温暖化の高山植物への影響

─温暖化影響モニタリングの可能性─
名取俊樹（独立行政法人 国立環境研究所 生物圏環境研究領域）

摘要
本文の目的は、環境省からの委託研究で行ったプロジェクトの研究成果を紹介し、それらの結果をもとに温暖化影響モニタリングの可能性を考えることである。このプロジェクトは、筆者に加え、東京大学大学院農学生命科学研究科、静岡大学理学部、石川県白山自然保護センターの方々との共同で行った。プロジェクトでは、まず、わが国高山帯での気温変化を把握し、次に、そこで認められる気温上昇との関連が考えられる現象を整理した。それらの中から幾つかを選んで野外調査などを行い、現象を把握し、さらに気象要因との関連性を調べた。そして、得られた気象要因との関連性とGCM（大気大循環モデル）をもとにスケールダウンしたプロジェクト共通温暖化シ
ナリオとを用いて、温暖化影響リスクの評価を行った。また、自然環境が厳しい高山帯で使用できる、無人かつ無電源で小型・軽量な気象データなどの計測システムの確立をめざした。まとめとして、これらを総合し温暖化影響モニタリングの可能性を考察した。
キーワード：温暖化影響、開花、高山植物、多年性雪渓、モニタリング

1 ．はじめに地球温暖化が将来の人類に重大な影響を及ぼすことが危惧され、1988 年にIPCC（気候変動に関する政府間パネル）が設立されて以来、第一次から第三次評価報告書が報告されている。さらに、IPCCの報告書に呼応してわが国への影響がまとめられている 1）− 4）。これらの報告書の記述の中から、わが国高山生態系に関連すると考えられる注
目すべき知見として、①地球温暖化に係わる自然起源の因子（太陽放射と火山噴火）と人為起源の因子（温室効果ガスと硫酸エアロゾル）の両方、あるいはどちらか一方を考慮した過去 100 年の気候再現シミュレ−ションを行った結果、両方を考慮した場合に観測された気温の上昇が最も良く再現でき、このような気温の上昇が続けば、将来、人類に重大な様々な悪影響を及ぼすであろう ②すでに、温暖化影響が現れていると考え得る ③温暖化の影響は、一様に起こるのではなく地域差がある ④高山生態系は温暖化に脆弱な生態系の一つであるなどが示されている。この他にも、高山帯での温暖化影響について述べられている様々な文献が多数出版されている 5）− 11）など。本文の目的はこれらの総説ではないため、詳しくは参考文献を参照して頂きたい。本文の目的は前記の知見を踏まえて実施した、環境省からの委託研究プロジェ

クトの研究成果を紹介するとともに、それらの結果をもとに温暖化影響モニタリングの可能性を考えることである。本プロジェクトは、筆者に加え、東京大学大学院農学生命科学研究科、静岡大学理学部、石川県白山自然保護センターの方々との共同で行った。

2 ．わが国高山帯での気温変動地球温暖化の高山植物への影響を検討するためには、まず、わが国高山帯（従来どおりハイマツ帯以高とする）での気温変化を把握する必要がある。そこで、長期間の気象データが公表されている富士山頂での年平均気温 12）− 16）と世界の年平均地上気温 17）との経年変化を比較した（図 1）。富士山頂での年平均気温は、世界の年平均地上気温とほぼ同様に 1980 年以後上昇しており、さらに、その程度は世界の年平均地上気温より大きいことが分かる。次に、わが国高山帯での気温変化の地域差を調べるため、富士山頂での年平均気温と、気象庁が公表している高層気象データ 18）, 19）から推定した輪島（石川県）上空 3 , 000 m、館野（茨城県）上空 3,000 m、根室（北海道）上空 1,500 m、それぞれでの年平均気温の関係を調べた（図 2）。その結果、図示した何れの地点でも年平均気温の変化は、概ね似ていることが分かった。

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名取：温暖化の高山植物への影響

図1

富士山山頂での年平均気温と世界の年平均地上気温との経年変化の比較.

