<<< これまでの歩み >>>
昭和45年(1970)5月〜平成7年(1995)3月
  低温科学研究所・物理系の融雪科学部門(教授1名、助教授1名、助手2名)
  として活動
平成 7年(1995)4月
  低温科学研究所の全国共同利用研究所への改組により寒冷陸域科学部門
  「雪氷循環分野」(教授1名、助手1名)と「雪氷気象グループ」(助教授1名、助手1名)
  に分かれて活動
平成16年(2004)1月
  「雪氷循環分野」の「理論雪氷学分野」への変更に伴い、「雪氷気象グループ」
  に旧雪氷循環が合流し「水文気象グループ」(助教授1名、助手2名)と改称
平成18年(2006)4月
  「氷河・周氷河グループ」が合流し新「水文気象グループ」(助教授1名、助手3名)に
平成19年(2007)4月
  「助教授」は「准教授」、「助手」は「助教」に配置換(准教授1名、助教3名)
平成20年(2008)10月
  改組により水・物質循環部門の「水文気象分野」に改称(准教授1名、助教3名)
平成21年(2009)4月
  スタッフ(助教3名)と研究員・大学院生らで活動を継続
平成24年(2012)5月
  スタッフ(助教2名)で活動を継続


<<< 研究概要 >>>
  寒冷雪氷圏における熱収支や水収支の研究は、温度変化あるいは水の相変化に伴う大気現象、水文現象、凍土現象の理解にとって極めて重要である。特に、水惑星と呼ばれる地球上において雪氷が果たす役割は大きく、本研究グループでは森林流域や雪氷面における水や熱さらには物質の循環に関わる現象を研究対象にしている。また、環境問題としては酸性雪の変質過程を雪が介在した水循環過程の中で明らかにする研究や、温暖化に対する永久凍土環境の変化に関する研究も行なっている。

<<< 研究テーマ >>>
1.寒冷圏熱収支・水収支
2.森林流域における物質循環
3.積雪の変態と融雪水の浸透機構
4.積雪及び凍土地帯の河川流出機構
5.水循環過程における化学物質の挙動
6. 永久凍土環境
7. 周氷河地形の発達過程




◆2004年以前の研究 ◆2005年〜2010年の研究 ◆2011年〜2015年の研究

■2017年度の研究課題と成果■
(1)春先の大雨時における積雪内部での降雨融雪浸透水の挙動 (石井吉之・簗場大将)
  Liquid water movement in a snowpack under the heavy rainfall event
 降雨と融雪が重なって生じる融雪災害の発生メカニズムを解明するため、母子里において、2017年4月(積雪深115cm)に模擬降雨散水実験を実施した。ライシメータ上の1m×1m×1mの積雪ブロックを切り出し、周囲の積雪と切り離した状態で青インク着色水を一定強度で散水した。開始40分後に積雪底面流出が現われ、60分後には散水強度と同じ流出強度になった。諸外国における積雪ブロックを用いた散水実験では100%近い流出率が報告されているが、今回の実験でも同様の結果となった。しかし、自然状態とは異なる条件での実験結果なので、今後の再評価が必要である。

(2)融雪期における土壌乾湿状態の変動と河川流出への寄与 (簗場大将・石井吉之)
  Variations in soil moisture conditions and their contributions to sream runoff during the snowmelt season
 一般に融雪期の山腹斜面は湿潤であるが、それがどの程度変動するのか、どれくらい河川流出量の大小に効くかを母子里の実験流域で確かめた。その結果、融雪期間中にも土壌乾湿状態は大きく変動し、夏の大雨時の土砂災害発生レベルと同じくらい危険な状態になることが分かった。また、湿潤状態であっても土壌雨量指数が大きいと河川流出量も大きくなることが明らかになった。さらに、融雪期の河川流出量は地中水流出成分が7割を占めるので、降雨や融雪量という供給量の大きさのみならず、その時の土壌乾湿状態が重要であることが分かった。

