衛星データ解析による農事暦を活用した
灌漑必要水量の推定

2011年2月23日○小槻峻司1
田中賢治2 小尻利治2 浜口俊雄2
1京都大学大学院

工学研究科
2京都大学防災研究所

発表内容

陸面過程解析により全球陸域の灌漑必要水量を推定

気圏

1. 全球における農事暦作成
2. 物理過程に根差した農業水需要量の推定

陸圏水圏1)) GEWEX: http://www.gewex.org/
p //
gg/

背景(1) : 灌漑農地の増加

今後，灌漑農地は更 増 す
更に増加すると予測されるが測全球での統計値が少ない

灌漑必要用水の推定手法の確立が必要

19
961年の値に対する比比

世界の食糧生産
灌漑農地面積

耕作面積

穀物収穫量

2) 国連食糧農業機関 (FAOSTAT)

耕作地のわずか16%の灌漑地から40%の穀物が生産がされている
穀物産

背景(2) : 物理過程解析の必要性
降水量の変化予測（現在/21世紀末)
気温の上昇予測

気温の変化予測（現在‐21世紀末)

3) IPCC第4次報告書(http://www.ipcc.ch/)

気候変動により，陸域の水循環や農業水需要はどう変化するのか
MRI‐AGCM20出力結果

背景(3) : 全球解析の意義
気温の上昇予測（現在‐21世紀末)

気候変動は耕作適地を大きく変化させる可能性が高い

どう影響を与えるか

気候変動への適応策を考える上では気候変動の適応策を考える上では全球に適用可能なモデルが必要

年耕作回数1) 今の状態での将来予測
2) 他の作物への転換
3) 耕作時期の変化
4) Siebert et al.

これまでの研究
水需要: どれくらい水が必要か？
水供給: その水は供給できるのか？

何を特定する必要があるのか？

降水INPUT : 降水量等の気象条件①蒸発散量① 農業水需要量の推定② 蒸発散量（水資源量の特定）③ 空間分布の変化（河川流下）
水需要

水供給

③農業水需要②時空間的変動（河川流下）
5) Oki and Kanae

解像度20kmで全球陸域の水循環をモデル化

陸域の水循環解析(修論)陸面過程モデル : SiBUC
地表面での鉛直方向の水の挙動を解析
出力・蒸発散・灌漑要求水量・貯留水量など
な

月蒸発散量

降水流出モデル : Hydro‐BEAM

蒸発散

水平方向の水の挙動を解析
動
データの引き継ぎ

水の移動

出力・河川流量・貯水池貯留量など

月平均河川水量

本研究の目的
水需要: どれくらい水が必要か？
水供給: その水は供給できるのか？

何を特定する必要があるのか？

降水INPUT : 降水量等の気象条件①蒸発散量① 農業水需要量の推定② 蒸発散量（水資源量の特定）③ 空間分布の変化（河川流下）
水需要③農業水需要②時空間的変動（河川流下）

水供給

5) Oki and Kanae

全球陸域の農業水需要量を推定

研究手法
1. 研究の目的と背景
究的と背景
2. 研究手法
3 適用結果3.
4. 結論と今後の課題

 農業必要水量の推定手法
 全球適用へのデータセット灌漑の表現1.陸面過程の物理解析により水位（水田）や土壌水分（畑地）を追跡

PcanopyEx) 水田の水位追跡式

水位調節概念図EEvap

DDw  TWS  SMs
TWS: 地表面総貯留量
SM ：土壌水分量SMs：飽和土壌水分量
Dw : 水深Precdiscontinuation
W1

Edc1

W2

Edc2

W3

Q12
Q23
Q3

Dw
D1
Surface layer
D2 Root zone
D3
Recharge zone

2.作種・農事暦により定められた規定値を超過した場合に，取水・排水をするとモデル化

Win  Wopt  Dw  ( SMs  SM )Wout  Dw  Wopt

Win: 灌漑要求水量
Wout ：灌漑排水量
Wopt：最適水深

衛星データを活用した農事暦作成
NIR  REDNDVI NIR  RED

2期作地点のNDVI年変化（タイ）植生大NIR : 近赤外領域の反射率
RED : 赤外領域の反射率（植物が吸収）

衛星データの時系列変化から各作物の農期を特定1月1日の農事暦（小麦）植生小7月1日の農事暦（小麦）全球適用へのデータセット

全球灌漑面積率 (Doll et al.)