富士山頂での気温（ 印）は，気象庁から公表されている種々の富士山頂での気象資料をもとに，1961 年から 1990 年までの年平均気温の平均値からの編差の移動平均値を示す．世界の年平均地上気温（●印）は，理科年表環境編に示されている世界の年平均地上気温の平滑化した偏差を示す.

図2

富士山頂での年平均気温と輪島，館野，根室上空での年平均気温との比較.

富士山頂での気温は，気象庁から公表されている種々の富士山頂での気象資料から得た値の移動平均値を示し，輪島上空 3,000 m（○印），館野上空 3,000 m（□印），根室上空 1,500 m（△印）での気温は，気象庁から公表されている高層気象データから推定した値の移動平均値を示す.

3 ．わが国高山帯で認められる気温上昇（地球温暖化）との関連が考えられる現象
プロジェクトを開始するにあたり事前調査として、まず、わが国高山帯で認められる気温上昇との関連が考えられる現象を文献や聞き取り調査などにより把握した。ここでは、プロジェ
クト実施中に把握した事象も加え、主なものを記す。なお、文献が示されていないものは聞き取り調査のみの結果であり、現時点までに関連22する文献が収集できていない。事前調査などの結果、亜高山性樹種の分布拡大による高山草原の減少（アポイ岳、北海道 20 ）, 21 ）；八ヶ岳、長野県）、わが国高山帯各所での春先のハイマツ針葉の枯れ 22 ）, 23 ）、高山植物の開花時期の早まり（北岳、山梨県 24）；尾瀬、群馬県 25））、オオバコなど低地性植物および動物の高山帯への進入・定着（白山、石川県 26）− 28））、高山蝶の羽化の早まり（大雪山、北海道 29 ））、オコジョの夏毛から冬毛への変化時期の遅れ（志賀高原、長野県 30））、多年性雪渓の縮小（白山、石川県 31））、高山植生の種組成の変化（光岳周辺、静岡県）などさまざまな事例が報告あるいは観察されていた。また、雪田植生の縮小なども危惧されていた。そこで、これらの現象の中から、いくつかを取り上げ野外調査を行い、現象把握を行うとともに気温あるいは消雪時期などの環境要因との関係を求めた。本稿では、高山植物の開花時期の早まりの例
として、北岳のみに生育するキタダケソウと尾瀬でのミズバショウの例、多年性雪渓の縮小の例として、白山での千蛇ケ池雪渓の例を示す。
わが国高山帯で観測された生物季節に関する情報を収集したところ、一連の「北岳キタダケソウ生育地保護区管理業務報告書」24）および「尾瀬の自然保護」25）を得た。キタダケソウについては、収集できた関連資料が少なかったため現地調査を行い、さらに、筑波実験植物園に開花標本として保存されていた個体の採取年月日とキタダケソウの開花期間が記されていた水野の論文 32）も参考にした。キタダケソウの満開日、ミズバショウの開花日それぞれの経年変化を図 3 および図 4 に示す。図 3 に示したキタダケソウ満開日の 1995 年以後のデータはほぼ同一場所での観察記録であるが、それ以前のデータについては詳細な場所についての情報がなく、 1995 年以前と以後のデータ間の比較は厳密には困難である。しかし、今得られているデータから、キタダケソウの満開日が早まってきていることが示唆された。図 4 に示した
ミズバショウの開花日は定点観測地での観察記録であり、その結果から、キタダケソウと同様にミズバショウの開花日が早まってきていることが示唆された。キタダケソウの満開日、ミズバショウの開花日それぞれについて環境要因との統計的関係を求めたところ、キタダケソウの満開日と富士山頂での消雪日とがおおよそ一致していた。また、ミズバショウの開花日は 4 月の月平均気温との間で比較的良い直線関係が得られた（データは示してない）。
白山の千蛇ケ池雪渓はわが国では数少ない多地球環境 Vol. 11 No. 1