(3)大雪山における永久凍土 (曽根敏雄)
  Permafrost environment in the Daisetsu Mountains
 大雪山の風衝砂礫地における永久凍土の下限高度の現状とその変化を把握するための調査を行っている。標高1885m地点では、地表面温度は-1℃以上と高めであったが、15mよりも深い永久凍土が発達することが判明した。活動層の厚さは約2mであり、30-40m程度の永久凍土が発達する可能性がある。しかし永久凍土の地温が深度10m付近で-0.4℃程度であるため、今後の温暖化により徐々に衰退する危険性がある。また標高1800m付近でも永久凍土の存在する可能性があり、現在地温を観測中である。

(4)南極半島James Ross島における周氷河環境 (曽根敏雄)
  Periglacial environment in James Ross Island, Antarctic Peninsula region
 南極半島James Ross島において周氷河環境・地形に関する研究を行っている。Lachman地域の岩石被覆氷河において、裸氷部分の後退速度に関する知見が得られた。またRink地域において多点地温計を用いた観測により活動層の変動を捉える事が出来た。本研究はアルゼンチン南極研究所J.A. Strelin研究員との共同研究である。


■2016年度の研究課題と成果■
(1)春先の大雨時における積雪内部での降雨融雪浸透水の挙動 (石井吉之)
  Liquid water movement in a snowpack under the heavy rainfall event
 降雨と融雪が重なって生じる融雪災害の発生メカニズムを解明するため、母子里において、2011〜2013年に引き続き、2016年4月14日(積雪深120cm)に降雨量を3通りに時間変化させた模擬降雨散水実験を実施した。3つの異なるライシメータ上で3回の実験を行ったが、3回とも積雪底面流出は出現しなかった。ライシメータ底面だけに厚さ5cmの氷層が存在し、底面流出を阻んだと見られる。この点を改善し、2017年4月に再び実験を行う。なお、熱収支解析に用いる各種気象要素の観測および取得データをWebを介して札幌に送信するシステムは通年稼動中である。この研究には北大環境科学院修士1年の簗場大将が参加した。また、技術部スタッフ(中坪俊一・森章一・高塚徹・千貝健・小野数也)各氏の多大な支援を受けている。

(2)多次元水分移動モデルによる模擬降雨散水実験の検証 (石井吉之)
  Verification of rain simulation experiments by the multi-dimensional water transport model
 融雪期の母子里で実施した雪面への模擬降雨散水実験の結果を多次元水分移動モデルで再現できるかどうかを検討した。計算は実際の層構造、密度、粒径、含水率を与えて2次元で行い、層境界での水みち発生パターンを5通りの乱数パターンで与えた。また、左右両端の境界から逃げた水が戻らないように設定した。モデルで計算された流出量は一部のケースでは実測をよく再現できたが、できないケースも見られた。解析を通じ、粒径コントラストは流出率や底面到達のタイミングに大きく影響するため、浸透実験の際には詳細な測定が重要になることが示唆された。この研究は平島寛行・山口悟(雪氷防災研究センター)両博士との共同研究である。

(3)大雪山における永久凍土 (曽根敏雄)
  Permafrost environment in the Daisetsu Mountains
 大雪山の風衝砂礫地における永久凍土の下限高度の現状とその変化を把握するための調査を行っている。標高1740m地点では、地表付近の地温観測から永久凍土が存在する可能性が高いと考えられたが、地温観測から永久凍土はなく約7mの季節凍土が存在することが判った。ここでは表層直下に基盤岩があり地温の変動が大きいことが、永久凍土の発達に不利な条件となっている。また標高1850m地点では15mよりも深い永久凍土が発達することが判明した。

(4)南極半島James Ross島における周氷河環境 (曽根敏雄)
  Periglacial environment in James Ross Island, Antarctic Peninsula region
 南極半島James Ross島において周氷河環境・地形に関する研究を行っている。Lachman、Rink両地域において、ソリフラクションロウブや岩石氷河の移動速度のデータが得られた。また永久凍土の地温および気温のデータが得られた。これから2016年には南極半島東部に特徴的な現象が発生したことが判った。すなわち冬期にしばしば気温が0℃を上回り、月平均気温が平年よりも10℃以上高い月がみられ、年平均気温が平年よりも約2℃高かった。このため、ソリフラクションロウブの表面礫の移動量も大きな値が観測された。本研究はアルゼンチン南極研究所J.A. Strelin研究員との共同研究である。