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第2回領域シンポジウム
ポスターセッション
杉田倫明研究チーム
| P015 | 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 ：RAISE Projectの概要 |
杉田倫明1・浅沼順2・鞠子茂3・辻村真貴1・陸旻皎4・木村富士男1・D. Azzaya5・ Ts. Adyasuren6
1 筑波大学大学院生命環境科学研究科地球環境科学専攻
2 筑波大学大学院生命環境科学研究科地球環境科学専攻・陸域環境研究センター
3 筑波大学大学院生命環境科学研究科構造生物科学専攻
4 長岡技術科学大学
5 Institute of Meteorology and Hydrology of Mongolia
6 Environmental Education and Research Institute ECO Asia
アジア北東部には森林-草原-砂漠という変遷域が形成され、外部条件の変化に対して影響を受けやすい状態にある．この様な変化が、自然環境にどの様な影響をいかに与えるのかを解明することを目的として、モンゴル国ヘルレン川流域を主たる対象に、地上観測、航空機観測、衛星データを利用して研究を進めた．これらのデータから、森林と草原で地表面と大気の交換過程が異なること、草原は放牧の影響が大きいことがわかり、また衛星とモデルの併用や、航空機データの解析から広域のフラックスの推定が行われた．一方、大気、降水、地下水および河川水、植物体、土砂などのサンプルを分析した結果、ヘルレン川本流の水の起源が最上流部であり、浅層地下水と河川の交流が河川近傍付近以外はほとんど無いらしいこと、浅層地下水は、小スケールの水循環の場として独立していて、その地点の環境の影響を受けていることなどが分かった．一方、土壌や植生の分布、季節変化から土壌中の炭酸カルシウムの集積量が降水量の少ない地点ほど多いこと、フェンスで囲った保護区の経年観測から植生、表面土壌とも放牧をコントロールすることでその量、物理性などが変化するなどが分かった．また、将来予測のためにモデルの開発・研究が進められ一部の結果で出てきている．
1 筑波大学大学院生命環境科学研究科地球環境科学専攻
2 筑波大学大学院生命環境科学研究科地球環境科学専攻・陸域環境研究センター
3 筑波大学大学院生命環境科学研究科構造生物科学専攻
4 長岡技術科学大学
5 Institute of Meteorology and Hydrology of Mongolia
6 Environmental Education and Research Institute ECO Asia
アジア北東部には森林-草原-砂漠という変遷域が形成され、外部条件の変化に対して影響を受けやすい状態にある．この様な変化が、自然環境にどの様な影響をいかに与えるのかを解明することを目的として、モンゴル国ヘルレン川流域を主たる対象に、地上観測、航空機観測、衛星データを利用して研究を進めた．これらのデータから、森林と草原で地表面と大気の交換過程が異なること、草原は放牧の影響が大きいことがわかり、また衛星とモデルの併用や、航空機データの解析から広域のフラックスの推定が行われた．一方、大気、降水、地下水および河川水、植物体、土砂などのサンプルを分析した結果、ヘルレン川本流の水の起源が最上流部であり、浅層地下水と河川の交流が河川近傍付近以外はほとんど無いらしいこと、浅層地下水は、小スケールの水循環の場として独立していて、その地点の環境の影響を受けていることなどが分かった．一方、土壌や植生の分布、季節変化から土壌中の炭酸カルシウムの集積量が降水量の少ない地点ほど多いこと、フェンスで囲った保護区の経年観測から植生、表面土壌とも放牧をコントロールすることでその量、物理性などが変化するなどが分かった．また、将来予測のためにモデルの開発・研究が進められ一部の結果で出てきている．
このページの先頭へもどる| P016 | Multidisciplinary measurements of eddy fluxes of CO2, H2O and energy over a montane larch forest and stipa steppe along the Kherlen River of Mongolia |
Sheng-Gong Li, Jun Asanuma, Ayumi Kotani, Michiaki Sugita
We used the eddy covariance (EC) technique, the aircraft, the scintillometer, and the isotopic techniques to examine temporal and spatial dynamics of eddy fluxes of CO2, H2O and energy over a montane larch forest and stipa steppe along the Kherlen River of Mongolia.
