306：411〔藩類弊黒鐙循環；〕〔解説〕

地球システムモデルで用いられる陸域モデル
伊

藤

昭

彦＊1・市

井

研究の現状と課題
永＊1

和 仁＊2・田 中 克 典＊3・佐 藤

江守正

多＊4・及 川1．はじめに＝地球システムモデル
地球環境問題は，地球科学諸分野の発展を加速させ

武久＊5

気一海洋の結合大循環モデル（AOGCM）は20年以上前から開発されているが（McGuffieandHenderson−

ただけでなく，それらの分野を横断して全体像を構築

Sellers，2001），それ以外の構成要素が導入され始めたする研究の必要性を生じさせている．成層圏オゾンののはごく最近である．特に，簡単な物理法則では十分減少や対流圏の温暖化といった代表的な地球環境問題に記述できない生物圏の導入は手探り段階にあるとは，それ自体は大気中の現象であるが，その制御には言っても過言ではない．従来の気候モデルにも大気と

水圏，地圏，生物圏，そして人間社会といった様々な陸面との問の運動量・熱・水交換を計算するスキーム

地球の構成要素が深く関与している．さらに気候の長は使用されている．しかし，新しい地球システムモデ

期変動を解釈する場合には，積極的に地球全体の変動の一部として大気変動を位置づけなければならない．

ルでは，炭素循環などの生物地球化学過程や植生遷移

地球を単なる独立した構成要素の集合ではなく，相になる（Foley6！α1．，2000）．そのため，世界の多くなどの生態過程を含んだ陸域モデルが導入されること互作用によって結ばれた1つの系として捉える「地球の気象学研究機関において，陸上で営まれる主要な過システム」という概念がある．この概念自体は特に新程をシミュレートする陸域生物圏モデルの開発が行わしいものではないが，一部の独創的な研究者（例えばれている．この世界的な潮流に，日本国内の研究は必」．HuttonやV．L

Vemadsky）の思惟対象†1に過ぎな

ずしも先んじていたわけではなかったが，2002年度よい時期が長く続いた．しかし，近年の計算機技術の発り開始された文部科学省の『人・自然・地球共生プロ

展により複雑かつ大規模なシミュレーションが可能とジェクト』では地球システムモデルの開発がテーマのなり，地球システムの定量的モデル化が現実のものとなりつつある．すなわち，従来の気候モデルに含まれ

／

『

一

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一

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妾

ていた大気海洋，海洋と陸域の生態系・大気化学・氷床など，さらには人間活動までの構成要素モデルを相互に結合し（第1図），地球のダイナミクスを仮想的に計算機内に創出しようという試みがある．しかし，大＊1地球フロンティア研究システム，生態系変動予測研究領

／

ぎ

人間社会

樹

■

やぞ

養

陸域

域．

＊2名古屋大学，大学院工学研究科＊3地球フロンティア研究システム，水循環予測研究領域．

＊4地球フロンティア研究システム，モデル統合化研究領

織．＼＼

、＼

、

鴨

海

物理
化学

河川輸送etc．

洋

物理
化学

地質
一一一一一一

気象学，水文学，生物地球化学etc．

域．

第1図

＊5筑波大学，生物科学系．

一2003年10月28日受領一一2004年2月16日受理一◎2004年

日本気象学会

2004年4月

地球システムの概念図．

†1代表的な著作として」．Huttonには『Theory

of

the

Earth（1795）』，V．1．Vemadskyには『TheBiosphere（1926）』がある．

3

228

地球システムモデルで用いられる陸域モデル：研究の現状と課題1つに掲げられ，それを受けて陸域生物圏モデルの開送，蒸発散による潜熱輸送，そして割合としては僅か発が出発することになった．それは世界最速（2004年

であるが光合成に使用される．そこでは時々刻々と変

1月現在）のスーパーコンピュータである『地球シミュ

化する日射，温度，風速，降水などが物理過程に影響

レータ』上に，精緻な地球システムモデルを構築するを与える一方，植生のバイオマス・葉面積指数（単位計画である．そこでは2007年に出版予定の第4次

土地面積あたりの葉面積）や植生分布などの生物要因

IPCCレポートに貢献できる成果が期待されている．

はほとんど時間的に一定とみなすことができる．ただ

1990年から始まった地球圏一生物圏国際協同研究計

し，気孔（植生の葉表面に散在するガス交換を行う微画（IGBP）は，地球変動の統合的理解の推進という意

少な孔隙）の開度は数分以内の応答性を示すので，キャ味で象徴的なプロジェクトであろう．IGBPが開始さ

ノピーにおける交換過程を正確にモデル化するには，れて10年以上が経過して学際的交流は以前に比べると気孔抵抗（またはその逆数である気孔コンダクタンス）

進んだとはいえ，多くの気象研究者にとって陸域生態の環境応答のパラメタリゼーションが必要となる．

系を扱うモデルは馴染みの薄い存在と思われる．本稿

中期的には（例えば数か月〜数年），短期的過程の影の目的は，第1に，地球システムモデルにおいてなぜ響が蓄積されて植生や土壌にも目に見える変化が生

炭素循環や植生動態を取り入れた陸域モデルが必要とじ，それが逆に水熱収支などの短期的過程を変化させなるのかを説明することであり，第2に，この分野のる要因となる．例えば，落葉樹林では夏季の生育期間

現状と課題とを整理して気象研究者に報告することでと冬季（または乾季）の休眠期間とでは，葉面積指数ある．この試みにより共生プロジェクトだけでなく，が全く異なるため，そこでのアルベドや蒸散量が季節

大気一陸域の相互作用に関係するなるべく多くの研究的に大幅に変化する．また，この時間スケールでは土に資することができれば幸いである．なお，本文中で壌水分や積雪量の変化も生じうるが，それらは場合に用いた略語は末尾の一覧でまとめて説明することにし

よっては地域的・全球的なスケールの気候にも影響をた．

与える可能性がある．地球環境変動に関して，中期的
時間スケールで大きな課題となっているのが炭素循環

2．陸域の諸過程である．陸域においては植生と土壌は重要な炭素プーモデル研究の現状を述べる前に，陸域で進行する気ルであり，それらによる光合成・呼吸・分解はグロー

候学的に重要な過程（陸面過程と呼ばれる）について

バル炭素循環においても主要な循環要素となっている．現に，大気中のCO，とその安定炭素同位体組成の概略を示しておこう．関連する教科書としてはJones
Norman変動には，全球的な植生活動の季節変化や経年変化の（1998），Bonan（2002），Chapin6≠α1．（2002）などが（1992），Schlesinger（1997），Campbell

and

影響が明瞭に認められる．すなわち，北半球の中高緯ある．また，陸面過程研究における近年の展開は馬淵

度では生育期間の開始とともに光合成と呼吸の収支が（1999）などに紹介されているので参照されたい．ここ

正味の吸収側に大きく傾くため，大気中CO，濃度は相では便宜的に現象の時間スケールに応じて短期，中期，

対的に低下する．さらに大気中CO、濃度の長期増加ト

長期に分けて説明する．

短期的には（例えば数日以内），境界層，植生キャノ

レンドに見られる経年変動についても，少なくとも部

分的には，ENSOや火山噴火による気候的アノマリー

ピー，地表面および雪面，地中および積雪中で行われに陸域炭素収支が応答した結果であることを示唆する

る運動量・水・エネルギーの移動伝達などがその時間研究がある．陸域生態系に貯留されている有機炭素のスケールを代表する過程である．それらは移流や拡散

平均滞留時間は数十年であり，今世紀中の温暖化にほといった物理法則で記述されるとはいえ，地表面の不ぼ対応した時間スケールで強い応答を示す可能性が高均質さのために必ずしも正確な計算は容易ではなく，

