1V o l . 23 N o .

2012年（平成24年） 4月号 （通巻第257号）【富士北麓フラックス観測サイトから見た富士山 （9 ページ参照）】●気候変動と食料生産の将来予測に向けて

2●水循環解明のためのリモートセンシングの有効活用に向けて

5

●お知らせ
○エコライフ ・ フェア 20128

●長期観測を支える主人公たち－測器と観測法の紹介－ No.1
○渦相関法

9

●最近の発表論文から

11●地球環境研究センター出版物等の紹介

11●地球環境研究センター活動報告（3 月）

13地球環境研究センターニュース

Vol.23No.1（2012年4月）

気候変動と食料生産の将来予測に向けて
地球環境研究センター 気候変動リスク評価研究室

1. はじめに

研究員

横畠 徳太

要素は穀物であるが、多くの国が穀物を輸入して地球温暖化による全球的な気温上昇が進行する

いる一方で、穀物を生産・輸出する国は限られてことにより、今後、異常気象が頻発する可能性がいる。このため、穀物の主要生産国が同時に異常指摘されている。異常気象の頻発は、気象条件に気象の影響を受けると、食料供給において大きな左右されやすい、穀物の生産量に大きな影響を及問題が生じる。近年の穀物生産量全体の変動が大ぼす可能性がある。一方で、経済のグローバリゼー

きくなっていること、まれにではあるが、穀物生ションが進むことにより、穀物生産の増減は世界

産量全体が大きく（2 割以上）減少したことが示さ

規模での食料供給量を変動させることを通して、

れ、今後広域的に穀物生産を予測することの重要

多くの人々に影響を与える可能性がある。このた性が示された。

め、気候変動と食料生産に関する信頼のおける将来予測を、幅広い空間スケールにわたり行うこと（2）季節的気候予測情報とその農業応用（佐久間弘が非常に重要である。この問題についての研究の文氏・海洋研究開発機構）

現状に関する情報交換を目的として、2012 年 2 月

大気海洋結合モデルによる、季節から 1 ～ 2 年

9 日に、つくば国際会議場において、第 26 回気象にわたる気候変動予測に関する研究が紹介され環境研究会「気候変動環境下における広域スケーた。このような時間スケールの気候変動はエルニー

ルの食料生産変動予測にむけて」が行われた（http://

ニョ南方振動（El-Nino Southern Oscillation: ENSO、

www.niaes.affrc.go.jp/sinfo/sympo/h23/20120209.html

注 1）の影響が全球的に重要であるが、これと同主催：農業環境技術研究所、後援：日本作物学会・様にインド洋ダイポール現象（Indian Ocean Dipole:

日本農業気象学会）。気候変動と食料生産の問題は、

IOD）と関わる変動も存在する。ENSO では太平洋

地球環境研究センターにおける研究プロジェクト

東岸の海面水温が高い状態と低い状態が数年おき「地球温暖化に関わる地球規模リスクに関する研に繰り返される。一方、IOD ではインド洋の東岸で究」http://www.cger.nies.go.jp/ja/climate/ においても海面水温が高く西岸で低い状態とその逆の状態が重要な研究テーマである。ここでは、発表された

繰り返されるが、IOD の変動メカニズムに関して研究の重要なポイントと、この問題に関する重要は不明な点が多いため、今後の重要な研究課題でなトピックスおよび今後の課題に関して、筆者のあることが示された。

私見を交えつつ、報告を行う。
（3）気候変動の農業影響評価と適応策（金丸秀樹
2. 会議の概要

氏・国際連合食糧農業機関）

会議では、気候変動と食料生産の将来予測に関現在慢性的な飢餓状態にあるのは 10 億人ほどわる問題を専門とする研究者から発表があり、最で、おもに低緯度の発展途上国の人々であるが、後に総合討論が行われた。研究発表の概要は以下

彼らは今後気候変動の影響を大きく受ける可能性のとおりである。

がある。このため国際連合食糧農業機関（Food and（1）気候変動が食料生産に及ぼす大域的影響（横沢Agriculture Organization: FAO）では、途上国への気正幸氏・農業技術環境研究所）

候変動の影響評価と適応策の技術支援を行ってい

食料供給をカロリーベースでみた場合、主要なる。このうち、気候変動が穀物生産などへ及ぼす－2－地球環境研究センターニュース

Vol.23No.1（2012年4月）

影響を、国のスケールでシミュレートするモデル

グループが中心となって行った、将来土地利用シを用いた取り組みが紹介された。これはモデルのナリオの構築に関する研究成果について発表が行開発や性能評価、そしてモデル利用のための教育

われた。今後も世界の人口は当面増加することがを FAO が行い、途上国の専門家がこのモデルを利予測されていることから、世界の人々が十分な食用して、自国での気候変動影響評価を行うもので料を得るためには、農業生産性を高めるか、農地ある。影響評価のシミュレーションから、いかにの拡大が必要である。土地利用変化の将来予測は、

役立つ情報を抽出し、現場に生かすかなどについこのような食料問題との関係からも研究を進めるて、進行中のプロジェクトについての報告がなさことの重要性が示された。

れた。
（6）気候変動が世界の食料需給に及ぼす影響の評（4）広域スケールにおける主要作物の生産性環境価（古家淳・国際農林水産業研究センター）
食料に関わる市場での経済活動を記述すること

