樹種の樹種の違いが遮断蒸発量
いが遮断蒸発量に遮断蒸発量に与える影響える影響
水文気象研究室 児玉佑一郎
指導教員 陸旻皎

1. はじめに
森林に降る雨のすべては直接、森林土壌に届くのではなく、その過程の樹冠や幹、地面に堆積した葉や枝によって幾分か遮られ、貯留し、蒸発してしまう。このことを降雨遮断と呼び、幹や樹冠で遮断された量を遮断蒸発量と呼ぶ。
遮断蒸発量の推定には観測による水収支的方法と気象データとモデルを用いて推定する微気象学的方法に別けられる。降雨遮断は降雨のパターンや樹種によって異なるが日本の樹冠の降雨の遮断率は約 20％前後であり、樹木による降雨の遮断は水収支に与える影響は大きい。
また、近年、全国森林計画には森林の重視すべき機能に応じた望ましい森林の姿に誘導するため広葉樹林化、針広混交林化等に関する記述が追加で盛込まれた。これらのことから本研究
では、降雨遮断モデルを用いて、常緑針葉樹林と落葉広葉樹林からの遮断蒸発量の推定を行い、常緑針葉樹林が落葉広葉樹林に変化した際の遮断蒸発量の変化の把握を目的とする。
落葉針葉樹とと常緑針葉樹の
2. 落葉針葉樹
常緑針葉樹の違い
落葉広葉樹と常緑針葉樹は葉の違いが特徴的である。針葉樹は小形の葉、広葉樹は大きな葉であり、年間の葉の量は針葉樹のほうが多く、広葉樹は季節的変動を持っている。単位面積当た り の 葉 面 積 で あ る 葉 面 積 指 数 (Leaf Area
Index :LAI)は葉の量が多ければ大きく、上記のことから年間の LAI は常緑針葉樹のほうが大きいと考えられる。また、朴ら 1）は観測から遮断蒸発量の違いは LAI によるものであることを示した。このことから、落葉広葉樹林と常緑針葉樹林の遮断蒸発量は葉の形状や LAI に依存すると考えられる。そのため、本研究で使用するモデルは LAI と樹種を考慮したモデルを用いる。

3. 降雨遮断モデル
降雨遮断モデル概要
モデル概要
本研究では近藤モデル 2）を用いる。近藤モデ
ルは樹冠が十分に濡れた場合と濡れていない場合に別けて日単位の遮断蒸発量の計算を行う。
樹冠が樹冠が十分に十分に濡れた場合
れた場合

I = I pot × (τ 24 ) + S(1)

樹冠が樹冠が十分に十分に濡れていない場合
れていない場合I = Ω* × Pr

(2)

ここで、S は樹冠貯留量[mm]であり、樹冠が保水する量で、降水後の数時間から 1 日以内に蒸発してしまう量のことである。I は遮断蒸発量[mm]、Ipot はポテンシャル蒸発量[mm/day]、
τは降雨継続時間[hr]、Pr が降雨量[mm/day]、Ω*は降水粒子が樹体にぶつかる確率である。また、S は以下の式が与えられる。

S = S max [1 − exp(− Pr S max )](3)

S max = K ⋅ LAI(4)

Smax は最大保水容量であり、LAI は葉面積指数[m2/m2]、K はパラメータであり、樹種によって異なる( 3-1)。また、τとΩ*は以下のようになっている。

表τ = τ max [1 − exp(− Pr ⋅ u )]τ max = 18[hr ]u = 1 / 2 [mm -1 ](5)

表 3-1 葉の保水容量
樹種

Mm/LAI

マツ
スギ
ヒノキ
コナラ

0.15
0.15
0.180.09

引用：文献 3）

Ω * = Ω[1 − exp(− f ⋅ LAI Ω)](6)

Ωは樹冠の閉鎖率(密林では 1、間伐林では 1 以下)、ｆは葉の傾きを表す要 である。樹冠が十分に濡れた場合とそうでない場合を 断する
降雨のの 定は以下のように行う

素強弱 判
降雨が強い場合 → (1)式へ判Ω * × Pr ≥ I pot × (τ 24) + S max弱降雨が い場合→ (2)式へΩ * × Pr < I pot × (τ 24) + S max