いと考えられる．

様々な方法で近似計算が行われている（本来は複雑な

長期的には（例えば数十年〜数百年），炭素循環だけ現象を便宜的に簡単な近似式で扱うことをパラメタリ

でなく，植生の地理的分布に有意な変化が発生する可ゼーションと呼ぶ）．日射とその反射，大気と地表面と能性がある．気候的に敏感な寒冷圏では，山岳氷河のの間の長波放射の収支によって，正味の放射エネル

ような大規模な事象にも消長の変化が発生する．気候

ギー収支が決定される．その吸収されたエネルギーは，条件が変わると，生物の環境順応性・食物連鎖・競争

地中への伝導，植生や湛水への貯熱，大気への顕熱輸関係のバランスが崩れ，既存の生物の死滅や，外部か

4

天気

51．4．

地球システムモデルで用いられる陸域モデル：研究の現状と課題

229

らの生物の侵入が起こるかもしれない．過去の気候変

また水平方向の相互作用は鉛直方向の相互作用に比べ化，例えば最終氷期から現在までに，植生分布が大幅て相対的に小さいと考えられるので，多くの場合は各に変化してきたことは様々な古生物学的証拠から確認

格子点について大気一植生一土壌をつなぐ鉛直1次元なされている．また，植生型の地理的分布と温度・水分系として扱うことができる．ただし植生の空問的移動の環境との間の対応関係は古くから研究されており，や陸水の水平移動を考える場合には，格子点間の相互その関係を用いることで温暖化した場合の植生移動の作用を考える必要がある．

方向性についておおよその見当を付けることはでき

本節では，まず（1）気候モデルで用いられる陸面パる．しかし，今世紀に起こると予測されているような

ラメタリゼーション，（2）炭素の生物地球化学的循環

急速な気候変化に対して，植生帯の移動が追随できるを扱うモデル，（3）植生の動態と地理分布を扱うモデ

可能性は低いとみられている．逆に，急速に進行する

ル，について，これまでの研究と現状を概括する．そが予測困難な過程として，都市域の拡大，耕作地化，して，地球システムモデルで使用される，（4）これら

過放牧による砂漠化などの人問活動に関するものが挙個別の陸域過程を統合して扱うモデル研究，についてげられる．とはいえ，ある場所に成立する植生の種類

最近の動向を紹介する．誌面の都合で（1）〜（3）の各が変化すると（例えば裸地から草原へ，常緑林から落モデルに関する詳細を紹介する事はできないので，個葉林へ，森林から耕作地へ），そこでの水・熱および炭別の論文や詳しい解説（例えばArora（2002））を参考

素の収支が大幅に変化することは間違いない．

にされたい．

以上に述べたものは，実際に陸域で進行している過

3．1陸面パラメタリゼーションスキーム（LPS）

程の一部でしかなく，その他の過程として，湿原でのLPSは前節の短時間スケールの現象を再現するこ

メタン発生や森林での揮発性炭化水素放出，動物や微とに主眼を置いたモデルである．そこではアルベド，

生物に関する諸過程，より長時間スケールで進む風化

正味放射，蒸発散（潜熱），顕熱輸送，表面温度，流出，などの地質学的過程，など枚挙に暇がない．陸域の構

積雪・土壌水分などの変動，さらに最近では大気一植

成要素や過程の間に見られる相互作用は極めて複雑多生問のCO2交換も見積もられる．Sellers6厩1．（1997）

様で，未知のものすら存在する可能性がある．これはによると，現在までに開発されたLPSは3世代に類型

単なる観測データの不足以上の不確実性を意味してお化されるという．第1世代にあたるのは1960年代に開り，大気・海洋と異なる陸域の難しさの一端を示している．重要なのは，対象とする時空間スケールに応じ発されたシンプルなパラメタリゼーションである
Bucketモデル（Manabe，1969）である．そこでは簡て最も重要な影響力をもつ過程の種類が変わる点であ便さと引き替えに，植生は明示的に扱われておらず，る．一般に長期スケールあるいは広域スケールになる

土壌からの流出過程も非常に単純化されていた．第2ほど，そこで卓越する過程に関する情報が不足してお世代にあたるSiB（Sellers6！α1．，1986）やBATS

り，予測の信頼性は低下してしまう．また，水・熱収（Dickinson6渉α1．，1993）は植生キャノピーを陽に表支や炭素交換など多くの過程は決定論的過程として扱現しており，気孔抵抗による蒸散の制御や遮断蒸発がえるが，中には落雷による山火事の発生や風による植計算されるようになった．Garratt（1993）は第2世代

物の種子散布など，偶然に支配される確率論的な過程

LPSを導入することで，GCMによる気候場の再現結も含まれている（ある程度広域には統計的な扱いがで果が総じて向上したと述べている．しかし，この段階きる）．

では実際のキャノピーで行われている光合成などの生物過程は取り入れられていなかった．第3世代のLPS

3．陸域モデル研究の現状
陸域では非常に複雑多様な現象が起こっているた
め，取り扱う過程の取捨選択がモデル研究の方向性をほぼ決定することになる．つまり，同じ陸域生態系をの特色が，まさに炭素循環過程の導入であった．そこ

では植物生理学的により精緻な気孔抵抗（葉の内部と外部との間のガス拡散に対する抵抗）のパラメタリ
ゼーションが使用され，蒸散だけでなく光合成速度も対象としても気象学と生態学では注目する過程が違う

同時に計算することができた．代表的なモデルには，ため，全く異なるモデルが作成されてきた．逆に陸域SiBの改良版であるSiB2（Sellers6！α1．，1996）や米の簡単な面として，大気海洋では3次元空間を扱うの国NCARで開発されたLSM（Bonan，1996）などがあに対して，陸域過程は地表面の2次元で考えればよい．

る．国内で開発されたモデルに，Mabuchi61α1．（1997）2004年4月

5230

地球システムモデルで用いられる陸域モデル：研究の現状と課題のBAIM，Nagai（2002）のモデル，Takata6！α1．

3．2

生物地球化学（物質循環）モデル（2003）のMATSIROなどがある．第3世代LPSでこの分野のモデルの主眼は，光合成と植物・微生物

は，光合成を行う反応経路が異なるC，／C、植物†2を分けによる呼吸量をそれぞれ計算して大気一陸域間のCO、て扱い，それぞれについて生化学的な光合成一気孔モデ

交換を求め，生態系に貯留されている炭素量の時間変ルを適用している．そこでは，植物生理生態学者が少化をシミュレートすることである（中期的時問スケー

なからずモデル開発に寄与していた（例えばSellers

ルに対応）．そこでは，生態系の構造を物質やエネル

6！α1．（1996）の共著者である」．A．BerryやC．B．Field

ギーのプールヘ，機能をフローへと簡単化するボックは著名な植物生理生態学者である）．加えて，微気象学

スモデル（コンパートメントモデル）が多用される．

的過程の表現も改良されている点にも留意すべきだろボックスモデルを用いた物質とエネルギーの流れの解う．例えばSiBからSiB2への発展の間に，キャノピー

析は，群落（〜m2）から流域スケール（〜102km2）に

内の葉の垂直分布を考慮したクロージャーモデルを導おいて常套的に用いられてきた手法である．その全球入して，乱流による運動量輸送の計算に改善が図られスケールヘの拡張は，おそらくドイツのG．Esserがオている（Sellers6渉α1．，1989）．