(1) One-year round (25 March 2003 to 24 March 2004) measurements by the EC technique show that both montane larch forest and stipa steppe acted as sinks for the atmospheric CO2 during the measurement period. However, sink strength of the forest was twice that of the steppe. It appeared that the dominant constraint over sink strength was temperature for the forest while it was water availability for the steppe. Lower temperatures limited carbon assimilation in the forest. The steppe was switched from a carbon sink to a carbon source under conditions of drought stress. The influences from other biotic and abiotic factors were also evaluated in detail.
(2) Turbulence data obtained by aircraft observations in convective boundary layer (CBL) were analyzed to estimate the regional surface heat fluxes through application of the variance methods. Several heights within and above CBL were flown repeatedly above the flux observation site in a homogeneous steppe area in Mongolia. The vertical profiles of the second moment about the mean, i.e., the variance, of temperature were found to follow, in general, the functional forms proposed in previous studies. These variance statistics were applied to the variance formulations to estimate surface sensible heat fluxes.
(3) The isotopic techniques like the Keeling plot was used to separate evapotranspiration into its components: soil evaporation and plant transpiration. The results show that about 60-70% of the total evapotranspiration was contributed by plant transpiration at the forest site while this percentage was reduced to about 30-60% at the steppe. Oxygen isotopic composition of foliar water and its daily variability were found to be sensitive to atmospheric evaporative demand. During most of the growing season, water sources used by larch trees at the forest site were from the upper 30-cm surface layer of the soil when precipitation input was large, and were from the deeper layer when the water supply at the upper soil layer was limited.
(4) A large aperture optical scintillometer (LAS) was used to estimate the sensible heat flux over the relatively larger source area (450-4600 m). And this estimate was compared with the flux measured by the EC method. The comparison suggests that the sensible heat flux estimated by LAS was 1.5 times larger than that measured by the EC method. This could be ascribable to that the flux estimated by LAS is reprehensive of more extensive footprint than that estimated by the EC method, and that the EC method has the problem of flux underestimation under insufficient turbulence. This is also likely caused by other limitations involved in both techniques.
We used the eddy covariance (EC) technique, the aircraft, the scintillometer, and the isotopic techniques to examine temporal and spatial dynamics of eddy fluxes of CO2, H2O and energy over a montane larch forest and stipa steppe along the Kherlen River of Mongolia.
(1) One-year round (25 March 2003 to 24 March 2004) measurements by the EC technique show that both montane larch forest and stipa steppe acted as sinks for the atmospheric CO2 during the measurement period. However, sink strength of the forest was twice that of the steppe. It appeared that the dominant constraint over sink strength was temperature for the forest while it was water availability for the steppe. Lower temperatures limited carbon assimilation in the forest. The steppe was switched from a carbon sink to a carbon source under conditions of drought stress. The influences from other biotic and abiotic factors were also evaluated in detail.
(2) Turbulence data obtained by aircraft observations in convective boundary layer (CBL) were analyzed to estimate the regional surface heat fluxes through application of the variance methods. Several heights within and above CBL were flown repeatedly above the flux observation site in a homogeneous steppe area in Mongolia. The vertical profiles of the second moment about the mean, i.e., the variance, of temperature were found to follow, in general, the functional forms proposed in previous studies. These variance statistics were applied to the variance formulations to estimate surface sensible heat fluxes.
(3) The isotopic techniques like the Keeling plot was used to separate evapotranspiration into its components: soil evaporation and plant transpiration. The results show that about 60-70% of the total evapotranspiration was contributed by plant transpiration at the forest site while this percentage was reduced to about 30-60% at the steppe. Oxygen isotopic composition of foliar water and its daily variability were found to be sensitive to atmospheric evaporative demand. During most of the growing season, water sources used by larch trees at the forest site were from the upper 30-cm surface layer of the soil when precipitation input was large, and were from the deeper layer when the water supply at the upper soil layer was limited.