応答のモデル化（飯泉仁之直氏・農業環境技術研により、世界の食料需給の将来予測を行うモデル、究所）
過去数十年間、穀物の収量は変化してきたが、世界食料モデルによる研究の成果が紹介された。

その変化に対して気候変動や栽培技術の改良が及

ここでは、気候変動が農作物の生産性に与える影

ぼした役割については、不明な点が多い。ここで響が考慮されており、過去の観測データに基づき、は作物の生育プロセスを記述する全球スケールの穀物生産量が気温と降水量の簡単な経験式として数値モデルを利用して、過去の穀物収量変化の要表現されている。モデル解析によると、将来の気因分析に関する研究成果が報告された。モデルに候変動、すなわち温室効果ガスの増加に伴う温暖はさまざまな不確実パラメータ（注 2）が含まれる化によって、世界の穀物生産量は 20 年間で 1% ほが、ここでは観測データを用い、観測された穀物ど減少することが示された。また、気温と降水量

収量をよく再現するパラメータが利用されている。

の年々変動が大きくなると仮定すれば、穀物生産

米国コーンベルトにおけるトウモロコシの生産量

量と穀物価格の年々変動も大きくなることが示さについて、過去 30 年間にわたる解析を行ったとこれた。ここで利用したモデルでは、さまざまな現ろ、過去の気候変化は、トウモロコシ生産量の増

象のここ数十年のトレンドをうまく説明できるよ加傾向を 12% ほど減少させたことが明らかになっ

うに、モデルの定式化がなされている。このため、た。これは夏季の降水量が減少したこと、また夏気候や社会経済の状態が現在とは異なる、遠い将

季の気温が上昇したことが原因であると考えられ

来の食料需給を推計する、長期予測モデルの開発る。後述するように、モデルにはさまざまな不確を行っており、その概要が紹介された。

実性が含まれるため、今後蓄積されていく観測デー
タのさらなる利用やモデルの改良などが必要であ

3. 重要なトピックスと今後の課題
研究発表と総合討論で議論された内容の中で特るが、気候変動が穀物生産量に及ぼす影響を示すに重要だと思われる点は、以下の二点である。ひうえでのモデルの有用性が示された。

とつは、予測の不確実性を評価することである。
（5）気候変化予測と連携する土地利用シナリオの気候変動、食料生産のそれぞれの予測に不確実性構築（山形与志樹・国立環境研究所）が伴う。将来気候の予測に関しては、これまで大人間活動による土地利用の変化、例えば森林伐

気海洋結合モデル相互比較プロジェクト（Coupled

採による農地の拡大などは、二酸化炭素排出量をModel Intercomparison Project: CMIP）において、世増やすことなどを通して、気候変動に大きな影響

界の気候研究機関が共通の境界条件を与え、過去を与える。このため将来の土地利用シナリオを考の気候変化再現と将来の気候変化予測が行われて慮することは、気候予測を行う上でも非常に重要おり、データが蓄積されている。これまでの気候な課題である。ここでは、国立環境研究所の研究

モデル評価の研究によると、モデルの計算結果は－3－

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Vol.23No.1（2012年4月）

完全ではないため、その不確実性を考慮するため

表［4］）、研究によって得られた情報に加えて、農には、複数のモデル、できるだけ多くのモデルの民の経験を積極的に利用して土地固有の対策を考結果を用いることの必要性が明らかになっている。

案するなど、さまざまな試みがなされている。ここのことを踏まえ、気候変動が穀物生産に与えるれまでの研究でも指摘されているように、研究者影響を考慮する際にも、多くのモデルの結果を利と政策決定者との間で情報交換をするとともに、用することが重要だろう。また、穀物生産モデル

幅広い分野の研究者の協力も必要だろう。

のコミュニティーにおいても、CMIP のようなモデ--------------------------------------------------------------------

ル比較プロジェクト（AgMIP）が進められており、 （注 1）熱帯の太平洋では、海洋下層の冷たい水が湧ここで得られるさまざまなモデルによる計算結果

きあがってくることにより、東岸で海面水温が低いも、貴重なデータとなるだろう。特に穀物生産モ状態（ラニーニャ）と、湧きあがりが弱いことによ

デルでは、農場の空間スケールで得られたデータ

り、東岸の海面水温がそれほど低くない状態（エルをもとに、より広域スケールのモデル化をする必ニーニョ）が、数年ごとに繰り返される。このよう要があり、そこには大きな難しさ、不確実性が存な海洋の循環の数年スケールの変化により、熱帯の在する（発表［1］［3］）。また、人間活動による土温度状態が変わることを通して、地球上の広い領域

地利用変化や食料市場での価格決定メカニズム（発の気候状態に影響を及ぼす。

表［5］［6］）といった現象において、単純な法則（注 2）数値モデルは一般に、物理法則や経験式を記を見出すことはおそらく難しいため、将来予測を述しており、その時間発展を解くことで、さまざま

