〔創立125周年記念解説〕：（植生；陸面過程；アジアモンスーン；熱帯林；砂漠化)地域・大陸スケールでの植生・気候相互作用

安成 哲

１．はじめに
植生と気候の関係といった時，多くの人が思い起こ

三

２．Charney仮説―アルベード変化が気候を変える―

すのは，いわゆる「ケッペンの気候区分」であろう．

このことをもっとも象徴的に扱い，大きなインパクある地域の気候（気温・降水量の年平均や季節変化なトを与えたのが，Charney による西アフリカサヘルど）を与えれば，それに対応した植生がほぼ決まる，地域での沙漠化に関する研究であろう．彼は，1960年あるいは植生は気候の指標となっているという考えで代から10数年以上にわたって継続したサヘル地域の干ある．今でもこのケッペンの概念は生きているし，大ばつを，過放牧などにより草原（ステップ）が沙漠状まかなところでは間違っていない．生物学・生態学に態になることにより，地表面のアルベードが大きくなおける地球環境変化研究では， 地球温暖化」に代表り，これがハドレー循環の下降流を強化したため，サされるような気候変化が進行した場合，植生はどう変ヘル地域の干ばつを更に強化したという仮説を立て，化するか，ということが大きな問題である．その場合

簡単な２次元モデルによる実験でこの仮説の検証を試の基本的な考えは，気温や降水量が変化すれば，それみた．さらに同様にアルベードを変化させた GCM 数に平衡的な植生の変化が起こるという，このケッペン

値実験 を行った結果，熱帯収束帯（ITCZ）の北上流の概念であるといえる．

も抑制され，サヘルの位置する亜熱帯はモンスーンに一方，気候研究，特に大気大循環モデル（GCM ）よる降水が減少することを示している．

を用いた気候の数値的研究が1960年代後半から活発になってくると，植生は，大気（気候）状態を決めるひ３．土壌水分変化と気候とつの境界条件として扱われるようになった．すなわ

陸面が大気に与える重要なパラメータとして，アルち，(熱帯林，温帯林，亜寒帯林などの）森林，草原，ベードに加え，地表面の湿り具合，すなわち土壌水分

砂漠など異なる植生は，アルベード，地表面粗度，蒸量がある．土壌水分は実際には，蒸発散を通して地表発散などの気候に関与したパラメータが異なるため，面熱収支に影響を与え，その上の大気に影響を与えその上の大気に与える影響も異なるという考えである．土壌水分は一見，植生とは独立のパラメータのよる．言いかえれば，植生が変化すると，その植生変化うに考えられそうであるが，土壌自体が植生によってに影響を受ける範囲で，地域的な気候も変わりうると形成・存在していること，及び地表面からの蒸発散にいうアイデアである．

は，実際には，土壌面のみからの蒸発よりも植生からの蒸散が大きな役割を果たしていることを考えると，水・熱収支における植生の役割を実質的には見ている

Regional/continental‑scale vegetation‑climateinteraction.
Tetsuzo YASUNARI，名古屋大学地球水循環研究センター，海洋研究開発機構地球環境研究フロン
ティア 研 究 セ ン ター．yasunari＠hyarc.nagoya‑u.
ac.jpⒸ 2007 日本気象学会
2007年 11月と考えることができる．最も簡単な陸面モデルである
バケツモデル も，その意味では，植生も 含 め た 土
壌・植生系モデルと考えるべきであろう．
土壌水分の有無，あるいは多少は，蒸発散および顕熱の配分（ボーエン比）の変化を通して気温変化と鉛直流（対流活動）へ影響を与えるほか，地表面の熱容59 30

地域・大陸スケールでの植生・気候相互作用量変化を通して気候メモリーあるいは気候感度の大き観測値にも近くなっている ．

さを変えるという効果も持っている．Delworth andManabe は，バケツモデル（15cm の圃場容水量）

５．アマゾン熱帯雨林伐採のインパクトを用いて，土壌（・植生系）の気候メモリー効果を，アフリカのサヘル干ばつ問題以降で植生・気候相互P/Ep（降水量/可能蒸発散量）という指標で調べた結作用で大きく問題になったのは，アマゾン河流域の熱果，Ep の小さい高緯度ほど土壌水分アノマリーの持帯雨林伐採が，その地域の気候や水循環に与える影響続性は大きく，Ep の大きな乾燥地域ほど持続性は小についての議論であった．気孔抵抗を考慮した SiBさいことを示した．ただ，持続性が小さいことは，必モデルを用いた GCM により，アマゾン流域の熱帯雨ずしも降水量などへのフィードバック効果が小さいこ林の大部分を伐採後の牧草地を仮定した植生に置き換とを意味しない．最近の GCM による土壌水分の感度

えて森林伐採が気候と水収支に与える効果を調べる

実験では，半乾燥地域での土壌水分変化は，季節的なと，その地域での年平均気温が２℃程度の上昇，降水降水量変化への影響が大きいこと，その効き方は，境量が 2mm/day程度の減少，蒸発散量が1.5mm/day