(4) A large aperture optical scintillometer (LAS) was used to estimate the sensible heat flux over the relatively larger source area (450-4600 m). And this estimate was compared with the flux measured by the EC method. The comparison suggests that the sensible heat flux estimated by LAS was 1.5 times larger than that measured by the EC method. This could be ascribable to that the flux estimated by LAS is reprehensive of more extensive footprint than that estimated by the EC method, and that the EC method has the problem of flux underestimation under insufficient turbulence. This is also likely caused by other limitations involved in both techniques.
| P017 | モンゴルにおける地球温暖化予測の力学的ダウンスケーリング |
佐藤友徳（発表者，科学技術振興機構）
木村富士男（筑波大学）
鬼頭昭雄（気象研究所）
モンゴルのように乾燥地域-湿潤地域の境界に位置する国は地球温暖化などの気候変動による影響を受け易い．国レベルの政策決定のためには，より狭い領域を対象とした気候予測が必要である．しかしGCMによる温暖化予測では国スケールや流域スケールの降水量予測を行うことは非常に困難である．この研究では領域気候モデルを用いた力学的ダウンスケーリング手法により，地球温暖化によるモンゴルの降水量変化を調べた．従来の力学的ダウンスケーリング手法で大きな問題となっているGCMのバイアスの影響を避けるために，GCMによって予測された温暖化前後の気象要素の差を再解析データに加え，これを温暖化後の気候として領域気候モデルの境界値とする手法で降水量変化の予測を行った．この手法の利点は，現在の降水量分布や降水強度を，従来の力学的ダウンスケーリング手法に比べて非常によく再現することができる点にある．
GCMのデータを領域モデルの境界値とする一般的な手法と，本研究の手法とを比較すると，降水量に見られる温暖化前後の差はほとんど同じであった．本研究の手法では，ほとんどの年において降水量が減少することが示された．地域分布ではモンゴルの北部の山岳地帯において降水量が減少するという結果を得た．北部の降水量の減少は主に強い降水イベントが減少したことによってもたらされていた．一方，ゴビ周辺では僅かに降水量は増加していた．
木村富士男（筑波大学）
鬼頭昭雄（気象研究所）
モンゴルのように乾燥地域-湿潤地域の境界に位置する国は地球温暖化などの気候変動による影響を受け易い．国レベルの政策決定のためには，より狭い領域を対象とした気候予測が必要である．しかしGCMによる温暖化予測では国スケールや流域スケールの降水量予測を行うことは非常に困難である．この研究では領域気候モデルを用いた力学的ダウンスケーリング手法により，地球温暖化によるモンゴルの降水量変化を調べた．従来の力学的ダウンスケーリング手法で大きな問題となっているGCMのバイアスの影響を避けるために，GCMによって予測された温暖化前後の気象要素の差を再解析データに加え，これを温暖化後の気候として領域気候モデルの境界値とする手法で降水量変化の予測を行った．この手法の利点は，現在の降水量分布や降水強度を，従来の力学的ダウンスケーリング手法に比べて非常によく再現することができる点にある．
GCMのデータを領域モデルの境界値とする一般的な手法と，本研究の手法とを比較すると，降水量に見られる温暖化前後の差はほとんど同じであった．本研究の手法では，ほとんどの年において降水量が減少することが示された．地域分布ではモンゴルの北部の山岳地帯において降水量が減少するという結果を得た．北部の降水量の減少は主に強い降水イベントが減少したことによってもたらされていた．一方，ゴビ周辺では僅かに降水量は増加していた．
| P018 | モンゴル国ヘルレン川の水文レジムと空間変動性 |
陸 旻皎・上米良 秀行（長岡技術科学大学）
モンゴル国北東部の半乾燥域に位置するヘルレン川流域を対象に水収支解析と分布型水文モデリングを行った．流域内の３つの水文観測点を基準として流域を上流・中流・下流の３つの部分流域に分割した．この３つの部分流域について1993年から2003年の11年間の年々の水収支（５月から９月の積算値）を解析した．その結果，小流域への流入量から小流域からの流出量を差し引いた正味流量は下流の２つの部分流域では各年ともほとんど零であった．これは，下流の２つの部分流域で発生したローカルな流出量は，各部分流域の河川流量の増加には寄与しないことを意味し，上流の部分流域がこの河川の水源域であることを示唆している．このことを確認するために，分布型水文モデルを用いた２種類の数値実験を設計した．気象観測点の日単位観測資料を最近隣法で与えて３地点の河川流量を求める標準実験と，標準実験と同じ入力を与え，中流・下流では周辺斜面の流出を河道へ流入させないという強制実験を行った．この実験を先の11年について行った結果，強制実験の結果の方が，観測河川流量を上手く再現した．これはある特定の年に限らず11年間通じてのことである．この結果から２つの可能性が示唆された．ひとつは，主河道系には周囲斜面からの流入は全くなく，周囲で降った雨はほとんどすべて周囲で蒸発する．あるいは，中流・下流で発生し主河道系に流入する流出量は，ほとんどすべて河道水面蒸発か地下水涵養で消費される．