一つのシナリオととらえ、さまざまなケースにつな現象をシミュレーションすることができる。このいて検討を行うことも重要だろう。

うち、モデルで用いられる経験式は、複雑な現象（例

もうひとつの重要な問題は、研究で得られた知

えば植物の光合成過程など）を、二酸化炭素濃度・見をいかに役に立つ情報としてユーザに提供する

温度・水蒸気量などの関数として表現したものであかである。FAO では、発展途上国を対象に、特にるため、その関数で用いられる定数（ここでは、こ

この点を意識したプロジェクトを行っており（発れをモデルのパラメータと呼ぶ）には大きな不確実
性がある。

－4－

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Vol.23No.1（2012年4月）

水循環解明のためのリモートセンシングの有効活用に向けて
地球環境研究センター 物質循環モデリング・解析研究室

1. はじめに

主任研究員

中山 忠暢

ローバル水ストレスに関する研究が行われ、保2012 年 2 月 19 日～ 22 日にかけて、アメリカ・

全・再利用・脱塩等も含めた持続可能性に向けた

ハワイで陸域水循環のリモートセンシングに関新たな水資源管理への関心も高まっている。現するアメリカ地球物理学連合チャップマン会議

在、アメリカ地質調査所（USGS）が公開してい（AGU Chapman Conference on Remote Sensing of the

る HydroSHEDS に よ る 全 球 水 文 学 的 デ ー タ セ ッ

Terrestrial Water Cycle）が開催された。今後新たに

ト お よ び WHYMAP（World-wide Hydrogeological

始まるさまざまな衛星ミッションでよりクリアな

Mapping and Assessment Programme）による地下水

水圏の映像が得られると予想され、現段階で水文の全球分布をはじめとして、さまざまなデータセッ

学的（注 1）にリモートセンシングの総合化を行

トが利用可能であるが、それらの間には表面流にい、これからの水循環研究への対策を立てること比べての地下水流の不明確さに加えて、水資源量・が急務である。今回の会議は AGU の水文学支部

利用可能量・必要量には依然として大きな相違が（Hydrology Section）を中心とした有志により立案

あり、さらに陸域－海域間での水循環の相互作用されたものである。ニューヨークタイムズの A. C.

に関しても未解明な点が多い。本会議ではこのよ

Revkin が「Water and the Knowosphere（注 2）」とい

うな水資源の現状把握や将来予測のベースとなるうタイトルで地球における水資源の希少性および水循環解明に向けてのリモートセンシングの有効技術を用いた解決可能性について興味深い基調講

活用方法が焦点であった。

演を行った（写真 1）。人間の叡智による問題解決

水 循 環 把 握 に は 数 値 モ デ ル・ 現 地 観 測・ リに向けた提言は、本会議のテーマであるリモート

モートセンシング等の方法がある中で、リモーセンシングを用いた早期警報・危機診断システム

トセンシングは空間把握能力に優位な特性を有のような枠組みと統合することで具現性が増すとし、近年のコンピュータおよび画像解析手法の急思われ、会議の前座として研究意欲をそそる話題

激な進展と相まって、ポイントレベルでの観測提供であった。参加者約 300 名、一つの基調講演、や測定では不可能な物理パラメータの空間異方

五つの口頭セッション、二つのポスターセッショ性（heterogeneous）の評価に有効である。J. Entin

ンで構成され、17 件の口頭発表、約 200 件のポス

（ ア メ リ カ 航 空 宇 宙 局 ） は ESD（Earth Science

ター発表が行われた。以下に筆者の意見を交えつ
つ概要を報告する。
2. 水循環把握のためのリモートセンシングの必要性
地球規模での気候変動に伴う降水量の偏在化や急激な経済成長・人口増加等により、水資源の枯渇や水質悪化が深刻になっている（注 3）。生態系の劣化により人間生活に必要な供給サービス（Provisioning Services） と し て の 水 資 源 の 枯 渇 に拍車をかける状況に対して国連環境計画（UNEP）
をはじめさまざまな研究機関および行政組織でグ

写真 1 A.C.Revkin( ニューヨークタイムズ ) による
基調講演

－5－

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Vol.23No.1（2012年4月）

Division）プログラムのオペレーティング・ミッショ

入手可能性・計測尺度や精度等の技術的問題に加ンとして 16 衛星の計画、および、地球観測衛星コ

えて政治的実用的な困難を伴うため、表面歪み測ンステレーションのフォーメーションフライトと定によるレーダイメージングを用いた地下水流動しての地球観測衛星隊列（Afternoon Train: A-Train）

や氷床の評価が有効である。ENVISAT（ENVIronmentについて述べている。また航空科学計画（Airborne

SATellite）
・ALOS（Advanced Land Observing Satellite:

Science Program）では、地球観測システム衛星の陸域観測技術衛星）・RADARSAT 等で得られる高重要性に加えてイラク戦争で使用されたグローバ

分解能の微細地形とインターフェロメトリ（注 4）

ルホークをはじめとする無人航空機システムの利を組み合わせることで表面変化量の解析が可能と用計画も増加している。いずれにせよ、大気組成・なり、低解像度の GRACE を補完する（特に都市炭素循環・気候変動・水および、エネルギー循環・域での解析に対する）役割は大きいと思われる。