21−26（2006）

年生雪渓の一つであり、白山の山稜西側、標高2,570 m付近に位置する。雪渓の年変化を把握するため、雪渓規模が最小となる降雪前の 10 月上旬に雪渓面積を測定した。また、伊藤文雄氏（福井大学）の協力を得て、 1981 年以降の雪渓面積の経年変化をまとめた（図 5）。調査期間の中で、面積の最大は 1981 年の 4 , 200 m 2 であり、最小は1998 年の 500 m2 であった。また、変化の傾向としては、 80 年代から 92 年までは減少傾向であり、それ以後は年により大きく変動しているが、総じて減少傾向にあると言える。

4 ．プロジェクト共通温暖化シナリオを用い
図3

図4

た影響リスク評価

キタダケソウ満開日の経年変化.

図中の○印は，一連の「キタダケソウ生育地保護区管理業務報告書」および野外調査により求めたキタダケソウの満開日であり，●印は，開花個体標本として筑波実験植物園に保存されていた個体の採取年
32)
月日および文献 に記されていたキタダケソウ開花期間の中央値を示す.

温暖化に対するわが国高山帯の脆弱性を明らかにするため、GCMをもとにスケールダウンした本プロジェクトでの共通温暖化シナリオ（以下、共通シナリオ；CCCM、CSIR、CCSR、MPKIを基にスケールダウンした 2 次メッシュの気象データ）と前節で得られた環境要因との関係を用いて、わが国の高山植生や雪田植生、キタダケソウの開花時期、白山の千蛇ケ池雪渓、低地性植物であるオオバコの生育高度などの変化について、 2100 年までを考察期間として計算し、温暖化リスクとした。本稿ではそれらの中から、北岳でのキタダケソウ満開日の影響リスクを示す（図 6）。計算手順を簡単に記すと、共通シナリオの富士山頂が含まれる 2 次メッシュの月毎の気温データなどを富士山頂での値となるよう高度補正し、さらに、井上・横山の報告 33）を参考に富士山頂での最深積雪

尾瀬でのミズバショウ開花日の経年変化.

図中の○印は，一連の「尾瀬の自然保護」に示されていたミズバショウの開花日を示す.

図6
図5

白山(石川県)の千蛇ケ池雪渓規模の経年変化.

図中の 印は、雪渓規模が最小となる 10 月上旬の面積を示す．データは，石川県白山自然保護センターの小川弘司氏から提供された.

キタダケソウ満開日の温暖化影響リスク.

キタダケソウの満開日は，GCM（CCCM，CSIR，CCSR，MPKI）からスケールダウンしたプロジェク
ト，共通温暖化シナリオの気象データと，キタダケソウ満開日と富士山頂での消雪日がほぼ一致するとの関係から，10 年毎に 2100 年まで計算した.

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名取：温暖化の高山植物への影響深を計算した。また、気象庁から既に公表されている富士山頂での最深積雪深と 5 月の月平均気温を用いて、消雪日を推定する重回帰式を求めた。
この重回帰式に、共通シナリオで与えられる 5 月の月平均気温と計算により求めた最深積雪深とを代入して富士山頂での消雪日を推定した。前節で得たキタダケソウの満開日と富士山頂での消雪日との関係から、富士山頂での消雪日をキタダケソウ満開日として影響リスク図を作成した（図 6）。
その結果、キタダケソウの満開日は徐々に早まり、2040 年では 4 つのシナリオの平均値で 6 月始めになると予測された。この満開日が 6 月始めになるということは、キタダケソウの調査を始めて満開日が最も早かった 1998 年とほぼ同じであった。