各国の小麦耕作比率 (FAOSTAT)

国統計値をベ スに作物毎の国統計値をベースに作物毎の灌漑土地利用マップを作成
扱う作物
1. 春小麦2. 冬小麦
3. 稲

4. 大豆
5. 綿花
6. トウモロコシ
トウシ
小麦の灌漑面積率

適用結果

 流域への適用‐ 観測デ
観測データを基本とした，再現計算
タを基本とした，再現計算

1. 研究の目的と背景
究的と背景
2. 研究手法
3 適用結果3.
4. 結論と今後の課題

 全球陸域への適用‐ GCM出力値を用い，気候値解析‐ 現在気候での検証と，気候変動推計

GCM出力期間 （MRI
（MRI‐AGCM20）
AGCM20）‐ 現在気候（1979‐2003年）‐ 世紀末気候（2075‐2099年）

月灌漑必要水量（現在気候値）

Chao Phraya River (タイ)
灌漑取水効果の検証－降水量－解析流量（灌漑取水あり）－解析流量
解析流量 (灌漑取水なし)
－観測流量

C.2

BhumibolDam
Sirikit Dam※貯水池放流量を境界条件として使用‐ 灌漑要求水量‐ 空間的分布‐ 灌漑必要水量の発生時期が再現されている

気象強制力：観測雨量，H08，JRA25n
土地利用 ：Agro‐SEAD全球灌漑要求水量
年降水量の比較(GCM‐GPCCC&APHRO)
年平均灌漑要求水量（現在気候値）

国統計値との比較
3

Estimamated [log10Gt]t]210

推定値は実行灌漑面積が一致するように補正-1-2-2-10

12AQUASTAT [log10Gt]

月灌漑要求水量変化の国比較

成果‐ 灌漑要求水量の全球分布を推定‐ 統計値と，概ね一致‐ 時系列の灌漑要求水量を出力(本研究の付加価値）‐ 再現計算による確認が必要

ウズベキスタン
ブラジル

ベトナム

3

気候変動の影響推計
 全球陸域での気候値による比較‐ GCM出力値から，気候値を算出‐ 現在気候：1979‐2003年，将来気候（2075‐2099年）
現在気候
年，将来気候（年）‐ 解析期間の気候値（平均値）による比較

 比較要素比較 素農事暦，耕作作物，灌漑面積は同じと仮定し気候変動のみによる影響を推定する

将来気候値

－

‐ 利用可能水量‐ 灌漑要求水量‐ 河川流況

現在気候値＝気候変動の影響

灌漑必要水量への影響
国別灌漑必要水量の変化

年灌漑要求水量の差

Future2re2 [Gt]

160200180140160120140100120

将来増加

1008080606040402020

将来減少

0020406080100120140160

Present [Gt]20

・ 灌漑要求水量は，全球で増加．
・ 稲作地帯や，綿花栽培地帯で顕著．
Future22 [[Gt]

気温の上昇に伴い，多くの国で灌漑要求水量は増加傾向

将来増加

15105

将来減少

00510

Present [Gt]1520陸域水循環への影響
年灌漑要求水量の差

利用可能水量の差

利用可能水量（mm） = 降水量(mm) – 蒸発散量(mm)

水需要側の変化
需要：灌漑要求水量の増加
供給：利用可能水量の増加するが供給：利用可能水量の増加するが，季節変化が顕著になる．

→ 長期水資源管理がより重要となる

水供給側の変化futur
ture mindisc/s]
futurefutmaxmonth
monthhdis
ddisc[log10,m3/s][log10,m3/s]/s]

河口の流況変化
5 66

maxdiscmindisc5.5
45.5
53 54.54.5244
1 3.5
3.5
0 33-1 2.5
2.5
2-2 2
1.5-31.5

将来増加□最大月流量□最小月流量

将来減少

11.522.5
33.5
44.55
5.5
-4 1 1-4 1 -31.5 preset
-22
2.5
-1
30 3.5disc
1 4[lon10,m3/s]
2 4.5 3 5
45.5
max monthpresetpresetmin
minmonthmonthdiscdisc[lon10,m3/s][lon10,m3/s]

656

成果と課題
成果：全球陸域でのモデル化と解析– 灌漑必要水量の解析– 気候変動の影響推計
気候変動 影響推計

課題 今後の展望
課題，今後の展望– 再現計算– 作物成長モデル（温暖化により変化）– 気候変動の影響評価

今後の課題
月平均河川流量(現在気候）

水供給側の解析

月灌漑要求水量（現在気候）

水需要側の解析

気候変動が空間的・時間的にどう水需要ストレスを与えるか？
作物選択や耕作時期の変化でどう回避できるか？