地表面および地球内部等の重点分野に対し、今後このような現状に対し、D. P. Lettenmaier（ワシンリモートセンシングの役割が増加するのは確かで

トン大学）が発表したように、観測降水量やモデある。

ルによる蒸発量・貯留量との比較を通してリモー

水循環研究での対象領域は河川・湖沼等の表面

トセンシングによる水収支各成分の評価を行った流に加え降水・積雪・表面貯留・土壌水分・蒸発散・結果、降水量の評価の不確実性が最大で、収支差

地下水等も含まれる。降水量については、TRMM分である河川流量は過大評価である。

（Tropical Rainfall Measuring Mission: 熱帯降雨観測衛

一方、J. M. Melack（カリフォルニア大学サンタ星）・GPCP（Global Precipitation Climatology Project:バーバラ校）や M. R. Raupach（オーストラリア

全球降水気候値プロジェクト）・CMAP（Climate

連邦科学産業研究機構）も発表したように、地球

Prediction Center Merged Analysis of Precipitation）

システムではエネルギー・水・炭素・栄養塩循環

間 で の 相 互 比 較 に 加 え て、CMORPH（Climateが複雑に絡み、植物・有機物・土壌・大気間でのPrediction Center MORPHing technique）および ERA

相互作用を理解する必要がある（注 5）。気候シス（ECMWF Re-Analysis）等の再解析データも用いら

テムとのフィードバックの観点に加えて、陸水がれてきている。積雪については光学センサー等に地球レベルでの炭素循環に果たす役割を無視する

よる観測の一方で、T. H. Painter（ジェット推進研

ことはできない。水域面積の大きいなだらかな湿究所）のように MODSCAG（MODIS Snow Covered

原や氾濫原を含む地域では、小規模な水位変化でArea and Grain size/albedo）アルゴリズム開発を通も大きな容量変化になるため鉛直方向の計測精度

して雪量・雪アルベド・積雪水量 等の評価精度向が重要である。現状のリモートセンシングでは短上を行っている例もある。氷河・氷床については

波 に よ る 冠 水 エ リ ア 評 価、InSAR（Interferometry

ICESat（ICE, Cloud, and Land Elevation Satellite）やSynthetic Aperture Radar: 干渉合成開口レーダもしく

GLIMS（Global Land Ice Measurement from Space）

は SAR インターフェロメトリ）利用による水面勾等 で 評 価 が 行 わ れ て き て い る。 湖 沼・ 湿 原・ 氾

配評価、GRACE による低解像度な冠水量評価等が濫原は全水資源容量の約 15 % を占め、可視光セ可能であるが、氾濫モデルによる概念的・経験的理ンサーや高度計を用いた容量評価が一般的であ解、地形・測深（bathymetry）
・水位・流速等の計る。土壌水分量については表層数 cm しか現況の測精度の問題もある。JERS（Japanese Earth Remote

センサー（L- バンド）では計測できない。地下水

Sensing Satellite）Amazon Multi-season Mapping Studyについては現状ではリモートセンシングでの評価（JAMMS）の湿原マッピング・MODIS（MODerate

は難しいが、全水容量変化については海岸域でのresolution Imaging Spectroradiometer）、GLC-2000

湧出問題や低解像度の問題はあるものの GRACE（Global Land Cover 2000）・GLWD（Global Lakes（Gravity Recovery and Climate Experiment）での評価

and Wetlands Database）を用いた氾濫原と湿原エリの意義は大きい。また、T. G. Farr（ジェット推進研

アの比較により、河川や氾濫原からの局地的な炭究所）が発表したように、井戸データは有効だが素放出フラックスは意外と大きい可能性が示され－6－地球環境研究センターニュース

Vol.23No.1（2012年4月）ている。さらに、炭素 - 気候システムの観点から・CoReH20（Cold Regions Hydrology High-resolution

は二酸化炭素排出・二酸化炭素濃度・気温の変化

Observatory）を用いた積雪水量評価の有効性には密接な関係があり、リモートセンシングによ・フォーメーションフライトや打ち上げ日等に関するパラメータ推定とデータ同化を通したモデルとる水循環ミッション間でのさらなる協調の必要性

データの融合が必要である。先験値（事前）情報を併せることでプロダクトの精度向上が得られ、今後打ち上げ予定の衛星に関する次世代

地 上 か ら の FTS（Fourier Transform Spectrometer:

ミ ッ シ ョ ン と し て、GPM（Global Precipitation

フーリエ変換分光器）観測である TCCON（Total

Measurement）・SMAP（Soil Moisture Active

Carbon Column Observing Network）との比較もまた

Passive）
・SMOS（Soil Moisture and Ocean Salinity）
・

有意義である。このように水・炭素循環は互いにICESat-2・SWOT・GRACE-FO（GRACE Follow-

制約条件となるため、不確実性の減少およびモデ

On）・CoReH20・LDCM（Landsat Data Continuity

ル性能の向上のためにはエネルギー・水・炭素・Mission）・OCO-2（Orbiting Carbon Observatory 2）

栄養塩間でのリモートセンシング・現地観測・モ等が計画されている。R.F.Adler（メリーランド大学）

デル間での同化の意義は大きい。また、合成開口

は空間解像度やデータ利用可能性の観点から次世

レーダデータの連続性、一次生産量の評価精度の代に要求されるグローバル衛星降水量プロダクト

向上、短波による氾濫および植生の時系列評価等について報告したが、異なる周波数・幾何学・解を通して、水域が炭素循環に果たす役割を解明す

像度等の相互比較コンステレーション放射計デーる必要があると思われる。

タ・共通の雲データを用いた統一的な降水リトリー
バルの可能性・ダイナミックダウンスケーリング・

3. これからのリモートセンシングとは？

可変解像度の可能性・リアルタイムデータ・統合

以上述べたようにリモートセンシングを用いた的な利用目的を目指す科学的ミッション等も重要

水循環解明には近年大きな進展が見られるが解明・である。また、R.Bennartz（ウィスコンシン大学）

改良すべき点は未だ多く残されており、空間解像が 指 摘 し た よ う に、CloudSat・GPM/DPR（Dual-

度の向上や衛星・航空機・地上観測システムの統

frequency Precipitation Radar）・EarthCARE（Earth

合化に併せて以下のような項目が特に必要である

Clouds, Aerosols and Radiation Explorer）等を通してと思われる（注 3）。

雲・エアロゾルの全球の三次元構造のモデル化を・バイアス、アルゴリズム改良、再処理等のさらな目指す意義も大きい。これらの用途はさまざまでる高精度化あるが、上記項目の解決に加えて湿原や氾濫原で・雨量計観測、レーダ、および衛星の融合解析によの高精度な標高図作成等も期待される。
また、水資源脆弱性の特定および定量化のため

る降水量の高精度化
・現地観測データによる蒸発量推定の高精度化には J.S.Famiglietti（カリフォルニア大学アーバイ

・直接および間接評価法の組み合わせによる地下水

ン校）も指摘したミッション誘導型データ同化モ
デルシステムが必要である。筆者は本会議におい量評価のスケールアップおよび高精度化
・P- バンドとモデルの結合による深い地層での土壌水分量評価の可能性て、現地観測および衛星データとの結合による三次元グリッド型の統合型流域管理 NICE（National

・先行履歴降雨指標（Antecedent Precipitation Index:

Integrated Catchment-based Eco-hydrology）モデル（注API）モデルおよび補助データを用いた分割によ3）を用いて中国の長江および黄河を対象とした大る高解像度土壌水分量データの作成

陸スケールの流域での洪水や渇水といった極値現・SWOT（Surface Water and Ocean Topography）等を用いた河川流量の評価可能性

タとの融合で生まれる新たな相乗効果を最大限発・InSAR を用いた、地下水流動や氷河・氷床の評価の有用性

象の検出可能性について発表を行ったが、衛星デー
揮できるモデルの柔軟性こそが上記で述べたような目標達成のために不可欠であることを痛感させ－7－

地球環境研究センターニュース

Vol.23No.1（2012年4月）られた。さらに、地域水資源管理のための高解像（注 1）水文学（hydrology）は地球の水の発生、循環、度モデルと気候変動や大スケール水資源シナリオ

分布、およびそれらの物理的・化学的特性と人類活のための低解像度モデルをうまく組み合わせオペ

動に対する反応を含む物理学的および生物学的環境

レーショナルモデル（注 5）のようなリアルタイム

への相互作用を扱う科学。

Community Hydrologic Modeling Platform（CHyMP） （注 2）Knowosphere は人間の思考の圏域（Noosphereを目指すとともに、トレンド検出・プロセス把握・もしくは Plant of the Mind）の拡張としての造語。

モデルとセンサーの検証・異なる時空間スケール（ 注 3） 例 え ば、Nakayama T. (2012) Development ofでのデータ相互適用・新たなセンサーや計測技

process-based NICE model and simulation of ecosystem術の開発等を並行して進める必要がある。CEOS

dynamics in the catchment of East Asia (Part III). CGER's（Committee on Earth Observation Satellites）・WGCVSupercomputer Monograph Report, 18, NIES, 98p., http://（Working Group on Calibration and Validation）・LPV

www.cger.nies.go.jp/publications/report/i103/en/.

（Land Product Validation）・ECVs（Essential Climate（注 4）Sansosti E., et al. (2010)Space-borne radar interferometry

Variables）等により、参照基準や不確かさバジェッ

techniques for the generation of deformation timeト（Uncertainty Budget）等に基づく品質尺度を通し

series: An advanced tool for Earthʼ s surface

た Quality Assurance for Earth Observations（QA4EO）

displacement analysis. Geophys. Res. Lett., 37, L20305,

や水同盟（Water Alliance）の意義も大きい。リモー

doi:10.1029/2010GL044379

トセンシングを用いた学問的な水循環の解明を越（注 5）中山忠暢「これからの生態系モデルには何がえて、水市場や水利権改革を含むソフト対策もま必要なのか？」地球環境研究センターニュース 2011

た水資源問題の解決には不可欠である。

年 11 月号

エコライフ ・ フェア 20126 月 5 日は環境の日です。これは、1972 年 6 月 5 日からストックホルムで開催された「国連人間環境会議」
を記念して定められたものです。日本では平成 3 年度から 6 月の 1 カ月間を「環境月間」とし、環境問題への関心と理解を深めるために環境省が呼びかけて、全国でいろいろな行事が行われています。
都立代々木公園では「エコライフ・フェア」が開催され、環境省、企業・団体、NGO/NPO などからさ
まざまなブースが出展されます。国立環境研究所も「エコライフ・フェア 2012」に参加しています。子どもからおとなまで、楽しみながらライフスタイルを見つめなおすきっかけとなる「エコライフ・フェア
2012」。入場は無料です。お気軽にご来場ください。
◆日時◆ 2012 年 6 月 2 日（土）11:00 ～ 17:00 および 3 日（日）10:00 ～ 17:00（入場無料）◆場所◆ 都立代々木公園（ケヤキ並木・イベント広場）◆エコライフ・フェア 2012 ホームページ◆ http://www.ecolifefair.go.jp/－8－地球環境研究センターニュース