7( )

8( )

istley-Taylor 法 で求める。
4）

Ipot は Pr

I pot = α ⋅R∆× n∆ + γ Le

図 3-1 文献の文献の観測地点

図 3-2 文献値と文献値と計算値の計算値の総降水量
橙：文献値 青：計算値

9( )Δ 飽和圧 勾配γ 乾湿
正味放射
潜熱
α （＝ ）
流同様 規模お ず
図 3-3 モデル評価
部度
モデル評価の評価の結果：
結果：棒グラフがグラフが計算値，計算値，点が文献値，値
文献値，赤い棒が誤差量
評価点（図 ）MD

Ep はポテンシャル蒸発量[mm]、 は水蒸
気 の[hPa/K]、 は計定数[hPa/K]、
Rn は量 [MJ/m2] 、 Le は気化の[MJ/Kg]、 は定数1.26 である。
遮断蒸発量の観測データは気象観測や 量観測とのでの観測はされて ら 、一の研究機関が観測している程 である。そのため、遮断蒸発量と LAI の文献 1)5)6)7)8)を用いて降雨遮断モデルのを行った。気象データ
は文献の観測地
3-1 に近い A e AS と気4. 遮断蒸発量推定
モデルのから 象とする地 を気象 の降水量 年 分を 考に。
２
象地 は土(約 0)、２(約 5)、また、あえて雨量が多く、面積の大きい(約 2 m2)も行った。
気象データは国土交の A e AS と国土交の水文水 データ ー を使用。
内で遮断蒸発量を める際には内の 表木を定する 要がある。そのため、多ンター 5IS デー
タを用いて分をし、常緑針葉樹を落葉広葉樹に別け、それ れに多くしている 落の樹木を 表木とした。その、土とはとラ、は8)10)13)林とラとした。LAI は文献を 考に 定した。モデルとに森林は密林、葉の傾きは 0 5 と 定した。

評価 結果 対域
庁
平 値 布図 参 選んだ 対域 器川流域 9 ｋｍ 猪名川流域
9ｋｍ流域
安倍川流域 88k
通省 M D
通省
質 ベ ス
流域
求流域 代設必
環境省自然環境
図 3-4 降雨日数と局生物 様性セ 第 回植生調査 G
降雨日数と遮断蒸発量の遮断蒸発量の関係
植生 布図 作成
象台のデータを使用し、LAI は樹齢、樹高等をぞ
植生
考慮 せず に文献 値 を 参 考に 月毎 の 値 を 設 定し群 群集
代結果た。年間の変動に関しては三角関数 を基本と
器川 猪名川 アカマツ コナ 安倍川
し、落葉樹に関しては落葉期に急激に葉が急激
スギ植 コナ
値に落葉するため、文献 の値を参考に、8 月を参 設
評価 同様ピークに割合的に減少させた。樹冠の閉鎖率は. 仮
Ω＝１、葉の傾きを表す要素は文献 と同様にランダム分布を仮定してｆ＝0.5 とした。また、 5. 結果と結果と考察
文献の観測 期 間 中 の 総 降雨量と気象データで計算結果を図 5-1 に示す。土器川、猪名川、文献と同じ期間の総雨量の比較を図 3-2 に示す。 安倍川の 3 年間の遮断蒸発量の平均値は落葉広計算結果と文献値を図 3-3 に、降雨日数と遮葉樹林が 224.1mm、199.4mm、360.1mm、常緑針断蒸発量の関係を図 3-4 に示す。また、文献の葉樹林が 320.7mm、282.1mm、406.3mm であった。
観測誤差は 5％と設定した。No１、No5、No7
土 器川 では 総 降雨量が 増 加しているのにも関は文献値との差が 4.8～1.2 と小さく No.3，No4， わらず、遮断蒸発量は減少している。この原因
No8，No10 は文献値の測定誤差の範囲内であは、降雨日数にあると考えられる。モデルの評ることから、これら 7 つの結果は文献値に近い価のときにも示したが、降雨日数の増加に伴い、値を示していると考えられる。しかし、結果全 遮断蒸発量も増加する関係が見て取れる。土器体を見てみると、計算値が過小評価の傾向にあ
川では 1996 年の降雨日数が 206 日で他の年はることが見て取れる。No11 は誤差 252.3mm と約 185 程度であった。また、降雨量は 1996 年とても大きく、文献値よりも遥かに低い値となが他の年より低いことから、この年は弱い雨が多く発 生 したため遮断蒸発量が 他 の年より大った。これらは、標高による入力雨量の違い
きかったと考えられる。猪名川では降雨量の増と日本のように 短期 間に 強 い雨が多く 起 こるような地域では、過小評価の傾向がある こと加に伴い遮断蒸発量も増加している。安倍川はが原因ではないかと考えられる。そのため、遮総降雨量が 2000mm 以上であり、2004 年に関しては 3000mm を越える。2004 年は台風や秋雨前
断蒸発量の推定を行う際は、雨量が少ない地域
で、且つ、入力雨量は流域平均雨量を用いる。 線により水害の多い年であった。
降雨日数と遮断蒸発量の関係を図 5-2 に示す。
また、降雨日数の増加に伴い、遮断蒸発量も増
安倍川は降雨日数と遮断蒸発量との間に土器加していることが見て取れる。
川、猪名川のような関係を見つけることが出来
9)

