の減少 東西方向には 2.96m で 2008 年に比べ東西方向の減少量が若干ながら増加しているが 南北方向には変化はあまり見られなかった

14 図 年 7 月と 9 月の南北方向における表面高度 図 年 7 月と 9 月の東西方向における表面高度

15 図 年 7 月と 9 月の南北方向における表面高度 図 年 7 月と 9 月の東西方向における表面高度

16 5 考察 5-1 表面高度の年々変動本研究結果から ローヌ氷河末端部消耗域において 氷河上の表面高度は年々減少傾向にあることがわかった 氷河の下にある山岳斜面 ( 基盤 ) の高度が年々大きく変化する事は考えにくく これは氷河の質量が年々減少しているためであると考えられる 氷河の減少要因として考えられるものの一つに気候が挙げられる 氷河は気候の変化に応答してその質量を変化させることがわかっており 降水により質量は増加 ( 涵養 ) し 融解 削剥 昇華により質量は低下 ( 消耗 ) する 季節によっては降水の多い時期や融解の多い時期があり 一年を通じた涵養量と消耗量が同じである場合は 年における質量の変化はない 本研究対象地域のローヌ氷河末端部消耗域の場合は 年々質量が減少傾向にある つまり 毎年涵養による質量増加より消耗による質量減少が多いことを示している さらに その減少の割合も年々増加している 図 3 で示すように 長期的に見ても氷河の質量は年々減少傾向にあるが 近年の減少量の割合は過去のそれより大きいものであることがわかった この質量変化は 降水量の減少か融解量の増加によるものであり そのどちらも気候に大きな影響を受けていることが推測される 近年 多方面で気候の変化が叫ばれており 中でも人的要因による地球温暖化は大きな問題である 地球温暖化により大気の温度が上がることは 単純に氷河の融解量を上昇させるだけではなく 極域の氷が溶けることで引き起こされる海面上昇により 気候に大きな影響を与える海流を変化させ ある地域の降水量を増加させることも考えられる このように 人的要因による気候変動により氷河の質量が減少傾向にあることも考えられるが 地球の自然的要因により気候変動がおこっていることも考えられる 気候変動に関しては今後も広く議論されていく必要がある また 気候以外の氷河の減少要因として 周囲の環境変化が挙げられる ローヌ氷河は近年新たに氷河湖を形成しており ( 図 4) 氷河が氷河湖に接することで融解量が増加した可能性も考えられる さらに 氷河表面には 有機物や生物などいわゆる雪氷生物が繁殖することにより色が黒く変化している地点があり 赤雪も部分的に観測されている 色による光の吸収量は大きく異なり それにより各地点の融解量も変化する 近年 何らかの影響で氷河表面の有色である面積が増え 融解量が増加したことも推測出来る 以上のように 今後は氷河の質量収支を 降水量や日射量 気温等の気候や 氷河湖の影響や有色の氷河の面積など 様々な視点からを考えていく必要がある 5-2 表面高度の季節変動本研究結果から 7 月から 9 月にかけた一年の 8% の期間で 表面高度の減少量 つまり 氷河の減少量が一年の減少量の約 40% 以上である事がわかった この結果より 氷河は気温が一年を通じ最も高い夏季において多く融解すると推測される ここで 2008 年度の夏季における融解量と 2009 年度の夏季における融解量に大きな差がない事に注目したい 先述したように 氷河の質量減少の要因は降水量の減少か融解量の増加によるものであると考えられる 一ヶ月という短い期間ではあるが この期間における融解量が年毎に

17 大きな変化がないということは 一年間の融解量も年毎に大きな変化がないという可能性も考えられる しかし 図 8 で示すように 氷河の減少量は年々大きくなっている 以上より 近年のローヌ氷河の質量減少要因は 融解量の増加によるものではなく 降水量の減少によるところが大きい可能性が示唆される 今後は 他の季節でも同様の調査を行い 季節による降水量や融解量と氷河の減少量の関係を解明していく必要がある 5-3 位置による質量変化の差異本研究結果から 南北方向の氷河減少量は より南の地点ほど減少量が大きい傾向が確認されており 特に S10 付近で極大値を示した ( 図 9-1) これは 気温差や斜面の傾斜によるものではないかと推測される ローヌ氷河では北が山頂方向であり 南が谷方向である 一般的に 山の気温は標高が高い地点ほど低い 標高の違いによる気温差が南北の減少量の違いに繋がっていると考えられる また 標高がほぼ同一である東西方向の各地点では減少量に大きな差を確認する事は出来ない ( 図 9-2) この事からも 標高による気温差と減少量は何らかの関係があるのではないかと考えられる また 図 1 に示すように ローヌ氷河は各地点で斜面の傾斜に差がある 斜面傾斜の違いは氷河表面が受ける日射量と関係があると推測出来る さらに 上下左右で傾斜に差がある地点はクレパスを生みやすく クレパスにより氷河が日射を受ける面積が増えると その融解量も増加することが考えられる 東西方向の減少量は 大きな傾向は確認出来なかったが 氷河両岸に近い地点の減少量が少なかった 氷河はその特有の性質から両岸を山に囲まれている よって 両岸付近には影が出来やすいため 日射量は他の地点に比べて少ない このため 氷河の減少量が低くなるということが推測される 今後は より多くの地点で同様の観測を行うことに加え 地形なども考慮に入れた研究が望まれる 6 参考文献西村大輔 杉山慎 Andreas Bauder Martin Funk 2008 スイスアルプス ローヌ氷河における過去 100 年の流動変化吉沢猛 近藤淳 年ローヌ氷河における GPS-RTK 測量

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