Abstract. Ice shelf is the part of the ice sheet flowing out to the ocean, and is equivalent to the terminal area of ice flow.  Then the monitoring of this area is important for the Antarctic science with relation to the ice sheet.  Grounding line is the boundary between the ice shelf and the continental ice sheet.  To monitor the ice shelf precisely, we attempt to detect grounding line using SAR interferogram in the Princess Ragnhild Coast as test field.  The ice shelf moves up and down with ocean tide, on the other hand, grounding line don’t move because the ice shelf is fixed by continental ice sheet.  Then the area where is 1~5 km from grounding line to ice shelf is deformed, and dense fringes appear in this area on the SAR interferogram, because displacement fringe is equal to the contours of displacement value.  Then we can detect grounding line by tracing these dense fringes.  The grounding lines are detected along the boundaries of not only continental ice sheet but also many islands uncharted on the map.  Thus SAR interferometry is powerful tool for detecting of grounding line.

1. はじめに　

南極大陸の97%は氷床に覆われており，南極大陸沿岸（氷縁部）の多地域で棚氷が発達している．一般に氷床は内陸部から氷縁部に向かって流動し，棚氷や氷流から海洋部に流出する．つまり，棚氷は氷床が海洋に流出する末端部であり，氷床変動を監視する上で重要な地域である．これまで，棚氷の末端部は衛星可視画像，レーダ画像，航空写真などから明瞭に判読可能であり，精密に決定されてきたが，大陸氷床と棚氷の境界であるgrounding lineはこれらの画像に輝線としてあらわれることがあるものの，明瞭に判読することは困難であった．そこで，棚氷は海面に浮いているので海洋潮汐による海面変動に伴って上下に変位するのに対し，grounding lineは氷床下基盤に着底しているので海洋潮汐の影響を受けないことに着目して，測地測量から上下変動する地域としない地域の境界を検出することにより，grounding lineを検出する試みもなされてきた．しかし，現地における測量の困難さなどから，広大な棚氷域をくまなく調査することは不可能に等しいので，これまでの手法により精密なgrounding lineを検出することは困難であった．そこで，Goldstein et al. (1993) は南極大陸のRutford 氷河に干渉合成開口レーダ（干渉SAR）法を適用し，干渉SAR画像からgrounding lineを判読可能であることを示した．さらに，Rignot (1996) はグリーンランドのPetermann氷河に干渉SAR法を適用して，精密にgrounding lineを検出することに成功した．本研究では南極・昭和基地の西方200〜500 kmにあるプリンセス・ラグンヒルド海岸に発達している棚氷をテスト地域とし，干渉SAR法からgrounding lineを検出する試みを行った．

2. データと干渉処理　

本研究で用いたデータは1996/2/15-1996/6/3の間に南極・昭和基地で集中受信されたERS-1/-2のタンデム・ミッションデータ（土井他，1999）であり，プリンセス・ラグンヒルド海岸をすべて調査するために，4つのタンデムパスを用いた(Figure 1)．これらのデータは国立極地研究所のlevel 0 CEOSフォーマットデータ作成システム（土井他，2000）を用いてSARプロセッサに入力可能なlevel 0 CEOSフォーマットデータに変換し，Vexcel SAR processing system (Vexcel, 1998)を用いてSingle Look Complexおよび干渉SAR画像を作成した(Figure 2)．なお，より良い干渉性を得るためと処理の簡便さのために，それぞれのパスにおいて2シーンが連続するlevel 0 CEOSフォーマットデータを作成した．軌道縞は精密軌道情報からシミュレートされ，除去された．

Figure 1.　The map around Princess Ragnhild Coast. Grey circle indicates location of Syowa Station. Solid boxes indicate ERS-1/-2 SAR tandem pass using in this study.

Figure 2. Mosaicked SAR interferogram. Broken lines indicate grounding lines derived from SAR interferogram.  White boxes indicate the areas of Figure 3, 4 and5.

