17:15 〜 18:45
[ACG42-P01] ALOS-2干渉SARによるアラスカ内陸部フェアバンクス近郊における凍土凍結・融解に伴う地表面季節変位
キーワード：永久凍土、地表面変位、アラスカ、干渉合成開口レーダー、ALOS-2
近年の気候変動に伴う永久凍土の融解はローカルからグローバルなスケールで多方面に影響をもたらしている（e.g., Biskaborne et al., 2019）．しかしながら，永久凍土は地下に存在するため，その動態を直接観測するのが難しい．一方で，凍土の凍結・融解に伴って地表面が変位（隆起・沈降）することから，その変位分布を干渉SARで捉える研究が近年増えており，SARは永久凍土の動態把握に有用なツールになりつつある．
永久凍土帯における地下構造は，地表面から1-3メートル程度の活動層（季節的に凍結・融解する層）とその下に存在する永久凍土の2つに大きく分けられる. このうち活動層の凍結・融解に伴う地表面変位はその深さと土壌水分量に関連することから，融解深を表すStefanの式を応用した位相変化モデル（e.g., Liu et al., 2012）による計算が度々用いられる．このモデルによって，地表面変位から活動層の厚さを計算することができ，得られた活動層厚を現地観測データと比較・議論がしばしばされる．しかしながら，このモデルでは地表面変位がゼロの場所は活動層の厚さがゼロになってしまう．さらに，凍土の凍結に伴う隆起（凍上）はアイスレンズの析出によるものであるので，位相変化モデルのように存在する土壌水分量が全て氷へ体積変化したとしても地表変位量は過小評価になりうる（Abe et al., 2022）．したがって，凍土の凍結・融解に伴う地表面変位を説明するためには，凍土の温度や水分量をベースとする物理モデルの構築が必要となる．そこで本研究では，1) 地表面季節変位の時空間変化を干渉SARによって明らかにし，2) 現地調査で得られる凍土内の温度と土壌水分データから地表面変位をモデル化することを目的とする．
本研究では，アラスカ・フェアバンクス近郊、ポーカーフラットを対象地域とする．衛星SARデータは，宇宙航空研究開発機構（JAXA）が運用する「だいち2号（ALOS-2）」のストリップマップモード（解像度3 m）のL-band SARデータ（2021–2023）を使用した．得られた干渉画像に対して，干渉SAR時系列解析(Berardino et al., 2002; Abe et al., 2022; Abe and Iijima, 2024)を適用し，各年における地表面季節変位量（凍上・融解沈降）を計算した．現地調査は2023年10月上旬にポーカーフラット周辺で行い, 標高と融解深を測定し, 連続観測が可能な変位計，温度計，土壌水分計を設置した．
干渉SAR時系列解析の結果，ポーカーフラット周辺で最大10 cm程度の季節的な変位が検出された．この時間変化としては，融解に伴う地表面沈降が6月から9-10月まで発生し，その後12月末まで凍上による隆起が発生していると考えられる．また，厳寒期（1-3月）でも隆起し続けるシグナルが2年連続で検出された．この要因として，冬の間に凍り切らない層（タリク）の存在が考えられる. 最近アラスカで広域にタリクの存在が確認されており（Farquharson et al., 2022），またポーカーフラット内の地温の連続観測データ（Kobayashi et al., 2023）からも, 2018年以降冬期の未凍結層が厚くなっていることが確認されている．このことから, アイスレンズの成長が厳寒期でも進行し, 地表面の隆起を引き起こしている可能性がある．
永久凍土帯における地下構造は，地表面から1-3メートル程度の活動層（季節的に凍結・融解する層）とその下に存在する永久凍土の2つに大きく分けられる. このうち活動層の凍結・融解に伴う地表面変位はその深さと土壌水分量に関連することから，融解深を表すStefanの式を応用した位相変化モデル（e.g., Liu et al., 2012）による計算が度々用いられる．このモデルによって，地表面変位から活動層の厚さを計算することができ，得られた活動層厚を現地観測データと比較・議論がしばしばされる．しかしながら，このモデルでは地表面変位がゼロの場所は活動層の厚さがゼロになってしまう．さらに，凍土の凍結に伴う隆起（凍上）はアイスレンズの析出によるものであるので，位相変化モデルのように存在する土壌水分量が全て氷へ体積変化したとしても地表変位量は過小評価になりうる（Abe et al., 2022）．したがって，凍土の凍結・融解に伴う地表面変位を説明するためには，凍土の温度や水分量をベースとする物理モデルの構築が必要となる．そこで本研究では，1) 地表面季節変位の時空間変化を干渉SARによって明らかにし，2) 現地調査で得られる凍土内の温度と土壌水分データから地表面変位をモデル化することを目的とする．
本研究では，アラスカ・フェアバンクス近郊、ポーカーフラットを対象地域とする．衛星SARデータは，宇宙航空研究開発機構（JAXA）が運用する「だいち2号（ALOS-2）」のストリップマップモード（解像度3 m）のL-band SARデータ（2021–2023）を使用した．得られた干渉画像に対して，干渉SAR時系列解析(Berardino et al., 2002; Abe et al., 2022; Abe and Iijima, 2024)を適用し，各年における地表面季節変位量（凍上・融解沈降）を計算した．現地調査は2023年10月上旬にポーカーフラット周辺で行い, 標高と融解深を測定し, 連続観測が可能な変位計，温度計，土壌水分計を設置した．
干渉SAR時系列解析の結果，ポーカーフラット周辺で最大10 cm程度の季節的な変位が検出された．この時間変化としては，融解に伴う地表面沈降が6月から9-10月まで発生し，その後12月末まで凍上による隆起が発生していると考えられる．また，厳寒期（1-3月）でも隆起し続けるシグナルが2年連続で検出された．この要因として，冬の間に凍り切らない層（タリク）の存在が考えられる. 最近アラスカで広域にタリクの存在が確認されており（Farquharson et al., 2022），またポーカーフラット内の地温の連続観測データ（Kobayashi et al., 2023）からも, 2018年以降冬期の未凍結層が厚くなっていることが確認されている．このことから, アイスレンズの成長が厳寒期でも進行し, 地表面の隆起を引き起こしている可能性がある．