界条件としてよりも初期条件として影響するというこ程度の減少，したがって水蒸気収束量も0.5mm/dayとが指摘されている ．また，いくつかの GCM 実験

程度の減少となったを比較して，陸面（土壌水分）の大気（特に降水）にだけを与えて行った GCM 実験結果 よりもはるかに与える影響を系統的に調べた GLACE（Global Land大きな変化となっており，森林伐採の効果は，光合成

Atmosphere Coupling Experiment）でも，湿潤熱帯過程の影響を組み込んだ植生モデルにより，より顕著やモンスーン地域を縁取るような半乾燥地域での土壌に現れている．

．この値は，アルベード変化

水分の多少がその直後の降水量の多少に強く影響する

大気・陸面相互作用と，より大規模な大気循環の力という結果を示している ．十分な降水により既に飽学の間には，第１図のような関係があると考えられ和に近い状態で湿っている地域では，土壌水分変化のる ．すなわち，降水量 P の変化を フィード バック

降水変化に与える効果は小さいが，詳細については，ループの出発点として仮に考えた時，P 増加（減少)第６節を参照されたい．

→土壌水分増加（減少)→蒸発散量（E）増加（減少)→ P 増加（減少）という正の フィード バック が，ま４．植物の生理学的過程を含む植生（陸面）モデル

ず ひ と つ 考 え ら れ る．一 方 で，上 昇 流（W ）強 化

植生のある地表面からの蒸発散量は，放射エネル（弱化)→水蒸気輸送・収束（C）強化（弱化)→ P 増

ギー量に関係するアルベードと，地表面での水分量に関係する土壌水分量に加え，蒸発散の効率を決めるパラメータが必要である．簡単な陸面モデルでは，これを蒸発効率（β）という係数に押し込めてしまっているが，植生が卓越する実際の地表面では，蒸散は葉の気孔の開閉の度合い，すなわち気孔抵抗（あるいはコンダクタンス）が大きく関与している．この気孔抵抗は，植物の生理学特性が決める光合成の活動度に関係している．この光合成の効果を入れた陸面（植生）モデルが，1980年代半ばに SiB や BATS として開発された．これらのモデル開発の背景には，特に森林からの蒸散が重要な役割を果たしているアマゾンの熱帯雨林を気候モデルに取り込む必要性があった．気孔抵抗の効果を入れた GCM 実験では，バケツモデルでの同じ GCM 実験に比べ，植生のある大陸上での蒸発散量が全体的に抑えられ，その結果として，降水量の減少，顕熱の増加，大気境界層の日変化の増幅と強化などが顕著に現れている．これらの変化は，全体として6

第１図

植生改変があった地域における水循環における２つのフィードバック．P：降 水，w：大 規 模な上昇流，C：大規模な水蒸気収束，wet：表層湿り具合（土壌 水 分 量 )， E： 蒸 発 散 量（Zeng et al. )．
〝天気" 54．11．

地域・大陸スケールでの植生・気候相互作用

9 31加（減少）という正のフィードバックも考えられる．

常に輸送しており，陸面の状態は降水機構にあまり影

但し，この第１図の左側のループでは，W 強化（弱響されないが，９月にはモンスーン気流が弱くなるた化)→雲量増加（減少)→地表面放射エネルギー量減少

め，地表面変化の影響が対流・降水システムの形成に（増加)→ E 減 少（増 加）と い う，負 の フィード バッ

より強く現れるためと指摘している．すなわち，９月

ク回路も場合によってはありうる．このように，森林の弱いモンスーンの状態では，第１図における右側の伐採（植生変化）と，より大規模スケールの大気（水フィードバック・ループがまず強化されて蒸発散が抑蒸気）循環のあいだのフィードバックには，地表面の制され，さらに左側のフィードバックも，水蒸気輸送熱・水収支を通して非常に大きな非線形な関係があるの発散をもたらす方向に働きやすくなっていると解釈

が，気候モデルにおける降水量，蒸発散量，水蒸気収できる．この東南アジアでの大規模な森林伐採と農耕束量の変化には，かなり線形に近い関係のあることも地化は，インドシナ半島の降水だけでなく，南西モン

指摘されているスーン気流の風下側にあたる東アジアモンスーン地域．の風系，水蒸気量や降水量にも影響を与えている可能６．アジアモンスーン地域における植生・気候相互作用性が，やはり領域大気モデルによって指摘されている ．

では，熱帯から温帯にまたがるアジアモンスーン地

一方中国を中心とする東アジアモンスーン地域で域では，土壌水分の効果も含めて，どのような植生・も，過去数千年の間に，黄河流域を中心に森林が大き気候相互作用が考えられるであろうか．世界の人口のく 伐 採 さ れ て き た．こ の 植 生 改 変 を 前 提 に し て，６割近くが集中するこの地域での植生改変の気候・水BATS を組み込んだ領域気候モデルによる気候感度