10)

3)

11)

12)

台風 短受原因静岡県 去 害参 風 秋 線
除ろ猪名川 器川係 図似向猪名川 器川
少実値
安倍川
評価 No. 結果
同実 値
差 器川 平均 97猪名川流域 8 安倍川
器川 猪名川差安倍川なかった。これは、により 時間の間に多くの降雨を けたことがであると考えられる。そのため、の過 の水 データ 14)を 考に と 雨前 による降雨を いて遮断蒸発量の計算を行い、遮断蒸発量と降雨日数や土の関 を 5-3 に示したとこと たような傾 を示した。
推定された遮断蒸発量はと土に関しては年間の雨量が ないため、 際の遮断蒸発量に近い となっていると考えられるが、に関してはモデルの11 のとじように 際の とは大きく異なると考えられる。遮断蒸発量は常緑針葉樹林のほうが大きく、その は土がで約 mm であり、は 3mm、は 46mm であった。
土との常緑針葉樹林と落葉広葉樹林の は、落葉広葉樹林の遮断蒸発量の約 40％にあたる。
では 10％であった。

今回

結果 流域
仮 流域 植生
せみ 植生減減
図
基準減少 図
図
総減少
増 伴減少
見 取減少
器川 猪名川ぼ同 割 減少対 安倍川
減少 低 結果
差 来仮
猪名川流域 器川流域
減少

また、の計算をの単位面積当たりの遮断蒸発量と 定し、内のを変化さ た際の遮断蒸発量の変化を考えて る。の変化は、常緑針葉樹の面積を らし、その分、落葉広葉樹の面積を らした。その際の森林全体から遮断蒸発量を 5-4 に、変化前をとした森林全体の遮断蒸発量の率を5 5 に示す。 5-4 では、森林 遮断蒸発量は常緑針葉樹林の、落葉広葉樹林の 加にいしていくことが て れる。また、率は土、では、ほじ 合でしているのに してはそれとは異なり、率が いとなった。これは落葉広葉樹林と常緑針葉樹林の遮断蒸発量の から ているものであると考えられる。に、森林計画により、と土の常緑針葉樹の 25％がし、その分、落図 5-2 遮断蒸発量と遮断蒸発量と降雨日数の降雨日数の関係

図 5-1 常緑針葉樹(常緑針葉樹(青)と落葉広葉樹(落葉広葉樹(橙)の推
定遮断蒸発量(定遮断蒸発量(左)と流域平均降雨量(
流域平均降雨量(右)：上から 図 5-3 遮断蒸発量と遮断蒸発量と降雨日数の降雨日数の関係（
関係（安倍川の安倍川の土器川、台風・土器川、猪名川、猪名川、安倍川
台風・秋雨前線の秋雨前線の降雨を降雨を抜いた場合いた場合）場合）

