水は、一部の化石水を除き、時間的・空間的に偏在かつ変動しながら絶えず循環しています。その循環の仕方は、自然現象として変動すると同時に、人間活動によって変化するのが重要な点です。特に20世紀後半から始まった人口の急激な増加と人間活動の拡大は、グローバルからリージョナル、ローカルにわたる様々なスケールで水循環系を変化させ、多様な水問題を提起してきました。具体的には、CO2等温暖化ガスの増加に伴う気候変動と水資源の季節的・地域的分布の地球規模での変化、森林伐採や農地ならびに都市の拡大による水域汚染と水災害の激化、安全な飲料水へのアクセスの不足、食糧生産のための水需要の増大と水不足、地下水の枯渇、水域生態系の保全・回復、などの問題です。「21世紀は、水危機の時代」という表現に象徴されるように、これらの問題は、今世紀中頃に向けてさらに深刻さが増すと懸念されています。
 こうした背景のもとに、国は、“世界的な広がりをもつ水問題は、国家間の紛争を引き起こす要因となる可能性を秘めており、上水の供給や食糧生産などのための安定した水資源の確保は、我が国を含め、世界の安定と福祉の向上に資する重要な課題である”という認識の上に、平成13年度に戦略目標「水の循環予測及び利用システムの構築」を設定し、これを受けて、この研究領域「水の循環系モデリングと利用システム」が科学技術振興機構の戦略的創造研究推進事業(CREST)として発足しました。
 「21世紀を水危機の時代にしない」、これが水に係わる研究者に求められている課題だと考えます。この研究領域では、深刻さを増す水問題に対する様々な懸念を科学的に解明する“水循環系に関するデータの集積・解析とモデリングによる予測の向上−現象解明型研究”とともに、問題解決に向けて水循環系と人間との好ましい関係を築く“持続可能な利用システムの構築−問題解決型研究”を応募の対象としました。
 平成13から15年の各年度に公募が行われ、多くの提案の中から特に創造的、意欲的で優れた研究課題合計17件が採択されました。それらを研究対象のスケールと目的に着目して、4つのカテゴリーに区分し、以下に示します。

T.グローバルな水循環系の把握と予測
・沖チーム:人間活動を考慮した世界水循環水資源モデル(平成13年度採択)
・木本チーム:階層的モデリングによる広域水循環予測(平成13年度)
・中村チーム:湿潤・乾燥大気境界層の降水システムに与える影響(平成13年度)
・岡本チーム:衛星による高精度高分解能全球降水マップの作成(平成14年度)
・小池チーム:水循環系の物理的ダウンスケーリング手法の開発(平成15年度)

U.特定地域における水・エネルギー循環系と生態系のモニタリングとモデリング
・杉田チーム:北東アジア植生変遷域の水循環と生物・大気圏の相互作用(平成13年度)
・太田チーム:北方林地帯における水循環特性と植物生理のパラメータ化(平成14年度)
・神田チーム:都市生態圏-大気圏-水圏における水・エネルギー交換過程の解明(平成14年度)
・鈴木チーム:熱帯モンスーンアジアにおける降水変動が熱帯林の水循環・生態系に与える影響(平成15年度)
・恩田チーム:森林荒廃が洪水・河川環境に及ぼす影響の解明とモデル化(平成15年度)

V.新しい技術や手法の開発
・船水チーム:持続可能なサニテーションシステムの開発と水循環系への導入(平成14年度)
・古米チーム:リスク管理型都市水循環系の構造と機能の定量化(平成14年度)
・永田チーム:各種安定同位体比に基づく流域生態系の健全性/持続可能性指標の構築
(平成15年度)

W.アジアの河川流域における水循環−利用システムと水管理
・楠田チーム:黄河流域の水利用・管理の高持続化(平成13年度)
・寶チーム:社会変動と水循環の相互作用評価モデルの構築(平成13年度)
・丹治チーム:国際河川メコン川の水利用・管理システム(平成14年度)
・砂田チーム:人口急増地域の流域水シナリオ−モンスーンアジア地域等における地球規模水循環変動への対応戦略− (平成15年度)

 それぞれの研究チームが、日本あるいは世界、とりわけアジアが抱える水循環系の現状把握と予測に関する新たな科学技術的知見の獲得について、あるいは持続可能な水利用・管理システムの研究について、日本から世界に発信できるすばらしい成果を上げています。これらのうち平成13年度採択の6課題は平成18年度末をもって終了することになりました。終了報告書の出版に当たり、以下にそれらの研究内容と成果の概要を取りまとめて紹介いたします。