Vol.23No.1（2012年4月）

地球環境研究センター 陸域モニタリング推進室 主任研究員

高橋 善幸

渦相関法（乱流変動法とも呼ぶ）は大気乱流理

れにより、長期的な気候変動に対する陸域生態系論に基づいて地表に近い大気の中の物質や熱エネの CO2 収支の変動の予測を行うための実観測デー

ルギーの輸送量を評価する手法で、陸域生態系

タの集積が飛躍的に進展しつつあります。現在でが吸収・放出する二酸化炭素（CO2）量を群落ス

は世界で 500 を超える観測サイトで、森林地帯等

ケールで定量する際に用いられる標準的な観測ア

でタワーを用いた渦相関法による CO2 フラックス

プローチです。地表に近い大気の中では風や気温、の観測が行われています。
一方、渦相関法の短所として、以下のようなこ

湿度などはさまざまな大きさ・時間スケールの乱流
渦により時間的に変動しています。この大気の乱流とがあります。

により上層と下層の混合が行われ、ここに気温や物①水平方向に輸送される CO2 の量を把握できない質の濃度に差があれば、その差をなくす向きに熱エため、傾斜地や複雑地形では鉛直輸送量に観測誤差を生じやすい

ネルギーや物質が輸送されることになります。
森林や農耕地など陸域生態系が吸収・放出する②夜間などの大気の鉛直方向の動きが安定した状CO2 の量を測定する場合には、群落の上での乱流

況では、乱流渦による CO2 の輸送が起こりにく

渦による空気の動き（鉛直風速）とそれに連動しく計算式の適用に不適切な条件となる

た CO2 濃度の変動を、高速な応答性をもった三次

こうした手法固有の理論的な短所のほかにも、

元超音波風速計と CO2 分析計で計測し、その相関

降雨や霧などの影響で超音波風速計や CO2 分析計から CO2 鉛直輸送量（単位面積当たりの CO2 フラッから正常な信号が得られない場合など、観測機材

クス）を計算します。

の特性に起因する観測値の異常もあります。実際

この手法には以下のような長所があります。

の観測においては、連続した観測データの中から、①少数のセンサーから広い範囲を代表する CO2 フ

計算に不適切な条件下のデータを検出・除外し、ラックスをほぼ直接的に定量できる

信頼性の高い時間帯のデータをもとに欠測期間の②数分から数年という広いタイムスケールでの変補完処理を行うなど、精度の高い結果を得るためには現在でも高水準のスキル（データ解析の能力）

動の把握が可能③データを得るための人的労力の少なさとそれぞれの観測に即したノウハウの集積が必要④省電力化と自動化により長期無人観測やアクセとなっています。
CO2 フラックスの観測に用いられる分析計にはスの困難な場所での観測が可能
この手法の実用化と普及により、気温や水分、測定部が閉鎖系となっているクローズドパス型と日射量といった環境因子の複雑な変動に対する陸外気に開放されているオープンパス型がありま

域生態系の応答を直接的に観察することができるす。前者は周囲の温度や気圧などの影響を受けにようになりました。また、観測システム全体の省

くく安定していますが、空気取り入れ口から分析

電力化が進んだことにより太陽電池のみでの長期計までチューブを通してポンプで空気を輸送する

無人観測が可能となったため、これまで電力供給必要があるため、スケールの小さな変動成分の情の問題やアクセスが困難なことで観測の実施が難報の損失があり、また電力消費量も多くなります。

しかった地域への観測網の展開が進みました。こ後者は、周囲の環境の変動の影響を受けやすく気－9－地球環境研究センターニュース

Vol.23No.1（2012年4月）

象条件により異常値の発生やデータ欠損が発生し材を用いて容易に観測システムの構築ができるよ

やすいという欠点があるものの、微少な変動の情うになってきました。オープンパス型とクローズ報の損失が少なく、小さな消費電力で運用できるドパス型の分析計を用いた場合の測定結果の差も、という利点があります。地球環境研究センターで測器や補正法の改良が進むにつれて小さくなっては、苫小牧フラックスリサーチサイトや富士北麓

きましたが、それでも両者の間に生じるごくわず

フラックス観測サイトにおいて、クローズドパス

かな系統的な差が、年間炭素収支量を見積もる際型とオープンパス型の、特性の異なる CO2 分析計には無視できない誤差を生むことも指摘されておを用いた複数のシステムを用いて、渦相関法により、両者を長期的に比較しながら観測することがり観測された CO2 フラックスの比較を行い、渦相推奨されています。また、分析計の発展により大関法に関わる観測技術の検証を継続的に行ってい気中のオゾンやメタンといった温暖化物質や温暖ます。また、高い信頼性と汎用性のあるデータ処