モンゴル国北東部の半乾燥域に位置するヘルレン川流域を対象に水収支解析と分布型水文モデリングを行った．流域内の３つの水文観測点を基準として流域を上流・中流・下流の３つの部分流域に分割した．この３つの部分流域について1993年から2003年の11年間の年々の水収支（５月から９月の積算値）を解析した．その結果，小流域への流入量から小流域からの流出量を差し引いた正味流量は下流の２つの部分流域では各年ともほとんど零であった．これは，下流の２つの部分流域で発生したローカルな流出量は，各部分流域の河川流量の増加には寄与しないことを意味し，上流の部分流域がこの河川の水源域であることを示唆している．このことを確認するために，分布型水文モデルを用いた２種類の数値実験を設計した．気象観測点の日単位観測資料を最近隣法で与えて３地点の河川流量を求める標準実験と，標準実験と同じ入力を与え，中流・下流では周辺斜面の流出を河道へ流入させないという強制実験を行った．この実験を先の11年について行った結果，強制実験の結果の方が，観測河川流量を上手く再現した．これはある特定の年に限らず11年間通じてのことである．この結果から２つの可能性が示唆された．ひとつは，主河道系には周囲斜面からの流入は全くなく，周囲で降った雨はほとんどすべて周囲で蒸発する．あるいは，中流・下流で発生し主河道系に流入する流出量は，ほとんどすべて河道水面蒸発か地下水涵養で消費される．
| P019 | Validation and estimation of carbon cycle in a Mongolian grassland ecosystem under non-grassing condition using Sim-CYCLE |
Lee Pilzae1, Lee Gilzae1, Sugita Michiaki1, and Oikawa Takehisa1
1 Institute of life and environment Sciences, University of Tsukuba, Tsukuba, Japan
Abstract:
We calibrated the parameters of Sim-CYCLE using ecological data measured under non-grassing condition in 2003 and meteorological data during last 11 years (1993-2003) at Kherlen Bayann-Ulaan (KBU) in Mongolia. Sim-CYCLE which was calibrated in KBU showed a high consistence with measured data, such as aboveground biomass (AB), belowground biomass (BB), aboveground net primary productivity (ANPP), belowground net primary productivity (BNPP) (reproduction rate > 88%). The difference of the meteorological data during 11 years, which had the characteristics of decreasing trend of precipitation and increasing trend of air temperature in growing-season (April-October), led to the change of carbon dynamic in this site. In carbon storage at this period, AB, BB, Litter (WSL), and mineral soil (WSH) showed difference between 0.59 (1993) ‐ 0.48 Mg C ha-1 (2001), 6.21 (1995) ‐ 5.85 Mg C ha-1 (2003), 2.91 (1995) ‐ 2.45 Mg C ha-1 (2002), and 77.99 (1994) ‐ 77.69 Mg C ha-1 (2003), respectively. In carbon fluxes, gross primary productivity (GPP), net primary productivity (NPP), autotrophic respiration (AR), and heterotrophic respiration (HR) showed difference between 2.15 (1993) ‐ 1.71 Mg C ha-1 y-1 (2001), 1.34 (1993) ‐ 0.97 Mg C ha-1 y-1 (2000), 0.81 (1994) ‐ 0.73 Mg C ha-1 y-1 (2001), and 1.27 (1996) ‐ 1.06 Mg C ha-1 y-1 (1995), respectively. These results suggest that productivity and carbon storage were varied dynamically according to precipitation and temperature as well as had a close relation with them each other.