ズナブリュック生物圏モデル（OBM）を用いて行った

現在までに提唱されたLPSは派生したものも含めシミュレーション（Esser，1987）が最初であろう．こて優に20以上を数え，気象学の1分野として独自の位のように生態学的モデルの全球実験が気象学に比べて置を確立していると言える．実際にPILPS（Hender−

かなり遅れたのは，研究の重要性にもかかわらず，国son−Sellers6！α1．，1993）といったLPS相互比較プロ

際生物学事業計画（1964−74）が行われるまで最低限必グラムが盛んに行われている．多くのLPSは基本構造

要なデータが入手できなかったのが一因である．OBMが類似しているとはいえ，モデルの詳細さや個別過程

は植生による炭素固定や土壌有機物の分解を再現するのパラメタリゼーションには差があるため，相互比較ことができたが，その計算モデルは経験式を多用してによって各モデルの特徴的な振る舞いが明らかにないた．その後，植物や微生物の生理生態学的な研究がる．LPSの進化は，それを用いた気候モデルの再現性進展するにつれ，よりプロセス指向のモデルが開発さを高めただけではなく，植生変化が気候に与える影響れることになった．例えば，米国ウッズホール生物研

に関する種々の感度実験を行う契機を与えた．例えば，究所によるTEM（Raich6砲1．，1991）や米国モンタ

熱帯多雨林の破壊（粗度・アルベド・気孔抵抗などのナ大学のBIOME−BGC（Rmning

変化）が降水量や表面温度に地域的変化を発生させるWhite6厩1．，2000），同じくコロラド州立大学のCEN−

ことがモデル実験から示唆されている（例えばShukla

TURY（Parton6！α1．，1993）などが1980年代後半かandHunt，1993；

6！α1．，1990）．一方，この分野の課題には，植被や積雪ら1990年代前半にかけて開発され，現在まで改良が重によるグリッド内の地表面不均質性のパラメタリゼー

ねられている．最近のモデルでは，米国オークリッジ

ション手法や，凍土・積雪・融解など寒冷域での物理研究所のGTEC（Post6！α1．，1997）などがあり，日過程の改善，big−1eaF3または多層モデルを用いたキャ

本では地球フロンティア研究システムでSim−

ノピーモデルの改良，などがある．より本質的な問題

CYCLE（lto

として，LPSでは植生分布や土壌特性そのものの時間

いる．

and

Oikawa，2000，2002）が開発されて変化が予測されるわけではないので，中・長期的な将

炭素循環モデルは，入力データを外部から与えて単来予測で誤差が避けられない点が挙げられる．これは，体で動作させるのが一般的な使い方である．現在では，．

以下に述べる生態系モデルと結合することで解決が図

高分解能な衛星データを入力して陸域を精密にマッピられようとしている．

ングする診断的な研究と，分解能はやや低いが気象データのみで駆動できるモデルで感度実験などを行う†2高等植物は光合成径路の違いによってC3植物（主に樹木や双子葉草本）とC、植物（主に単子葉草本）に分類される．一般にC、植物は光合成能力がC3植物より高く高温・乾燥への耐性が強いが低温に弱い．
†3植生キャノピーを大きな1枚の葉に例えて個葉レベ
ルのパラメタリゼーションを適用する近似モデル．

6

予報的な研究とに方向性が分かれつつある．このうち，予測を目的とする地球システムモデルとの相性が良いのは後者であるが，全球的な炭素循環の定量的精度を高めることで前者のモデルも間接的に貢献しうる．診
断的な研究の例には，高空間分解能で北アメリカの生産力を推定したHicke6麺1．（2002）の研究やモンスー
天気

51．4．

地球システムモデルで用いられる陸域モデル：研究の現状と課題

ンアジアの生産力を求めたMatsushita

andTamura231

定された陸域炭素循環の応答には量的な差だけでな（2002）の研究が挙げられる．予報的なモデル研究には，

く，正負の方向性の違いすら見られている．それは，20世紀中の陸域炭素収支を気象データに基づいて時系

大気に対するフィードバック効果（正味のCO2シンク

列的に解析したMcGuire6！α1．（2001）や，GCMになら温暖化に対する負のフィードバック）が異なるこ

よる温暖化予測シナリオを入力したCaoandとを意味している．大気CO2濃度上昇による施肥効果

Woodward（1998）のものがある．このように陸域の炭素循環モデルを用いた研究が盛んなのは，1997年の合を除いて）植物の光合成生産量が増加する点はどの

京都議定書における森林吸収源問題に象徴されるようモデル実験でも共通している．一方，土壌炭素の応答と気候温暖化により，（顕著な降水量の減少が起きる場に，自然科学としてだけではなく社会経済的な関心・には差が大きく，それが生態系全体のフィードバック

需要の高まりも背景にあるだろう．

効果をほぼ決定している（Jones6厩1．，2003）．その理

それにも関わらず，陸域の炭素循環には相当に大き由は，微生物による土壌有機物の分解速度は温度変化

な不確定性が残されており，モデル研究はまだ成熟段に対する感度が高く，気候変化シナリオの違いによっ階に達していないように思われる．大気一生態系間のて応答の規模が大きく異なるためである．また，そのCO、交換を求める場合，光合成や呼吸の速度を計算す

応答感度を規定するパラメータには，生物的要因を含ることになるが，その定式化には現在でも標準モデル

む不確定性が残されている．従って，植物の根から土が確立されていない．個葉レベルの光合成に関しては

壌への炭素供給や土壌有機炭素の分解に関するより多一種の生化学モデルが定番となりつつあるが，そのキャノピーへのスケールアップは任意の方法（big−

くの実験的研究を行わないと，モデルによる炭素収支の精度を向上させることは不可能という強い意見があleaf法や多層モデル法など）で行われている．以前行

る．この問題は，以下に述べる植生分布の問題と同じ

われた光合成生産力に関するモデル相互比較プログラく，数十年以上の時間スケールで特に重要な意味を持ム（Cramer6齢1．，1999）には16種類のモデルが参加

つと考えられる．

したが，それらから得られた全球合計量には，最大値

3．3

生物地理（植生分布）モデルと最小値の間で100％もの差が見られた．この例に見ら

植生の地理的分布の変化を推定するモデルは，数百れるように，炭素循環モデル間には大きな差があると年といった長時間スケールの研究で使用される．ここ認識されている一方，この分野ではモデル相互比較はで扱う植生は，植物の種や個体を単位とすると余りにあまり活発に行われていないのが現状である（理由はも煩珀になるので，同じような景観を構成する植物をよく分からない）．各モデルは個別過程のパラメタリ

グループ化したり（生態学でいう相観またはバイオー

ゼーションだけでなく，ボックスモデルの構造自体にム），類似の生態系機能をもつ植物をグループ化したり大きな差が見られる．土壌炭素を例に挙げると，TEMする（機能型）．前者の例には，熱帯多雨林や亜寒帯林，