化関連物質を対象とした渦相関法によるフラック

理技術の確立を目指して、AsiaFlux などの国際的ス観測も実用化されており、さらに濃度の低い亜な観測ネットワークを介して、国内外の研究グルー

酸化窒素や揮発性有機物なども観測可能な対象とプとデータ処理手法の比較検証を実施し、技術的なりつつあります。

な知見の集積と共有を推進しています。さらに、クローズドパス型 CO2 分析計については毎日定時

オープンパス型ＣO２分析計

三次元超音波風速計に標準ガスによる自動校正を行い、オープンパス
型 CO2 分析計については実験室で校正を行ったセンサーユニットと定期的に交換することで効率的

クローズドパス型
ＣO２分析計の空気取り入れ口に精度維持ができるようになっています。
渦相関法を適用するには、高い時間分解能（1秒間に 10 回以上）と、対象とする成分の大気の乱流に伴う微細な変動を観察するのに十分な精度をもった分析計が必要となります。CO2 や水蒸気
（H2O）に関しては、20 年以上前から十分な精度と時間分解能をもった赤外吸収ガス分析計が市販されており、最近では前述したオープンパス型の分析計が実用化され普及したことにより、市販の機

写真 1 富士北麓のタワーの頂上に設置されたセンサー群

図 1 森林群落の上を風が吹くと、 大小さまざまなスケールの渦が発生し、 これによりいろいろな物質の鉛直輸送が起こります。 応答性の高いセンサーで計測された空気の鉛直方向の動きと CO2 濃度の変動の関連から鉛直方向の輸送量を計算することができます－ 10 －

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Vol.23No.1（2012年4月）

最近の発表論文から＊地球環境研究センター職員および地球温暖化研究プログラムメンバーの最近の発表論文を紹介します。
Analysis of ΔO2 /ΔC O2 ratios for the pollution events observed at Hateruma Island, Japan（波照間島で観測された汚染イベントにおけるΔO2 /ΔCO2 比の解析）
峰島知芳 , 久保恵美 , 遠嶋康徳 , 山岸洋明 , 古山祐治 , Maksyutov S., 北和之 , 向井人史（2012）
Atmos. Chem. Phys., 12, 2713-2723, doi:10.5194/acp-12-2713-2012.
波照間島で観測された汚染イベント（大気中 CO2 の高濃度が観測された期間）における大気中の O2 濃度
変動に対する CO2 濃度変動の比（Δ O2 / Δ C O2 比）を解析した。汚染イベントの起源が中国の場合と日本・韓国の場合でΔ O2 / Δ C O2 比に有意な違いが見られ、前者で -1.14、後者で -1.37 であった。これらの ΔO2 /Δ CO2 比は中国および日本・韓国における化石燃料の種類別消費量から予想される燃焼時の O2 消費 /CO2

放出比とよく一致していることがわかった。ラグランジュ型大気輸送モデルによる解析の結果、波照間のΔ O2 / Δ C O2 比は中国の化石燃料の組成に敏感であることが示唆された。
Ozone loss rates in the Arctic winter stratosphere during 1994-2000 derived from POAM II/III and ILAS
observations: Implications for relationships among ozone loss, PSC occurrence, and temperature（POAM II/III と ILAS 観測から得られた 1994 ～ 2000 年の冬期北極成層圏オゾン破壊速度：オゾン破壊・
PSC 発生 ・ 気温の関係について）
寺尾有希夫 , 杉田考史 , 笹野泰弘（2012）J. Geophys. Res., 117, D05311, doi:10.1029/2011JD016789, 2012.
衛星搭載センサーである POAM II/III と ILAS による観測データを用いて、1994 ～ 2000 年の冬期（1 ～3 月）の北極成層圏における化学的なオゾン破壊速度ならびに極成層圏雲（PSC）発生頻度について定量的な評価を行い、オゾン破壊速度、PSC 発生頻度、気温の関係について調査した。その結果、PSC 発生頻度が 10% 増加すると、１日当たりのオゾン破壊速度が 25±6 ppbv 増加することなどが明らかになった。
地球環境研究センターのウェブサイト (http://www.cger.nies.go.jp/ja/about/results/) には、この他の論文情報も掲載されています。

地球環境研究センター出版物等の紹介
地球環境研究センターから発行されている出版物をご希望の方は、送付先、送付方法を記入し、E-mail、FAX、または郵便にて【申込先】宛にご連絡下さい。送料は自己負担とさせていただきます。出
版物の PDF ファイルはウェブサイト（http://www.cger.nies.go.jp/ja/activities/supporting/publications/report/
index.html）
からダウンロードすることもできます。ご参考までに 2009 年以降に発行された出版物は次ページのとおりです。2008 年以前に発行されている出版物および送付方法等につきましては、上記ウェブサ
イトを参照してください。
【申込先】
国立環境研究所 地球環境研究センター 交流推進係〒 305-8506

茨城県つくば市小野川 16-2

FAX: 029-858-2645－ 11 －

E-mail: www-cger@nies.go.jp

地球環境研究センターニュース

Vol.23No.1（2012年4月）

出版物はテーマ別になっております。
D：データベース関連

CGER No.