(1)沖 大幹研究チーム:研究課題
   「人間活動を考慮した世界水循環水資源モデル」
 本研究は、アジアの地域性、とりわけアジアモンスーン気候と稲作文化が水資源・水問題に深く関わっている点を考慮した上で、グローバルな水循環と水資源の評価に関する情報をアジアから発信することを狙いとした。研究内容を大別すると、1)人間活動を考慮した水供給量の算定、2)水需給算定のための土地利用・食糧需給モデリング、3)環境用水の評価、4)農業用水の評価、5)都市用水の評価、6)共通データの整備、7)情報基盤技術の開発、そして以上を総合した、8)世界水資源アセスメント、の8つのコンポーネントで構成されている。
 構築された全球統合水資源モデルは、貯水池操作等の人間活動を組み入れたことや時空間解像度の点などで世界をリードするものである。そして、このモデルによる世界の水資源の現状評価と将来予測は、気象データには最新の高解像度の温暖化気候シミュレーションの結果を利用したこと、灌漑用水需要量に大きな影響を与える灌漑面積、農事暦、栽培種の変化を考慮したこと、既存の研究にない水需給の季節性を考察していることが特長であり、世界的に最先端の成果といえる。この研究過程で作成された現状の全球水循環図は、人間活動を含めた形での世界の水循環の定量的な様相を分りやすく示したもので、他に類例がなく、今後世界各国の教科書などに転載、利用されることが期待される。このように “グローバルな水循環と水資源の評価に関する情報をアジアから発信する”というプロジェクトの目標は、計画通り達成され、この分野の発展に大いに貢献した。また、研究代表者は、国際研究評議会(ICSU)の下に2004年に立ち上げられた全球水システムプロジェクト(Global Water System Study; GWSP)のサイエンスパネルメンバーであり、同時にIPCC第4次レポート(2007)のリードオーサーとなっており、これらにこのCREST研究の成果が反映されることによって、水循環研究分野における我が国の国際的プレゼンスの向上に貢献している。

(2)木本 昌秀研究チーム: 研究課題
   「階層的モデリングによる広域水循環予測」
  本研究は、特に日本と係わりの深いユーラシア〜東アジア域に注目し、数値モデルを用いて、時間的には季節〜年々、空間的には1000km程度以上のスケールでの広域水循環変動の予測可能性を明らかにすることを目的とした。モデル開発、水循環に関る種々の気象現象の解析はこれまでも精力的に行われてきたが、長期予測可能性についての検討は不十分である。本研究では、現存のモデルによって多数の予測例を稼ぎ点数を評価するという方法を取るのではなく、いつ、どのような現象が、なぜ起こるのか、またどのように予測可能なのか、についての検討に重点が置かれた。研究は、@モデル開発とA予測可能性評価とに大別され、それぞれにいくつかのサブ課題を置いて進められた。
  大気大循環モデルと大気海洋結合モデルの高解像度・高精度化を達成したことは、この分野の研究を格段に進歩させる基盤として高く評価される。構築された高分解能大気海洋結合モデルは、大気の水平解像度110km(球面調和関数展開の三角形切断でT106)、鉛直層数56、海洋は、水平1/4°×1/6°、鉛直48層で、長期積分を行う気候モデルとしては現在、世界で最高レベルにある。構築された湿潤線形モデルは、大循環モデルが含む複雑なプロセス間の因果関係や要因の分析に有用な手段として、本研究の予測可能性の検討でもその威力を実証した。今後、世界の研究者に使われることが期待される。季節予報の向上に対しては、水資源の効果的・効率的管理にとって革新的な効果を及ぼすほか、農業生産、観光など各方面で期待は高い。これを実用に耐えるレベルに向上させるには、計算資源の更なる大容量化・高速化やモデル開発を必要とするであろうが、研究代表者が主唱する“どのような現象が、なぜ起こるのか、また、どのように予測可能なのか”というアプローチが将来の予測精度の向上に結びつく可能性が高いことが示された。この研究が今後、現業機関等とも連携して予測精度の向上へ向けて継続・発展することを期待する。 また、この研究が水循環研究領域で行われたことは、温暖化・気候変動という観点だけからは、換言すれば、水循環という観点がなければ、こうした高解像度・高精度のモデル開発による詳細な検討へのインセンティブが生じなかったという点で極めて意義が大きいものであったと考えられる。今後とも、全球モデルの高解像度・高精度化等への研究は、水循環予測の向上を直接視野に入れて進められるべきである。