5 ．高山帯で使用できる小型で軽量な気象データなどの計測方法の確立
高山帯での地球温暖化の影響を考える際、観察される現象と気象要因との関係を明らかにすることは必要不可欠である。わが国高山帯の特徴として、標高のわりには冬季に風が強く雪が多いことが知られており、高山帯で観察される多くの現象は、気温ばかりでなく消雪時期など雪環境の影響を強く受けることも知られている。しかし、高山帯での気象データは公表されているものが限られている。公表されている限られたデータから、観察地での気温などはある程度推定可能であったが、特に消雪時期や積雪深などの雪環境は微地形などの影響を強く受けるため、公表されているデータから推定することが難しい場合が多い。そこで、自然条件が極めて厳しい高山帯で雪環境を把握するための無人・無電源で軽量な観測器・測定方法を試した。検討した結果、①リチウム電池を用いた 2 チャンネルの野外放置型温度計の温度センサーを高さを変えて設置し、 11 月始めから翌年の 6 〜 7 月まで 1 時間毎に温度を測定・記録し、その温度変化から、従来の 1 チャンネルによる方法に比べてより明確に消雪日を推定することができた。②雪融け時期に設置したインターバ
ル撮影機能付きのハーフサイズカメラを用い、72 日間（36 枚× 2）の無人撮影記録から消雪時期が推定できた。③日本の山岳では雪解け時期に入山できる観察地が限られるため、太陽パネルとデジタルカメラなどを組み合わせ、多少高価で重いという欠点はあるが、1 日 1 枚の頻度で撮影・記録し、記録媒体であるコンパクメモリーの容量 1 ギガで約 1 年間（現在 2 ギガまで市販されているの24で、この場合は約 2 年間）無人・無電源で画像を撮影・記録できるシステムを作成した。これらの画像記録システムは、消雪時期の推定ばかりでなく、高山植物の開花時期などの調査にも活用できた。
プロジェクト終了後、引き続き、積雪深を推定するため小型・軽量の雪圧計や風速計測システムの検討を続けている。さらに、撮影頻度が比較的高くデータの蓄積期間も比較的長いNOAAのデータを利用し、NDVI（正規化植生指数）画像から消雪時期を推定する方法も開発中である。

6 ．まとめ本プロジェクトでは、地球温暖化に対するわが国高山帯の脆弱性を明らかにするため、将来確実視されている地球温暖化による気温上昇の影響について検討した。その際、わが国高山帯を幅広く概観し、かつ共通シナリオで与えられる気象データが月平均値などに限られていることを考慮し、数少ない気象要因により検討した。例えば、キタダケソウの満開日については、最深積雪深と融雪期の月平均気温を用いて解析した。また、高山植生への影響を考察する際には、静的すぎるとの批判はあるものの 34）、高山植生と温量指数との関係を用いた。これらの結果や 3 章・4 章で得た他の結果も合わせて、わが国高山帯は、地球温暖化に対して極めて脆弱な地域であると結論した。
また、高山植生と温量指数、キタダケソウの満開日と富士山頂での消雪日、オオバコの分布上限と 7 月の月平均気温 30）など、対象とする現象と気温との関係が一律でないため、わが国高山帯での温暖化に伴う影響の現われ方が一様でないことが示唆された。今後、それぞれの検討項目について、気温上昇とのより詳細な関係の解析を行い、わが国高山帯での温暖化影響の現れ方をより明確にする必要がある。さらに、気候の乾燥・湿潤の簡易指標であるThornthwaiteの蒸発散位（Potential Evapotranspiration）が月平均気温から計算され 35）、降水量の変化に依存するものの、気温の上昇は乾燥傾向になることが想定されること、また、わが国高山帯での積雪深は気温ばかりでなく、微地形の影響を大きく受けることか
ら、気温の上昇ばかりでなく他の環境要因を取り入れた詳細な検討も必要であろう。その際には、取り入れた要因を高山帯で把握するための測定法の確立なども合わせて必要となる。
以上のプロジェクトの結果をもとに、温暖化影響モニタリングについて考える。わが国の高山帯