We simulated carbon dynamic of future in this site under environmental change with three scenarios considered based on meteorological data during last 11 years: 1) SP-1%: To decrease 1% precipitation of previous year every year until 100 years, 2) ST+0.05℃: To increase 0.05℃of previous year month in every growing-season until 100 years, and 3) ST+0.05℃,P-1%: To sum the condition of SP-1% and S+0.05℃. GPP, NPP, AB, and BB of SP-1%, and ST+0.05℃ in 100th year decreased up to around half of them to first year, resulted from water stress and temperature stress of photosynthesis, respectively. Those of ST+0.05℃,P-1% decreased up to 72.7 Mg C ha-1, 75.2 Mg C ha-1, 72.0 Mg C ha-1 y-1, and 67.2 Mg C ha-1y-1 because of both water and temperature stress of photosynthesis. The results of simulations showed that KBU was vulnerable under the change of precipitation and temperature. Also, the result of simulation suggests that the research site had a high possibility on ecosystem deterioration or desertification after around 100 years under similar climatic change undergone until now.
1 Institute of life and environment Sciences, University of Tsukuba, Tsukuba, Japan
Abstract:
We calibrated the parameters of Sim-CYCLE using ecological data measured under non-grassing condition in 2003 and meteorological data during last 11 years (1993-2003) at Kherlen Bayann-Ulaan (KBU) in Mongolia. Sim-CYCLE which was calibrated in KBU showed a high consistence with measured data, such as aboveground biomass (AB), belowground biomass (BB), aboveground net primary productivity (ANPP), belowground net primary productivity (BNPP) (reproduction rate > 88%). The difference of the meteorological data during 11 years, which had the characteristics of decreasing trend of precipitation and increasing trend of air temperature in growing-season (April-October), led to the change of carbon dynamic in this site. In carbon storage at this period, AB, BB, Litter (WSL), and mineral soil (WSH) showed difference between 0.59 (1993) ‐ 0.48 Mg C ha-1 (2001), 6.21 (1995) ‐ 5.85 Mg C ha-1 (2003), 2.91 (1995) ‐ 2.45 Mg C ha-1 (2002), and 77.99 (1994) ‐ 77.69 Mg C ha-1 (2003), respectively. In carbon fluxes, gross primary productivity (GPP), net primary productivity (NPP), autotrophic respiration (AR), and heterotrophic respiration (HR) showed difference between 2.15 (1993) ‐ 1.71 Mg C ha-1 y-1 (2001), 1.34 (1993) ‐ 0.97 Mg C ha-1 y-1 (2000), 0.81 (1994) ‐ 0.73 Mg C ha-1 y-1 (2001), and 1.27 (1996) ‐ 1.06 Mg C ha-1 y-1 (1995), respectively. These results suggest that productivity and carbon storage were varied dynamically according to precipitation and temperature as well as had a close relation with them each other.
We simulated carbon dynamic of future in this site under environmental change with three scenarios considered based on meteorological data during last 11 years: 1) SP-1%: To decrease 1% precipitation of previous year every year until 100 years, 2) ST+0.05℃: To increase 0.05℃of previous year month in every growing-season until 100 years, and 3) ST+0.05℃,P-1%: To sum the condition of SP-1% and S+0.05℃. GPP, NPP, AB, and BB of SP-1%, and ST+0.05℃ in 100th year decreased up to around half of them to first year, resulted from water stress and temperature stress of photosynthesis, respectively. Those of ST+0.05℃,P-1% decreased up to 72.7 Mg C ha-1, 75.2 Mg C ha-1, 72.0 Mg C ha-1 y-1, and 67.2 Mg C ha-1y-1 because of both water and temperature stress of photosynthesis. The results of simulations showed that KBU was vulnerable under the change of precipitation and temperature. Also, the result of simulation suggests that the research site had a high possibility on ecosystem deterioration or desertification after around 100 years under similar climatic change undergone until now.
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