I：研究の総合化および総合化研究関連

タ

M：モニタリング関連

イ ト ル

I103-2012

CGER'S SUPERCOMPUTER MONOGRAPH REPORT Vol.18
Development of Process-based NICE Model and Simulation of Ecosystem Dynamics
in the Catchment of East Asia (Part III)I102-2011

Proceedings of the 9th Workshop on Greenhouse Gas Inventories in Asia (WGIA9)—Capacity building for measurability, reportability and verifiability —13–15 July 2011, Phnom Penh, Cambodia
日本国温室効果ガスインベントリ報告書 2011年4月
National Greenhouse Gas Inventory Report of JAPAN -April, 2011国立環境研究所スーパーコンピュータ利用研究年報 平成22年度
NIES Supercomputer Annual Report 2010
CGER'S SUPERCOMPUTER MONOGRAPH REPORT Vol.17
Atmospheric Motion and Air Quality in East Asia
CGER'S SUPERCOMPUTER MONOGRAPH REPORT Vol.16
Idealized Numerical Experiments on the Space-time Structure of Cumulus
Convection Using a Large-domain Two-dimensional Cumulus-Resolving Model

I101-2011
I100-2011
I099-2011
I098-2011
I097-2011

M021-2010
M020-2010
I096-2010*
I095-2010
I094-2010
I093-2010
I092-2010*
I091-2009
I090-2009
I089-2009
I088-2009*
I087-2009

D041-2009

有害紫外線モニタリングネットワーク活動報告Ⅱ
苫小牧フラックスリサーチサイトにおける森林生態系環境の総合的観測－モニタリングデータブック¬
Proceedings of the 8th Workshop on Greenhouse Gas Inventories in Asia (WGIA8)
Capacity building for measurability, reportability and verifiability 13-16 July 2010,
Vientiane, Lao People's Democratic Republic
国立環境研究所スーパーコンピュータ利用研究年報 平成21年度
NIES Supercomputer Annual Report 2009
日本国温室効果ガスインベントリ報告書 2010年4月
National Greenhouse Gas Inventory Report of JAPAN -April, 2010CGER'S SUPERCOMPUTER MONOGRAPH REPORT Vol.15
Algorithms for carbon flux estimation using GOSAT observational data
Proceedings of the 7th Workshop on Greenhouse Gas Inventories in Asia (WGIA7)
Capacity building for measurability, reportability and verifiability under the Kobe
Initiative 7-10 July 2009, Seoul, Republic of Korea
国立環境研究所スーパーコンピュータ利用研究年報 平成20年度
NIES Supercomputer Annual Report 2008
日本国温室効果ガスインベントリ報告書 2009年4月
National Greenhouse Gas Inventory Report of JAPAN -April, 2009Proceedings of the 6th Workshop on Greenhouse Gas Inventories in Asia (WGIA6)“Capacity building support for developing countries on GHG inventories and datacollection (measurability, reportability, and verifiability)” as a part of the“KobeInitiative”of the G8 Environment Ministers Meeting 16-18 July 2008, Tsukuba,
Japan
Carbon Sink Archives
An integrated system for storing, retrieving and analyzing 2-dimensional data related
to the problem of terrestrial carbon sink（＊は在庫なし）－ 12 －

地球環境研究センター (CGER) 活動報告 (2012 年 3 月 )国立環境研究所主催・共催による会議・活動等
2012. 3. 1 ～ 2

都市における水 - エネルギー - 炭素の関連に関するワークショップ（Water-Energy-Carbon
Nexus in Cities: Drivers, footprints, and implications）（東京）
9 カ国の大学および研究機関より 30 名の専門家の参加を得て開催し、都市における
水・エネルギー・炭素の関連に関する知識と情報の共有およびモデル構築の可能性等について議論を行った。詳細は、本誌に掲載予定。

所外活動（会議出席）等
2012.3. 6 ～ 7

第 5 回ライダーによる温室効果ガス観測に関する国際会議（5th International Workshop
on CO2/CH4 DIAL remote sensing）にて技術発表（髙木高度技能専門員 / 福岡）

7～9

第 1 回温暖化するシベリアの自然と人―水環境をはじめとする陸域生態系変化への社会 の 適 応 に 関 す る 国 際 会 議（1st International Conference on “Global Warming and the
Human-Nature Dimension in Siberia: Social Adaptation To the Changes of the Terrestrial
Ecosystem, with an Emphasis on Water Environments”）に参加・研究発表（Maksyutov 室長・金特別研究員 / 京都）

19 ～ 23

IPCC 第 3 作業部会第 5 次評価報告書第 2 回執筆者会合に参加（Dhakal フェロー / ニュージーランド）

26 ～ 29

Planet Under Pressure 2012 に参加・研究発表（三枝室長ほか / イギリス）
詳細は、本誌に掲載予定。

見学等
2012. 3. 8
12高層気象観測ネットワーク（GRUAN）会議出席者（40 名）
会計検査院第三局

環境検査課（3 名）2012 年（平成 24 年）4 月発行
編集・発行

独立行政法人 国立環境研究所
地球環境研究センター
ニュース編集局〒 305-8506 茨城県つくば市小野川 16-2
FAX：029-858-2645
E-mail：www-cger@nies.go.jp
http://www.cger.nies.go.jp/－ 13 －