地球環境 Vol. 11 No. 1には明確な四季があり、この四季の変化は気温の変化に対応して現れる。すなわち、温暖化により気温が上昇した場合、わが国高山帯のほとんど全ての自然現象に多かれ少なかれ、温暖化の影響が現れると考えられる。しかし、得られた変化が温暖化の影響であると科学的に厳密に結論づける手法が今だ明確でないなどのため、温暖化影響モニタリングによる温暖化影響の把握はそれほど容易ではない。しかし、IPCCの第三次報告書では、「すでに、温暖化の影響が顕在化している」と結論付けている。現在のところ、このIPCCの手法が最も納得が得られる手法と考えている。その手法を短くまとめると以下のようになる。まず 20 世紀
後半の気温の上昇は、人為起源の変動要因と自然起源の変動要因の両方を考慮すると、観測されている気温変化データと最も合うということを踏まえた上で、①生物・物理システムの長期にわたる変化であり、②気温との関係が科学的に明確であり、その変化の方向が既知のメカニズムにより予測され、さらに、③様々な場所、または地域に一貫しているデータを収集し、結論づけている 3）。
わが国の富士山頂での年平均気温の変化は、世界の地上平均気温と同様に 1980 年以降気温の上昇が認められている。さらに、その傾向は、わが国高山帯でもほぼ同様であった。これらを踏まえたうえで、わが国高山帯で比較的長期間の変化が把握されており、さらに気温との関係が比較的明確な幾つかの事例の年変化を見る。まず、白山にある多年性雪渓である千蛇ケ池雪渓は、 80 年以後秋まで残っている雪渓面積が減少傾向であった。また、北岳におけるキタダケソウの満開日や尾瀬で春先早く開花するミズバショウの開花日が、近年、早くなっていることが示唆される。今後、このような気温との関係が比較的明確な指標の長期変化記録を数多くかつ幅広く得る必要がある。その際、これらの指標は微地形の影響を比較的受け易いため、定点観測地で観測されたデータが望ましい。
アポイ岳では、亜高山帯樹種などの近年の分布拡大に伴ない高山草原の減少が認められている。
また、温暖化に伴うこのような植生分布の変化を予測した文献も多い。しかし、植生分布の拡大と気温との関係はそれほど単純ではない。実際、一例として、わが国高山帯の下限となるハイマツ帯下限に関する北海道での研究から、ハイマツ帯下限が主に温度条件で説明可能であるとする文献 36）とできないという文献 37）が提出されている。また、植生と気候変化との解析において、現象の時間スケールや応答時間（例えば、気温がステップ変21−26（2006）化したとき、その変化に対応した平衡温度に達するまでの時間を表す指標、応答時間の 3 倍で初期温度と平衡温度と差の 95%になる）の重要性が指摘されており、一般的に個体から生態系へと階層システムの複雑さが増すにつれて、気候変化への応答時間が次第に大きくなると述べられている 34）。
温暖化影響モニタリングの視点から、対照とする
時間スケールは 100 年程度であるから、植生分布の変化は、この時間スケール内で検出が可能となる応答時間であることが必要である。今後、植生分布の変化と気温との関係を明確にする必要があり、その際、内嶋が指摘しているように 34）気候とのダイナミックな関係を取り入れた解析が必要であろう。そして、このような問題点が解決された
植生変化の事例は温暖化影響モニタリングの有効な指標と考えられる。
その他、3 章で示した春先のハイマツ針葉の枯れ、オコジョの夏毛から冬毛への変化時期の遅れ、高山植生の種組成の変化など、温暖化影響モニタリングに有効な指標と考えられるものの、現時点では気温上昇との関係が明確でなく、温暖化影響モニタリングの指標として十分な活用ができていない事例も多い。今後、これらについても気温との関係を明らかにし、温暖化影響モニタリング指標としての活用が期待される。
謝辞
最後に、国立科学博物館の門田裕一主任研究官には、筑波実験植物園に保管されていたキタダケソウの開花個体の標本を見せて頂きました。また、芦安山岳館の塩沢久仙氏、北岳山荘の猪俣健之介氏には、キタダケソウついての野外調査の際、様々なご尽力を頂きました。改めて、皆様にお礼を申し上げます。

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ク事務局.

23） ハイマツ枯れネットワーク（1998b）ハイマツ枯れ調査中間報告No 1 補，ハイマツ枯れネット

26（受付 2006 年 1 月 31 日、受理 2006 年 4 月 3 日）