では全体を1種類で代表させているが，Sim−CYCLE
では枯死物と腐植質に2種類に分割し，さらにCEN−TURYでは分解の程度に応じて6種類に分割してい草原などがあり，後者の例には，常緑広葉樹，落葉針
葉樹，C3またはC4草本などがある．

る．詳細なモデルほど生態系の複雑さ・不均質さを取デルは，実は最も古い歴史を持っている．ケッペンのり入れることができ，またチューニング可能なパラ

気候区分スキーム（K6ppen，1918）に代表されるよう気候条件と植生分布とを関係づける生物地理学的モ

メータも増えるので，現実に対する再現性は高まるとに，植生の相観と気候条件との間の密な関係を定式化期待される．しかし，特に全球シミュレーションでは，する試みはいくつかあったが，それは気候条件が長期

各フローとボックスの性質を特徴づけるに足るデータ

的に一定であることを仮定していた．気候変化が植生を得ることは困難なため，詳細モデルが必ずしもより分布に与える影響，特に温暖化の影響の重要性がはっ

正確な推定値を与えるという保証はない．

現在までに，GCMによる温暖化予測の結果で炭素きりと認識されたのは1985年のことである．Emanue1

6！α1．（1985）はGCMによる大気CO，濃度倍増時の気循環モデルを駆動した研究は数多く行われてきたし，候シナリオをホルドリッジ植生区分スキーム（Ho1−

最近では炭素循環モデルを気候モデルの一部として

dridge，1947）に適用し，現在のものと比較することで

on−1ineで結合した実験も行われている（Cox6渉α1．，

温暖化の影響を評価した．そこでは，大気CO、濃度の2000；Friedlingstein6！π1．，2001）．しかし，そこで推上昇が植生に与える施肥効果は考慮されていなかった

2004年4月

7232

地球システムモデルで用いられる陸域モデル：研究の現状と課題

が，気候変動の影響だけで亜寒帯林の明らかな北進やレベルで長期的な植生変化（遷移）についてモデルに草原の拡大などが大規模に発生する可能性が示唆されよる再現性をみるといった代替的検証法（Sitch6！α1．，

た．この研究が与えた衝撃は大きく，以後，より高度

2003）が提案されている．

なモデルの開発を促進する発端となった．1990年代半

3．4

統合的陸域モデルばまでに開発された代表的なモデルに，MAPSS（Neil−

地球システムモデルが目指すのは，短期的な天気予

son，1995）やBIOME（Prentice6！α1．，1992；Hax−

報ではなく，少なくとも数十年にわたる気候変動の予

eltine測である．そこで用いられる陸域モデルは，LPS的要

andPrentice，1996）がある．それでも，このようなモデルは依然として長期平均的な気候データを使素に加えて，中長時間スケールに対応した現象，すな

用していたため，植生帯の移動に要する時間遅れ（タわち炭素循環や植生動態を計算しつつ，大気との相互イムラグ）を考慮できないという限界があった．そこ作用を再現しなくてはならない．実際に，地球システで1990年代半ばより，植物の繁殖・死亡や競争関係を

ムモデルを開発している多くの研究機関では，その一パラメタライズした動的植生モデルの開発が始まっ

環として陸域モデルの研究も行われている（第1表）．

た．そこでモデルの基礎となったのは，それまで植物

統合的な陸域モデルが開発され始めたのは1995年頃で生態学で使用されていた個体べ一スモデルや個体群動あるが，それ以降の代表的なモデルについて以下に簡態モデルである．基本的には，バイオマス・個体数・

単に説明する．

個体サイズの分布における時間変化を，競争や繁殖をしかし，それらは専ら生物同士の相互作用に注目してアメリカのウィスコンシン大学で開発されたIBIS（前出）は，気候モデルGENESIS（Pollard andThompson，1995）で使用されているLPS（LSX）を考慮しつつ微分方程式で表したモデルと考えてよい．

いたため，環境変動の影響評価はどちらかと言えば不べ一スとしているが，炭素循環や植生動態モデルを取得手であった．それでも様々な改良の末，動的モデル

り入れたモデルとして先駆的な役割を果たした．このはすでに全球に拡張され，動的全球植生モデル（DGVM）という分野を確立しつつある（Cramer6渉IBISを用いて現在および更新世ヒプシサーマル期のα1．，2001）．代表的モデルに，米国ウィスコンシン大学

気候条件を入力する実験が行われたが，最近ではNCAR−CCM3と結合した相互作用実験も行われていのIBIS（Foley6渉α1．，1996；Kucharick6！α1．，2000），

る（Delire6！召／．，2003）．

ドイツのマックスープランク研究所などのLPJ（Sitch

英国ハドレーセンターはGCMによる気候予測研究

6厩1．，2003），同じくドイツのポツダム気候影響研究所

では最先端を行く研究機関として著名であるが，自前のVECODE（Brovkin6砲1．，2002），英国シェフィーのLPSであるMOSESと植生動態モデルTRIFFID

ルド大学のSDGVM（Woodward6厩1．，1995），英国をリンクした陸域モデルの研究を行っている．Cox6！

ハドレーセンターのTRIFFID（Cox6オα1．，2000）な

α1．（2000）はこのモデルを用いて，温暖化は陸域からどがある．

の呼吸放出を（光合成による吸収以上に）促進し，温植生ダイナミクスの一般的モデルが確立していない

暖化への正のフィードバックを発生させる可能性を示ことはこの分野の根本的な問題である．DGVMは，専ら将来の温暖化予測のために開発されているが（古気ている森林の吸収源効果について根本的な見直しが必候に適用された例もある），植生分布の再現性の検証要になるかもしれないため，陸域炭素収支に関する研は，前出のLPSや炭素循環モデルにも増して困難であ究が益々重視されることになった．

る．古気候・古生態データで見る限り植生分布の変動した．これが正しいとすると，京都議定書で定められは数百年以上の時間スケールで進行するため，モデル

米国NCARは代表的な地球システムモデルである
コミュニティ気候システムモデル（CCSM）を開発し検証を行う材料に乏しい．多くの場合，現時点での自ているが，陸域については既存のLPS（BATS，LSM，

然植生の分布をどの程度正しく再現できるかに基づい

IAP94）に炭素循環や植生動態を加えた改良モデルてモデルの妥当性が主張されている．しかし，数十年CLMを平行して開発している（Bonan6！召1．，2002）．

以上にわたる漸移にっいても，同様に妥当な推定が可このモデルは相対的にLPSの高度化に重点を置いて能かどうかを判断することは現時点ではできない．そいるようで，植生動態などは他所で開発されたモデル