植生
表 5-1 20 年平均流況 (単位：み単位：m /s)/s)
猪名川流域.
器川流域 7 .8
流量観測所
年平均 渇水 1/10 渇水
比
猪名川流域
常包橋
0.03
0.16
1.97.9 器川.9 減少
南田原
0.180.01
1.64
へ 浸
透
無 総 流出相当する。また、常包橋地点の渇水流量が 0.16仮流
換器川流域m /s、10 年に 1 回の渇水流量が 0.03 m /s、南. s 猪名川流域 . s 増地点では、渇水流量が 0.18 m3/s、10 年に器川流域 出口
包橋 田原
渇水流量が 0.01m /s と 2 つの流域の流量点 流 猪名川流域 出口 南田原 が1 回少のないことが伺え、遮断蒸発量の変化量分は
点 流
平均（表 ） 包橋 点 土器川流域と猪名川流域
量の 25％、平均流.97 s 南田原 点 11.1 ％ に あ た る 。 そ ののた渇め水土流器川流域. s
器 0.06m /s、猪名川流域では 0.02m /s という値はで川流域 . 猪名川流域 . % 度 必ずしも小さい値ではないと考えられる。
葉広葉樹がしたとした場合の遮断蒸発量の変化を考えて る。この場合の森林の単位面積当たりの年間の遮断蒸発量はでは 241 1mm、土は 2 4 mm となった。
変化前と べて遮断蒸発量はでは13 mm、土では 16 mmした。また、これらの遮断蒸発量の変化量分を、土壌 のや蒸発による影響が く てがしたと定して 量に変 すると、土では30 06m3/ 、では 0 02m /加すると考えられる。土のにある常地の 量と、のにある地の 量は 20 年5-1 で、常地
3では年量が 1m/ 、地
31 64m / であり、遮断蒸発量の変化量分は土では 2 0％、では 1 2 程 に3333336. 結論
降雨遮断モデルを用いて常緑針葉樹林と落葉広葉樹林の年間の遮断蒸発量の推定を行い、2 つの遮断蒸発量のを行った。これらの計算には、気象 のデータと国交 の水文水 データ ー のデータを使用し、LAI は文献 から めた。
を以下に示す。

比較

図 5-4 常緑針葉樹と常緑針葉樹と落葉広葉樹の落葉広葉樹の面積を面積を変化させた場合させた場合の場合の森林全体の森林全体の遮断蒸発量の遮断蒸発量の変化：
変化：横軸は横軸は針葉樹の針葉樹の減少率

庁
省
質
ベ ス
値
求 結果
1.
常緑針葉樹林と落葉広葉樹林の遮断蒸発量の差は、土器川流域と猪名川流域は約 90～100ｍｍ/year 程度であった。
安倍川流域では約 50ｍｍ/year であり、常緑針葉樹のほうが落葉広葉樹よりの遮断蒸発量が大きくなった。

.

2値

計算 を常緑針葉樹林と落葉広葉樹林の単位面積当たりの遮断蒸発量と定し、常緑針葉樹林の面積を(25％)
さ て、その分、落葉広葉樹林の面積を加さ た場合、の森林全体の遮断蒸発量はと土：約 6％した。

減少

図 5-5 森林植生の森林植生の変化前を変化前を基準とした基準とした森林全とした森林全体の遮断蒸発量の遮断蒸発量の減少率：
減少率：横軸は横軸は針葉樹の針葉樹の減少率

仮せ増 せ
３流域減少（猪名川 器川減）.

3

森林計画で常緑針葉樹の 25％が落葉

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4.
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Hag-Mo-KANG(2000):Seasonaland
学会誌，vol. 18，No.4，pp.435-440
Inter-Plot Variations of Stemflow,
想
浸透
仮 流 換
平均流 .

広葉樹に変化したと 定し、遮断蒸発量の変化分を、蒸発しないでしな
いと 定し 量に 算した場合、土では 20 年量の 2 0％、では1 2％となった。

Throughfall andInterception Loss in Two
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構造通布 性 及ぼ －スギ マ バ イ
お通性 比較－．

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義明・ 井幸治・深山貴 ・ 南裕志・
細田育
滝 口山
理試験
お
二次 階層構造 及ぼ攪乱． 総所 報告，， ，，－庁ホ ムペ ジ「災害事例」
obd/stats/data/bosai/ reportindex.html><2010/2/8 アクセス>