(3)中村 健治研究チーム:研究課題
   「湿潤・乾燥大気境界層の降水システムに与える影響の解明と降水予測精度の向上」
  アジアの湿潤域と乾燥域の境となる領域において大気境界層(ABL)が降水システムに与える影響を明らかにし、これを基に降水予測精度の向上や人為的地表面改変が将来の降水分布・水資源に与える影響等の予測のための分析等を行うことを目的とした。当初、3つの作業仮説;@
大気境界層は降水システムの開始に大きな役割を果たす、A降水システムは大気境界層に「根」を持つ、B大気境界層の構造は降水システムのコントロールを通じて湿潤域の拡大に大きな影響を及ぼす、を設定し、それらの立証を目指した。そこで、主なターゲットを大気境界層全層の観測による熱や水蒸気の輸送の実態を解明することにおき、特に降水システムのトリガーとなる熱と水蒸気の鉛直輸送に研究の焦点を絞った。研究は、次の4つのグループ;1)大気境界層観測、2)降水観測、3)広域解析、4)モデル、に分けて進められた。
  中国・淮河流域における最新の機器を含む継続観測、東シナ海におけるドプラーレーダー(COBRA)等による集中観測は、他に類例がない体系的なABLの観測研究であり、それぞれの地域におけるABLと降水機構に関する詳細なデータセットを得たこと自体が、今後のこの分野の研究の発展に資する貴重な成果である。観測によって立証しようとした3つの作業仮説は必ずしも当たらなかったが、それによって観測研究の視点が明確にされ、中国大陸や東シナ海上でのABLの発達に関する新たな多くの知見を得ている。特に、東シナ海での梅雨前線に伴う降水システムの構造などの解析において詳細でインパクトのある成果を出している。また、雲解像度モデルCReSSの開発を進め、これを用いた数値実験やシミュレーションにより観測事実の理解が深まるとともに、雲降水機構とABLの関係について新たな知見を提出している。気候・気象モデルの高解像度化に伴い、ABLと降水機構の解明はますます重要になっており、本研究はそれへ向けてのパイオニア的研究といえる。この研究グループは、現在日本のABLの観測体制が弱体化している中で貴重な存在である。また、国際的にも対流システムと境界層の関係を観測的に研究しているグループは少ないので貴重である。この種の観測研究では、直ぐに答えが出るものではないが、今後とも継続して充実・発展させる必要がある。

(4)杉田 倫明研究チーム:研究課題
   「北東アジア植生変遷域の水循環と生物・大気圏の相互作用の解明」
  本研究は、気候面では湿潤域から乾燥域へ、植生面では森林−草原−砂漠へと遷移し、草原での過放牧の問題を抱えるモンゴル・ヘルレン川流域を主たる対象として、温暖化に代表される大気圏や人間活動の変化と水循環系ならびに生物圏の変化との相互作用を解明し、モデル化することを第一の目的とした。その上で、将来予測シナリオに基づいた草原生態系の維持管理システム手法、あるべき土地・水利用システムについて提案することを目指した。研究は、サブ課題を追求する次の6つのグループ;1)熱・水交換過程/蒸発散、2)草原生態系と人間活動との関係、3)同位体による水・物質循環プロセス解明、4)メソスケールモデルの構築/モンスーン水循環、5)分布型流出モデルによる流出解析、6)データ収集/現象解析(モンゴル気象水文研究所)、および全体の調整と提案の取り纏めを行う7)総括、で構成された。
  系統的な地上フラックス観測と領域フラックス計測/推定により、アジア半乾燥気候帯の河川流域において初めて精度の高い水・熱・炭素の地表面収支を明らかにしたことは、この分野の先導的研究として高く評価できる。草地の植生構造と炭素循環の関係、森林から草原への遷移に伴う土壌特性の変化、放牧や耕作が土壌特性に及ぼす影響についての研究では、各種の計測・調査・試験法を駆使し、また炭素循環モデルを適用することにより、こうした本格的な研究が初めてであることもあって、多くの新たな知見を提示している。そして、放牧の影響に注目した観点から適正な土地利用・水利用への提言に繋がる成果を出している。同位体をトレーサーとした解析ならびに領域気候モデルを基本とする同位体モデル等を用いた追跡による水蒸気・降水の起源に関する研究では、従来の地域内再循環水の役割を重視する見解とは異なり、モンゴル地域の夏季の水蒸気・降水は中国南東部水田地帯、中央アジア、シベリアからもたらされるという新しいインパクトのある知見を提示し、今後の研究の発展に貢献している。このように、半乾燥地の草原を中心に水循環系と生態系、大気を包括的に取り扱った研究としては、アジアで初めての本格的研究であり、今後、北東アジアから中央アジアにわたる他の乾燥・半乾燥地域研究の規範になると考えられる。