こで，火災などでダメージ（撹乱）を受けた生態系が（LPJ）を導入するに止めている．CCSMおよびCLM

再び元の状態に戻るまでの観察データを用いて，地点

モデルはソースコードが公開されているためユーザが

8

天気

51．4．

233

地球システムモデルで用いられる陸域モデル：研究の現状と課題

第1表

気候モデルの構成要素として使用される（炭素循環過程などを含む）陸域モデル．

AOGCM

研究機関（国名）［統合モデル名］

陸域モデル

地球フロンティアなど（日）陸面過程（MATSIRO），炭素循環（Sim−CYCLE），植生動態（個CCSR／NIES／［KISS−ME］

体ベースモデル）を結合

気象研究所（日）陸面過程（JMA−SiB〉，炭素循環（Friedlingsteinモデル）

MRI

気象研究所（日）陸面過程モデル（BAIM）（MRI〉

ハドレーセンター（英）［HadCEM］

陸面過程（MOSES），植生動態（TRIFFID）

HadCM3

シェフイールド大学（英）植生動態モデル（SDGVM）

UGAMP

マックスプランク研究所など（独）大気一陸面交換（BETHY），植生動態（LPJ），流出（VIC）を結合

ECHAM5

ポツダム気候影響研究所（独）［CLIMBER］

植生動態モデル（VECODE）

統計的一動的モデル

ラプラス研究所（仏）炭素循環＋植生分布（SLAVE）

IPSL

ビクトリア大学（カナダ）［UVic−ESCMl

FRSGC

陸面過程（Matthewsetal．，2003），植生動態（TRIFFID）

大気：放射収支

海洋：GCM

大気研究センターなど（米）［CCSM］統合モデル（CLM）（陸面過程モデルBATS，LSM，蛤P94が基礎）CCM3
ウィスコンシン大学（米）統合モデル（IBIS）（GENESIS陸面過程モデルLSXが基礎）

CCM3

プリンストン大学（米）植生動態モデル（LM3）GFDL−AM2

オークリッジ国立研究所（米）炭素循環モデル（GTEC）（CCM3）

多い（開発効率も良いかもしれない）．また，米国プリ日本でも，冒頭に述べたように文科省共生プロジェ

ンストン大学でも，GFDLのAOGCMと炭素循環・植クトを契機とした開発研究が行われている．地球フロ

生動態を含む陸域モデル（LM3）を結合した統合的モ

ンティア研究システムでは，LPSとしてMATSIRO

デル（OALIM）の開発が進められている（Shevliakova（前出），炭素循環にSim−CYCLE（前出）を使用し，さらに植生動態にはSORTIEモデル（Pacala4α1．，6砲1．，2003）．

カナダのヴィクトリア大学では，大気の2次元放射

1993）を参考にした個体べ一スモデル（生態系の空間収支モデル，海洋大循環モデル，Matthews6渉α1．

構造を陽に扱うモデル）を開発しようとしている．ま（2003）のLPS，そして植生動態モデルTRIFFIDを結た，気象研究所では，LPSであるJMA−SiBに，Fried−

合した地球システムモデル（UVic−ESCM）を開発して1ingstein6！α1．（1994）およびGoudriann（1992）のいる．Meissner6！α1．（2003）はこのモデルを用いて，炭素循環スキームを加えたモデルを使用している．小氷期一問氷期の気候変動における植生変化のフィード

畑ら（2003）はそこで再現されたCO、収支の季節変動

バック効果を見積もった．

などについて報告した．

フランスではラプラス研究所（IPSL）がこの分野を陸域の包括的なモデルをゼロから開発するのは非常主導しており，実績のある炭素循環モデルSLAVEに時問と労力を要する仕事なので，既存の過程モデル（Friedlingstein6砲1．，1994）とAOGCMとを統合しを改良・調節し，お互いにリンクさせるのが一般的かたモデルによる研究が実施されている．例えばBerth−

つ効率的な開発方法である．このようなリンクを行う

elot6厩1．（2002）は1860〜2100年のGCM出力を用い場合は，いくつかの技術的問題を解決する必要がある．

て陸域炭素収支の変動をシミュレートした．一方，ド地球フロンティア研究システムで開発中の陸域モデル

イツマックスープランク研究所における大循環モデル（第2図）を例として，この点を具体的に説明しよう．

ECHAMを用いた研究では，LPSと炭素循環は

ここで使用されるMATSIRO，Sim−CYCLE，個体

BETHY（Knorr

LPJ（前出），水文学的流出はVIC（Liang6！α1．，1994）

べ一スモデル（DGVM）は独立して開発されたものなので，出発段階では計算時問ステップ，植生タイプのと，個別過程のモデルをリンクしたスキームを用いて定義，変数の定義と単位（およびコード中での変数名）

いる．

などは全く共通していない．例えばMATSIROは2004年4月

andHeimann，2001），植生動態は

9

234

地球システムモデルで用いられる陸域モデル：研究の現状と課題
ドドしコじドロロロドコロロドロロじコロロロドロドロドドロコロロココしロコロペドコロコドロロロドドロ

1

大

巳＿＿＿＿

O
め

劉

（DGVM）

砂
輪

爵 藩

娼
遇

鰍
植被率
植物組成

Sim・CYCLE

競争／撹乱

炭素動態

植生分布

植物季節

生産力

H

美

画

CO2収支 へ
「

LAl

》
壮

醐
響
脚

1

MATSIROキャノピー過程
土壌物理過程

バイオマス

第2図

碍

陸面環境

1年一数世紀

長期

1

卸・

E〉

押 崩

煎 諦
前

ロコドロロロロロロ

沫

汁

躯 幽

漏

ロロロロじ

一」

o

揖
遍 汁
コol

気

く1時間

1日

時間スケール

短期

地球システムモデルで使用される陸域モデルの構造．共生第2課題で開発中のモデルの例（本文参照）．実際にはモデル間のデータ交換はカプ
ラーを介して行われる．

GCMと同じ15分程度の時間ステップを持つのに対し，Sim−CYCLEは1日，個体べ一スモデルに至っては1か月／1年の刻み幅で計算が行われる．また，環や植生動態を組み込んだモデルが標準的に使用され

MATSIROとSim−CYCLEはそれぞれ独自に水収支るようになるかもしれない．

MIP）が提唱されたのは，自然の成り行きと言える．

そして近い将来には，温暖化予測研究において炭素循を計算するなど，重複部分も見られる．そのため，モデルを直接融合するのではなく，適当なカプラーを介してモデル間のデータ交換を行うことになる．また，

4．おわりに＝今後の課題
陸域モデルを地球システムモデルに導入する意義

基本的に短い時間ステップでの計算を優先的に行い，は，炭素収支や植生動態を介した中長期的時間スケー

その結果を日平均あるいは年平均して長い時問ステッ

ルで表出するフィードバックを評価する点にある．いプを持つモデルに渡すことにする．時間積分を長期間くつかの先駆的な研究（例えばCox6渉α1．，2000）が続けるうちに，葉面積指数や植生分布が変化すること

その潜在的な重要性を示したことで，硫酸塩エアロゾ

が中長期スケールのモデル（この場合はDGVMやルの放射強制などと同様に，今後の温暖化予測は陸域

Sim−CYCLE）から予報されると，その情報が短時間ス

ダイナミクスを導入したモデルを使用するのが主流に

テップモデル（同MATSIRO）に伝達される．そして，なる可能性が高い．しかし，炭素循環・植生動態モデ

その変化した生態系特性に基づいて，炭素収支や水熱ルを導入することは「精度」の向上につながるのか，収支が計算される．そうすることで，中長期的な生態という疑問は残されている．

系変動による気候的フィードバックを地球システムモ
デルで評価することを可能としている．

今後，統合型の陸域モデルを使用した気候研究は，さらに盛んになると予想される．米国のオークリッジ

現在，地球システムモデルには3種類のアプローチがある．第1は，シンプルな放射収支と炭素循環スキー

ムで構成されたゼロ次元モデルによる解析である（Wigley，1998；Ichii6砲1．，2003；Kheshgi

andJain，

研究所で開発されているGTECや，同じく米国の植生

2003）．第2は，高分解能GCMをコアにして生態系，分布モデルMAPSSと物質循環モデルを結合した

氷床，大気化学などのコンポーネントを追加した，シMC1モデルなども，近いうちに地球システムモデルのステムの複雑さを可能な限り反映させた仮想地球の研コンポーネントとして使用される可能性がある．この究である．共生プロジェクトで採用している方針はこような状況を踏まえ，リーダー的存在である英国のP．