循環への影響は，決して小さくないことが予想される

実験 は，森林から耕地への植生改変による蒸発散のが，そのまたがる緯度帯の広がりや，強いモンスーン減少が降水量の減少をもたらすことを示している．こ

循環系の存在など，アフリカのサヘル地域やアマゾンの場合，東アジアは東南アジアに比べ，モンスーン気流域とは大きな意味での境界条件がかなり異なってお流が全般に弱いこと，水蒸気収束の効果よりも，陸面り，植生改変の効果の出方も大きく違う可能性もあからの蒸発散が，この地域の降水には重要な働きをしる．その定量的評価は，現在のところ，やはり気候モていることを示唆している．

デルによる研究に頼らざるをえない．

モンスーンアジアあるいはユーラシア大陸全体でのタイを中心とする東南アジア（インドシナ半島）の植生の存在が，モンスーン循環や降水にどの程度の影

熱帯林の大部分は，1950年以降大幅に伐採され，農耕響があるかという問題の解明を目的とした GCM 実験

地に変化しており，森林面積の割合は60％から20％程を，著者ら度にまで縮小している．一方モンスーン降水量は，特ベット高原の地形による効果も同時に評価を試みたは最近試みた．この モ デ ル で は，チにモンスーン後半の９月のみ降水量が大きく減少傾向にある．Kanae et al.
は，1960年代と1990年代の植生状 態 を 境 界 条 件 に して，領域大気モデルで月ごとに調べた結果，９月にのみ，降水量の減少が再現できることを示した．９月にのみ選択的に森林伐採と農耕地化の影響が顕在化する理由として，６‑８月は，インド洋からの湿った南西モンスーン気流が強くインドシナ半島に湿った空気を2007年 11月

第２図

大気大循環モデルを用いた（a）南・東南アジア，(b）東アジアでの降水量の季節変化の再現．細実線はチベット高原のみを与えた場合，一点鎖線はさらに土壌のみを与えた場合，太破線はさらに植生を与えた場
合，太実線はすべての境界条件（チベット高原＋土壌＋植生）を与えた
場合．順次，モンスーン季（雨季）の降水量が増加していくことがわかる（Yasunari et al. )．
79 32地域・大陸スケールでの植生・気候相互作用が，東アジア・東南アジアモンスーンの降水量は，第のモデリングの必然性と重要性もさることながら，植２図のように，植生の存在により，30〜40％程度増加

生・気候間のプロセスの解明を通した「生命圏とは何することが示された．この場合植生は蒸発散を増加さか」という問いこそが，現在の地球環境学には最も重せることにより降水を増加させ，大陸の内陸まで水循要であることを強調して，本報告のまとめとしたい．

環を活発化する効果に大きく寄与している．内陸のモンゴルにおける草原の役割も，同様な効果を持つことが，やはり GCM 実験により示唆されている ．
７．新しい観測的事実
植生・気候の相互作用は，観測から調べることは１次元のフラックス観測などを除き，非常に困難である
ため，これまでの議論はすべて，植生による放射・熱・水循環過程を取り込んだ GCM や領域大気モデルによる植生・気候相互作用の数値実験に基づいてい

参 考

文献

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水循環研究観測計画）などの最近の観測は，これまで

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山地の常緑林では，雨がほとんど降らない乾季の最中

11) Shukla, J. et al., 1990：Science, 247, 1322‑1325.に蒸発散が最大となること，その機構は森林の根系の12) Nobre, C.A. et al., 1991：J. Climate, 4, 957‑988.

深さにあることが，多層土壌植生モデルによる検証で

13) Henderson‑Sellers, A., 1984：Climate Change, 6,

明らかになった

231‑257.
14) Zeng, N. et al., 1996：J. Climate, 9, 859‑883.

．また，シベリアのタイガ（亜寒帯林）では，年間降水量が200mm 前後と，非常に少ないにも関わらず，夏季に永久凍土表層の融解に伴う土壌水分を有効に利用することにより，熱・水循環を活性化し，森林の生育を維持しているタイガ・凍土共生系が維持されていることが明らかになった ．詳細は最近の報告・解説を参照していただきたい．

８．まとめ
植生は気候に順応する側面だけでなく，気候の維持と変化に，能動的な役割を果たしていることが，気候モデルによる研究などで明らかになってきた．また，最近の観測研究は，植生と気候は，これまで未解明な部分が多かった土壌・根系過程と地表面での水・エネルギー循環を通した相互作用系として維持されている可能性を強く示唆しつつある．

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24) Ohta, T. et al., 2001：J. Hydrorol. Processes, 15,1459‑1476

より長期的な気候変化と植生変化の相互作用の解明

25) 安成哲三，2007：気象研究ノート，(215)，159‑171．に向けて，炭素循環や生態系のダイナミクスも陽に含26) Yasunari, T., 2006：Chap.11, in The Asian M on-めた動的全球植生モデル（Dynamic Global Vegeta-soon,ed.by B.Wang,Praxis,Springer Berlin Heidelberg, 459‑478.

tion M odel：DGVM ）が開発されつつある．これら

8〝天気" 54．11．