3. Grounding lineの検出

棚氷は海洋潮汐による海面変化に伴って0~2m程度，上下に変位するが，grounding lineは大陸氷床に固定されているので変位しない．そこで，棚氷は弾性的に変形すると考えると，grounding lineから棚氷側の1~10 kmの範囲で曲げ変形を受ける(Holdsworth, 1977)．一方，ERS-1/-2の干渉SAR画像にあらわれる変動縞の1cycleの位相変化は変位の衛星視線方向成分の2.85cmに相当し，等変動量線のような干渉縞があらわれる．よって，棚氷の変形域では間隔が密な干渉縞がgrounding lineに沿ってあらわれる．Figure 3はgrounding line周辺を拡大した干渉SAR画像であるが，その変形域に相当する地域で間隔が密な干渉縞があらわれている．この干渉縞の大陸氷床側の端（Figure 3の矢印）をトレースする事によって，精密にgrounding lineを検出可能である．ただしFigure 4のように，データ取得間に潮位差が無ければ，grounding line周辺で変形が生じないために，間隔が密な干渉縞は得られない．しかし，このタンデムパスにおいては，大陸氷床側で基盤地形の影響と思われる複雑な干渉縞があらわれているのに対し，棚氷側は滑らかな干渉縞があらわれるので，その境界からgrounding lineをある程度予測可能である(Figure 4の白破線)．
次に，Figure 5の赤破線はDerwael Ice Riseという地図にも記されている島であるが，この棚氷下でも基盤着底しているので，島のgrounding line周辺に間隔が密な干渉縞があらわれている．さらに，Figure 5に白破線で示した領域には，地図に島があることは示されていないが，干渉SAR画像からこの領域に小さな島々が存在していることがわかる．さらに，Figure 2に示したように，この地域だけでなく，棚氷の末端部周辺に，小さな島々が点在していることがわかる．

Figure 3. Enlarged SAR interferogram around grounding line. The dense fringes appear around grounding line, because this area is deformed by tidal change. Solid arrows indicate grounding line derived from SAR interferogram.

Figure 4. Enraged interferogram around grounding line. The dense fringes don’t appear, because tidal change for tandem pass is small.  White broken line indicate grounding line suggested from SAR interferogram.

Figure 5. Enlarged interferogram around Derwael Ice Rise.  Red broken line indicates grounding line of Derwael Ice Rise derived from SAR interferogram.  White lines indicate grounding line of small islands derived from SAR interferogram.

4. まとめ　

本研究は棚氷の精密な監視を目的とし，干渉SAR法の適用によるgrounding lineの検出を試みた．干渉SAR画像から明瞭にgrounding lineを判読することが可能であり，これまで地図に記されていないような小さな島々まで判読することが可能であった．よって，干渉SAR法はgrounding lineを検出する有用な技術であることが確かめられた．
今後の課題として，本論文で紹介したgrounding lineはレーダ座標系で示したものであり，今後これを地球基準座標系に拘束する必要がある．一般に，地球基準座標系に拘束するためには，精密に決定されており，SAR画像上で判読可能なGround Control Point (GCP)が得られている必要があるが，そのようなGCPは南極氷床域のほとんどの地域で得られていない．また，面積変化などの棚氷変動を数年で観測することを目的とした場合，最低でも数100m程度の精度でgrounding lineを決定する必要があるが，このようなGCPが無い地域では，この精度で地球基準座標系に拘束することは困難である．よって，この対策は緊急の課題である．

5. 謝辞　

本論文で使用したERS-1およびERS-2のSARデータは南極昭和基地の多目的衛星受信システムを用い，JAREによる直接受信によって得られたものである．関係各位に謝意を表する．なお，データの版権はESAに帰属する．

6. References

土井浩一郎，澁谷和雄，野木義史，小澤拓(1999)：南極・昭和基地で受信されたERS-1/-2タンデム・ミッションデータから得られた干渉SAR画像，測地学会誌，45，351-354．
土井浩一郎，小澤拓，青木茂，澁谷和雄，大石嘉昭(2000)：極地研のSARデータに関するlevel0 CEOSフォーマットデータ作成システム，ワークショップ「InSARとその応用」．
Goldstein, R. M., H. Engelhardt, B. Kamb and R. M. Frolich (1993): Satellite radar interferometry for monitoring ice sheet motion: Application to an Antarctic ice stream, Science, 262, 1525-1530.
Holdsworth, G. (1977): Tidal interaction with ice shelves, Ann. Geophys., 33, 133-146.
Rignot E. (1996): Tidal motion, ice velocity and melt rate of Petermann Gletscher, Greenland, measured from radar interferometry, J. Glaciol., 42, 476-485.
Vexcel Corporation (1998): VEXCEL 3DSAR SAR processing system users manual, Boulder, CO, USA, 120pp.