れにあたる．第3は，上記の対照的な両者の中間に当

M．Coxらによって陸域と海洋の炭素循環を組み込んたるやり方で，低分解能のGCMに厳選したコンポー
ネントを加えた，中程度の複雑さを持つモデル

でいる地球システムモデル間の相互比較実験（C4
10

天気

51．4．

235

地球システムモデルで用いられる陸域モデル：研究の現状と課題（EMIC；Claussen6渉召1．，2002）の利用である．モデル研究では「素朴（シンプル）なモデルと複雑なモデルのどちらが良いか？」という問題がよく議論になる．

素朴なモデルは必然的に多くの過程を捨象することになるが，上手く本質的な部分を取り出すことができれば，軽快で生産効率の高いモデル研究を行うことがで

modified

andextended

EMIC：Earth−system

in

Model

HAMburg

withIntermediateCom−plexity
ENSO：El

N面oandSouthem

Oscillation（エルニーニョおよび南方振動）

FRSGC：Frontier

Research

Systemfor

GlobalChange（地球フロンティア研究システム）

きる．逆に複雑なモデルは，多くの過程を導入する分

GCM：General

だけ現実に近くなるので再現性の高さ（そして説得力

GENESIS：GENESISの強さ）が期待されるが，開発や実行にかかる手間と時間は相当なものになる．そこでは手間と精度のト

GFDL：Geophysical Fluid Dynamics Laboratory
GTEC：Global Terrestrial Ecosystem Carbon model

レードオフで判断することになるが，それは陸域モデ

HadCEM：Hadley

Circulation

Model（大循環モデル）

model

centreCoupledEddy−permitting

Climate

Model

Model

ルの開発と適用にも当てはまることである．

理想的には，陸域過程の全容を把握した個人が全体のバランスを勘案しつつ統合的モデルを構築するのが望ましい．しかし，余りに複雑な陸域過程の全てを網羅することは不可能に近いので，前述のように，統合的な陸域モデルを開発する近道として，既存の過程モ

デルをリンクして使用されている．この場合，気象研

HadCM：Hadleycentre

IAP94：Instituteof

IBIS：Integrated

Blosphere

Atmospheric

IGBP：Intemational

Physicsラ94model

Simulator

Geosphere−Biosphere

Program（地球圏一生物圏国際協同研究計画）

IPCC：Intergovemmental

Panel

on

ClimateChange（気候変動に関する政府間パネル）

究者と生態系研究者との密接な共同作業が不可欠なの

IPSL：Institutは明らかである．特に，国際的競争の中で高いレベル

JMA−SiB：Japanを目指すほど，各分野のエキスパートの参加が重要に

Biosphere model
KISS−ME：Kyousei Integrated earth SyStem Model

なってくる．地球シミュレータというハード面でのアドバンテージを活かせるかどうかは，モデル開発というソフト面での努力に委ねられている．

on

the

Earth

LM：Land

Pierre

LSM：Land

AOGCM：coupledlation

Model

Model

GeneralCircu−

Model（大気海洋結合大循環モデル）

BAIM：Biosphere−Atmosphere

Interaction

BATS：Biosphere−Atmosphere

Carboncomparison

Project

Surface

Transfer

Cycle

ClimateMAPSS：Mapped

Model

SchemeModel

Inter−

face

MC1：Mapped

model

CLM：Community

Model

DGVM二Dynamic

BiosphER

GlobalResearch（東京大2004年4月

based

Sur−

Exchange

SchemeResearchInstitute（気象研究所）

Centerfor

AtmosphericResearches

InstituteofEnvironmental

Studies（国立環境研究所）

OALIM：Ocean−Atmosphere−Land一（sea）Ice Model
OBM：OsnabrUck Biosphere Mode1（オズナブリュッ

model

Vegetation

ク生物圏モデル）

Model（動的全球植生モデル）

ECHAM：GCM

of

System

NIES：National

CENTURY：CENTURY

Treatments

RunOff（米国国立大気研究センター）

学気候システム研究センター）

CLIMBER：CLIMate

andAtmosphere−Plant−Soil

CCSR：Center

SystemSystem（MAPSS）and Century model
MOSES：Meteorological Office Surface

NCAR：National

Land

Advanced

Interaction

MRI：Meteorological

ClimateschemeAtmosphere−Plant−Soil

MATSIRO：Minimal

CCM：Community Climate Model
CCSM：Community Climate System Modelof

Scheme

Model

model

BETHY：Biosphere Energy Transfer HYdrology
schemeBIOME−BGC：BIOME BioGeoChemistry model
C4MIP：Coupled

model

Parameterization

LSX：Land−Surface−transfer

Atmosphere−Ocean

Agency−Simple

simulator

LPJ：Lund−Potsdam−Jena

略語一覧

Laplace

Meteorological

LPS：Landsurface

AM：Atmospheric

Simon

ORNL：OakRidge

National

Laboratory（米国オークリッジ国立研究所）

on

ECMWF

forecast

models，

PILPS：Project

forIntercomparisonofLandsurface
11

236

地球システムモデルで用いられる陸域モデル：研究の現状と課題

Parameterization

Schemes

SDGVM：Sheffield

Bonan，G．B．，K．W．01eson，M．Vertenstein，S．Levis，Dynamic

GlobalVegetation

Model

2002：The

SiB：Simple

Biosphere

model

Sim−CYCLE：Simulation

model

Land

nity

of

CarboncYClein

Ecosystems

SLAVE：Scheme

tation

for

Large

scale

Atmosphere

Vege−

Exchange

TEM：Terrestrial

Ecosystem

TRIFFID：Top−downRepresentation

and

Flora

UGAMP：Universities

Climatesurface

model

and

Z．一L．Yang，

climatology

coupled

to

of

the

the

NCAR

commu−

Community

Model，J．Climate，15，3123−3149．

C．Kubatzki，V．Petoukhov

the

Model
Interactive

Including

Dynamics

GlobalAtmospheric

Holocene：Experiments

A．Andreev，2002：
climatewithdynamics

thein

CLIMBER−2

Biogeochem．Cycles，16，1139，doi：

10．1029／2001GBOO1662．

Campbel1，G．S．and

Mode1−

andcycle，vegetation，and

mode1，Global

of

tion

to

J．M．Norman，1998：Introduc−

Biophysics，2nd

edition，Springer−Verlag，286pp．（「生物環境物理学の基礎第2版」久米篤，熊谷Group

USDA：UnitedStatesDepartmentofAgriculture（アメリカ合衆国農務省）

of

Victoria

Earth

SystemModel

responses

globalVECODE：VEgetation
model
VIC：Variable

朝臣，大槻恭r小川滋訳，森北出版）

Cao，M．and

UVic−ESCM：University

Climateland

Carbonmodel

Foliageland

Brovkin，V．，」．Bendtsen，M．Claussen，A．Ganopolski，

SORTIE：SORTIE

1ing

X．Zeng，Y．Dai，R．E．Dickinson

COntinuous

DEscriptionof

F．1．Woodward，1998：Dynamic
terrestrial

climateChapin，F．S．皿，P．A．Matson
2002：Principles

Infiltration

Capacity

mode1

ecosystem

Cambridge

carboncyclingtochange，Nature，393，249−252．

of

and

Terrestrial

H．A．Mooney，

Ecosystem

Ecology，Univ．Press，436pp．

Claussen，M．，L．A．Mysak，A．J．Weaver，M．Cmcifix，
T．Fichefet，M．一F．Loutre，S．L．Weber，J．Alcamo，