(5)楠田 哲也研究チーム:研究課題
   「黄河流域の水利用・管理の高持続性化」
  黄河流域における将来の持続性の高い水利用・水管理システムを提示するために、既存データの収集・整理、土砂輸送に関わる室内基礎実験、農地や河川における現地観測、水・物質循環要素のモデル化とモデル要素の統合化、モデルによる将来予測、将来の水利用形態に関する評価・提案を行った。研究全体は空間・対象別の4つのサブテーマ、@農地・乾燥地、A都市、B土砂輸送、C流出・水資源モデル、および全体を総合するテーマ、D流域水マネジメント、に分けて構成された。
  内蒙古河套灌漑区などにおいて,水・熱・塩分のダイナミクスに関する現地連続観測と現状の灌漑方法などに関する詳細な調査を行い,乾燥地帯の農地灌漑に対して熱・水循環機構と水・塩分動態を明らかにした上で、具体的な節水灌漑技術と塩害防止対策を提示できた。 渭河流域での水量・水質同時観測と生活用水などの調査を基に新たに構築された水文・水質統合モデルを用いた水質汚濁機構に関する研究は、多量の土砂を含む河流の成果として新規性が高い。また、分布型モデルの適用により、黄河全流域の流量の長期変動特性が解析されたこと自体が、貴重な成果といえる。特に、黄河の断流の原因は従来、農業による過剰取水とされていたが、この研究での解析により、気候変動も重要な要因であることが見出された点は、世界的にもインパクトのある成果である。サブグループの研究成果が流域マネジメントへ必ずしも集約されていないなどの課題は残しているが、プロジェクト全体として見ると、必要な情報が必ずしも公開されていない中国で、現地の研究機関・研究者と良好な協力関係を築いて現地観測・調査を含むデータ収集を行い、世界が注目する黄河の水利用・水管理の各サブ課題に対して先導的研究成果を上げた。また、このプロジェクトを通じて築かれた中国の研究機関・研究者との人的ネットワークは、今後のこの分野の共同研究や研究交流に対する貴重な資産である。

(6)寶 馨研究チーム:研究課題
   「社会変動と水循環の相互作用評価モデルの構築」
  今後も急激な人口増と社会の変動が予測されるアジア域を対象として河川流域の水循環と人間活動の相互作用を記述・解析し、当該流域の水問題の諸相を明らかにするとともに、我が国との関係という観点からも考察を加えることとして、次の3つの目標;@我が国およびアジア諸国の社会変動が河川流域における水循環、さらには国際的な水資源循環・収支に及ぼす影響を予測するモデルの構築、Aアジアの淡水資源の利用可能性とリスクの科学的定量的な評価・予測、B我が国の水(食料、産業)政策、国際貢献戦略の持続可能な将来像の提示、を掲げて研究を推進した。この目標にほぼ対応して3つの研究グループ;1)アジアモンスーン地域を対象とした水循環モデルの構築、2)自然の水文循環と社会変動の相互作用を考慮した水循環モデルの構築、3)国際的水循環・水収支の自然・社会・経済シナリオ分析と貢献戦略、で研究チームを構成した。
  研究グループ1)における、それぞれの流域で異なる課題を対象とした水循環モデルの構築はいずれも先進的な研究としてレベルが高い。特に、淀川流域の分布型流出予測システムは水管理の有力なツールを提供した点で、また、淮河流域の水循環モデルは複雑な水田灌漑が水循環に及ぼす影響を可能にした点で、高く評価できる。グループ2)の水害リスクコミュニケーション支援システムの構築では、仮想体験により緊急時の適切な避難行動を誘導しようという着想を、避難実態の詳細な調査・分析の基にシステムデザインに着実に取り入れて実現し、 地域参加のワークショップでその有用性を確認しており、他の流域への適用などによって、今後さらに発展する可能性をもつ実践的研究として高く評価できる。研究グループ3)における、日本の水施策・制度に係わる経験をアジア諸国の今後に生かそうという視点は極めて重要であり、日本の施策・制度の整理とアジア諸国の調査はある程度進められたが、両者の対応付けについては、各国の社会・経済・政治・文化などの面からの検討が必要であり、今後の発展に期待する。また、国際的な水問題を扱った研究では、個々の課題については興味ある新たな知見を提示している。しかし、例えば、“Post-Project Review”を重視する研究アプローチとコンフリクトマネジメント数理モデルによるアプローチがどのような関係にあるのか、など横断的な検討が今後の課題である。

 以下のページに、平成13年度採択の6研究課題の研究終了報告書を掲載いたします。ご一読いただきまして、皆様のご理解とご意見を賜れれば幸いです。