謝辞
本稿の準備にあたっては文部科学省の人・自然・地
球共生プロジェクト第2課題「地球環境変化予測のための地球システム統合モデルの開発（代表：松野太郎）」関係者各位より多くの示唆を受けました．特に地球フロンティアの河宮未知生研究員には多くの有益なコメントをいただきました．

V．A．Alexeev，A．Berger，R．Calov，A．Ganopolski，

H．Goosse，G．Lohmann，F．Lmkeit，L

Petoukhov，P．Stonesystemmodels

the

in

gap

of

the

and

intermediate

spectmmofcomplexity：closing

climateArora，V．K．，2002：Modelingingvegetationasadynamic

componentinsoi1−vegetation−atmospheretransfer

schemesandhydrologicalmodels，Rev．

Berthelot，M．，P．Friedlingstein，P．Ciais，P．Monfray，
responseclimate

cycle

of

Treut

the

changemodel，Global

andL．Fairhead，2002二

terrestrial

using

a

biosphere

coupledtoCO2climate−carbon

Biogeochem．Cycles，16，1084，

andversionuser7sacoupled

Moore，G．Churkina，B．Nemry，A．Ruimy，A．L．
andPotsdam

NPP

Model

Participants，1999：Comparingof

terrestrial

0verview

and

net

key

primary

Intercomparison

globalNPPmodelsproductivity（NPP）：

results，Global

Change

BioL，5（Suppl．1），1−15．

Cramer，W．，A．Bondeau，F．1．Woodward，1．C．
Fisher，Foley．J．A．，A．D．Friend，C．Kucharik，M．R．

Univ．Press，678pp．

Lomas，N．Ramankutty，S．Sitch，B．Smith，A．
White and C．Young−Molling，2001：Global

land

surfacemodel（LSM

hydrologica1，

andresponseofterrestrial

description

andfunctiontoCO2andguide，NCAR，TN−417十STR．

six

dynamic

Change12inCramer，W．，D．W．Kicklighter，A．Bondeau，B．1．

ecologica1，

forfeedbacks

L

warm−

mode1，Nature，408，184−187．

studies：technicall．0）

atmosphericcarbon−cycle

andglobalClimatology：Concepts

Applications，Cambridge

Bonan，G．B．，1996：A

toofPrelltice，R．A．Betts，V．Brovkin，P．M．Cox，V．

doi：10．1029／2001GBOO1827．

Bonan，G．，2002：Ecologicaldue

climateSchlossGeophys．，40，1006，doi10．1029／2001RGOOO103．

andmodels，

Cox，P．M．，R．A．Betts，G．D．Jones，S．A．Spall

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J．L．Dufresne，H．Le

I．Mokhov，V．

Z．Wang，2002：Earthglobalecosystem

climatestructureandchange：Results

fromvegetation

models，Global

BioL，7，357−373．
天気

51．4．

地球システムモデルで用いられる陸域モデル
Delire，C．，J．A．Foley
Evaluatingthecarbonsphere−biosphere

andHicke，」．A．，G．P．Asner，J．T．Randerson，C．Tucker，

S．Thompson，2003：

cycle

of

a

coupledmodel，Global

atmo−

Biogeochem．

Cycles，17，1012，doi：10．1029／2002GBOO1870．
Dickinson，R．E．，A．Henderson−Sellers

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Scheme（BATS）Version

NCAR

Community

cal

Note

le

ClimateTransfer

coupledwiththechangebutionof

Change，

7，29−43．

andandterrestrial

thefluxesto

M．P．Stevenson，broad−scaleecosystem

Esser，G．，1987：Sensitivity

human

of

globalanddistri−complexes，Clim．
carbonpotential

pools

climatic

C．Prentice，N．Ramankutty，S．Levis，

D．Pollard，S．Sitch
integratedses，

biosphere

terrestrial

dynamics，Global

and

model

A．Haxeltine，1996：Anofcarbonland

surfacebalance，andproces−vegetation

Biogeochem．Cycles，10，603−628．

Foley，J．A．，S．Levis，M．H．Costa，W．Cramer

Pollard，2000：Incorporatingcover

withinglobalclimateandD。

dynamic

vegetation

models，EcoL

App1．，10，1620−1632．

Friedlingstein，P．，」．一F．Muller

1994：Sensitivity

climaticofthechanges：impact

and

the

biosphere

carbonto

Fairhead，H．Letreut，P．Monfray

feedback
carbonthebetweenandfutureJ．Orr，2001：

climatechangecycle，Geophys．Res．Lett．，28，1543−

tions

to

land−surface

1ayer

treatments−aandquesteringbonpotential

GlobalBiogeochem．Cycles，16，doi：10．1029／2001

Holdridge，L．R．，1947：Determination

equilibrium

among

surfaceforYamaguchi

andcarbonandenergywarmingsimulation：sensitivity

tion

2004年4月

coupledsimple

cycle
to

model
the

globalforsatura−carbonemis−

effect，Tellus，55B，676−691．

Ito，A．，andT．Oikawa，2000：The

from

terrestrial

large

ecosystems

in1998：a

Ito，A．and

T．Oikawa，2002：A

the

cycle

carbonin

CYCLE）：A

description

ductionytheol

simulation

land
based

and

model

on

dry−matterplot−scale

Mode1．，151，147−179．

Jones，C．D．，P．Cox
tainty

in

ed

the

with

and

C．Huntingford，2003：Uncer−

climate−carbon−cycle
sensitivity

of

soil

Jones，H．G．，1992：Plants
University

projections

associat−

respiration

tofuturecycle

climatemodel

andMicroclimate，Cam−

A．K．Jain，2003：Projectingchange：Implications

intercomparisons，Globalof

M．Heimann，2001：Uncertainties

terrestrial

biosphere

modeling1．A

energyanewincompre−photosyn−

Biogeo−chem．Cycles，15，207−225．

K6ppen，W．，1918：Klassifikation

se−
car−

der

temperatur，niederschlag，undPetermannヲsklimatenachjahreslauf，

Mitteilungen．64，193−203．

Kucharick，C．J．，J．A．Foley，C．Delire，V．A．Fisher，on

M．T．Coe，J．D．Lenters，C．Young−Molling，N．

Ramankutty，J．M．Normantypes，Global

2000：Testing

R．E．Dickin−ofcarbonBiogeochem．

Cycles，17，1047，doi10．1029／2001GBOO1842．

Knorr，W．and

Globalandtemper−Press，428pp．

availability，intercomparison

pro−validation，EcoL

with

based

of

ecosystems（Sim−scheme，Global

model

model

simulation，J．Meteor．Soc．Japan．，78，10H10．

analysisatmospheric14C

globallightbalancefunctionalparameterization

K．Ogawa，2003：A

sensitivity

biosphere

Meteoro1．Soc．，74，1335−1349．

plant

Ichii，K．，Y．Matsui，K．Murakami，T．Mukai，Y．

andHenderson−Sellers，A．，Z．一L．Yang
projectworld

thesisBiogeochem．Cycles，10，693−709．

son，1993：Theof

data，Science，105，

hensiveconstraints，resourcecompetition

climatic

simula−I．C．Prentice，1996：BIOME3：anterrestrial

ecophysiologicalsimplebomdary−

stmcture，carbon

the

from

climateofrecord，」．Exp．Bot．，43，1111−1119．

Haxeltine，A．and

and

and

productivity

observations，1982−1998，

atmosphericreview，J．Climate，6，419−449．

Goudriaan，J．，1992：Biospheresatellite

C．Field，2002：

GLO13578．

global1546．

Garratt，」．R．，1993：Sensitivity

net

from

Kheshgi，H．S．，and

Environ．Pollut．，83，143−147．

Positive

Americanderivedbridgecycle，Friedlingstein，P．，L．Bopp，P．Ciais，」．一L．Dufresne，L．

and

North

ature，Tellus，55B，642−648．

G．P．Brasseur，terrestrialon

primaryinsion

impacts，Tellus，39B，245−260．

Foley，J．A．，L

and

Trend

367−368．

TN383十STR，72pp．

1985：Climatic

S．Los，R．Birdsey，」．C．Jenkins

formations

Mode1，NCAR，Techni−

Emanue1，W．R，H．H．Shugart

and

as

237

研究の現状と課題

land−schemes，Bull．Am．

and

S．T．Gower，

theperformanceof

Ecosystem

Model：waterbalance，carbon

balance，andvegetationaDynamic

structure，Global

Biogeo−chem．Cycles，14，795−825．

Liang，X．，D．P．Lettenmaier，E．F．Wood
Burges，1994：A

simplehydrologically

and

S．J．

based

model

13

238
of

地球システムモデルで用いられる陸域モデル：研究の現状と課題
land

surfacecirculation

generalParton，W．J．，J．M．O．Scurlock，D．S．Ojima，T．G．

models，」．Geophys．Res．，99，14415−

water

and

energyfluxesforGilmanov，R．J．Scholes，D．S．Schime1，T．Kirchner，14428．

J．一C．Menaut，T．Seastedt，E．G．Moya，A．Kam−

馬淵和雄（編），1999：陸面過程の研究の現状と将来，気象研究ノート，（195），79pp．

andMabuchi，K．，Y．Sato，H．Kida，N．Saigusa

Oikawa，1997：A

biosphere−atmosphere

mode1（BAIM）andits

grassland

primary

data，Papers

and

T．

interaction

verification

using

atmosphericthesGlobalearth

circulation

and

the

of

remotely

sensednet

M．Tamura，2002：Integrating

data

with

an

ecosystem

productivity

model

to

in

East

Asia，

Matthews，H．D．，A．」．Weaver，M．Eby

and

K．J．

Remoteprimary

Sens．Environ．，81，58−66．

Meissner，2003：Radiative
historical

land

cover

of

climatebychange．Geophys．Res．Lett．，

30，1055，doi10．1029／2002GLO16098
McGuffie，K．and

years

of

climatemodeling，Int．」．

Climato1．，21，1067−1109．

Esser，J．Foley，M．Heimann，F．Joos，J．Kaplan，D．

W．Kicklighter，R．A．Meier，」．M．Melillo，B．1．
andCarbonterrestrial

balancetwentieth
use

of

the

U．Wittenberg，2001：

century：Analysis
effectsmodels，Global

with

four

of

biosphere

intheCO2，climate

process−based

andecosystem

Biogeochem．Cycles，15，183−206．

Meissner，K．」．，AJ．Weaver，H．D．Matthews

M．Cox，2003：The

role

of

study

and

P．

landsurface

dynamicsin

with

UVic

glacialinception：A

SystemMode1，Clim．Dynm．，21，515−537．

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and

the

sensitivity

atmosphere−soi1−vegetationta1−scalevegetation

model

for

distribution

doubling

carbonandvariations

storage，Global

of

a

land−

globalclimatestomatal

resis−

S．D．Wullschleger，

interrestrial

biospheric

Biogeochem．Cycles，11，99−

109．

Prentice，1．C．，W．Cramer，S．P．Harrison，R．Leemans，

biome

model

nance，soil

and

based

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global

plant

domi−

on

properties

andphysiology

andclimate，J．Biogeogr．，19，

117−134．、

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III

and

C．J．

V6rdsmarty，1991：Potential

primary

produc−

of

in

South

model，EcoL

Running，S．W．and
tion

of

a

forestprocess

model

for

other

application

for

an

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circulation

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estimate

of

for

and

Matsushita，B．and

themodel（Sib）for

Amazoniantropi−

field

sensing

data．Partandcalibration

remote

with

field

data，J．ApPL

Meteor．，28，727−759．

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14

dynamics

model：The

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239

地球システムモデルで用いられる陸域モデル：研究の現状と課題
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dynamic

Denning，H．A．Mooney，C．A．Nobre，N．Sato，C．B．

BioL，9，161−185．

Field

the

and

betweenofcontinents

energy，water，and
and

the

opmentcarbonatmosphere，Science，

275，502−509．

and

pled

dynamics

intheatmosphere−biosphere

AGU，84，Falldeforestation

and

and

cycle

GFDL−Princetonmodel，EOS

Meet．Supp1．，Abstract

Shukla，J．，C．Nobre

minimalinteraction

andmnoff，Global

analysiscou−

B52E−04．

the

BIOME−BGC

primary

CH4，andchange，Science，247，

climatedynamics，plant

Cycles，9，471−490．

2003：Evaluation

＊4

and

R

sensitivity

terrestrial

ecosystem

controls，Earth

Kyoto

Protocol：CO2，

25，2285−2288．

phytogeography

＊3

and

production

Woodward，F．1．，T．M．Smith

S．Venevsky，

and

of

ecosystemterrestrial

ProcessandcarboncyclinginModels

Used

the

in

globalland

andprimary

W．R．Emanue1，

productivity

mode1，Global

3173−25Showα一n2α6h4！襯1θSohoolρプEng

καnαz

and

Biogeochem．

LPJ

Earth−System

ModelsState−ofLthe−Art．

ITO＊1・Kazuhito ICHII＊2・Katsunori TANAKA＊3・Hisashi
・Seita EMORI＊5and Takehisa OIKAWA＊6（Co77θ3ρon4ingα厩ho7）E60slγs∫θアn＊2ααsurface

implications，Geophys．Res．Lett．，

Lucht，M．T．Sykes，K．Thonicke

ChαngG

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globalChαngθRθsθακhzvレα一ノヒ御，P7097α〃2，ルon1｝石oんohαn7α

SATO＊4αRθsεακh5ンs1θノnプb7αo加l236−0001，」αPαn．

inθθ7in9八勉goツαUnivαsi砂．

か47010gi6α1061θRθs8α76hP70970〃2，ルon1砂Rθsθα76h5ンs1θ〃げb7σlo加ICh伽ga
E60sツs∫θn7Chαngθ

Rθsθα70hP7097αn￠，ルon1iθ7Rεsθα70h

5ンs1θn7／b7（710わαlChαnga＊51n1897伽4〃io4θlingR8sθακhP7097α〃3，F70n1iθ7RθsθακhSγs∫θ〃2／b7σloゐαIChαnga＊61ns1i1厩θヴB∫ologi6αl

SoZ8n6θ＆Univαsiり7ヴTy脈めα．

（Received280ctober2003；Accepted16February2004）2004年4月

15