物理・生態システムさらには
人間システムのつながりをモデルで描く
Development of models for simulating linkages among physical, ecological, and human systems
高橋

潔
1＊

1＊

・三枝 信子 ・及川 武久 ・河宮 未知生 ・羽島 知洋 ・5
5
6
山中 康裕 ・平田 貴文 ・阿部 彩子
2

3

2

4

3

4

4

4

Kiyoshi TAKAHASHI , Nobuko SAIGUSA , Takehisa OIKAWA , Michio KAWAMIYA , Tomohiro HAJIMA ,5
5
6
Yasuhiro YAMANAKA , Takafumi HIRATA and Ayako ABE-OUCHI
国立環境研究所 社会環境システム研究センター
2
国立環境研究所 地球環境研究センター
3
筑波大学 名誉教授
4
海洋研究開発機構 統合的気候変動予測研究分野
5
北海道大学 大学院地球環境科学研究院
6東京大学 大気海洋研究所
1Center for Social and Environmental Systems Research, National Institute for Environmental Studies
2
Center for Global Environmental Research, National Institute for Environmental Studies
3
Professor Emeritus, University of Tsukuba
4
Department of Integrated Climate Change Projection Research, Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology
5
Faculty of Environmental Earth Science, Hokkaido University
6
Atmosphere and Ocean Research Institute, The University of Tokyo
1

摘

要

IGBP コアプロジェクトの 1 つである AIMES は，システムを構成する個別要素の挙動理解やモデル化を基礎としつつ，その個別要素に関する理解を統合化して相互作用を考慮することで，要素別には捉えられない挙動まで扱う地球システム科学の推進に取り組んできた。本稿の目的は，AIMES 及びその前身プロジェクトの活動概要について，特に連携して実施されたモデル比較評価研究群に焦点を当てて紹介するとともに，今後の展開について論ずることである。AIMES の活動は，近年，社会経済モデ
ルと地球システムモデルの統合など，自然科学と人文社会科学の連携をより明確に志向してきている。その連携は，我々人類がかつてなく大規模に地球システムに作用し負荷を与え，その結果としてさまざまな問題が生じつつあることを強く懸念し，その問題の解決・管理のために必須であるがゆえに，志向されるものである。

キーワード：学際研究，気候変化，地球圏－生物圏国際協同研究計画，

地球システムの解析・統合・モデリング，地球システムモデル

Key words：transdisciplinary research, climatic change, earth system model,
AIMES, IGBP

1．はじめに私たちが住むこの地球は，陸，海，大気，生物，
人間といった多様な要素から構成されている。また
時間・空間的なスケールの観点からも，多様な規模の事象が混在している。伝統的な分野別研究は，対象とする時間・空間を区切ったうえで，各々の要素について，その性質やメカニズムに関する科学的理解を拡充・深化させてきた。一方，現実の地球においては，各要素・事象は必ずしも独立して存在する
ものではなく，相互作用がそこかしこで見られ，また，要素間の線引きも往々にして曖昧である。また，異なる時空間スケールで生ずる事象間の相互作用が決定的に重要となる場面もある。特に気候変動問題に代表される地球規模の環境問題への科学的知
見の活用を目指す場合などは，過度に問題を単純化
し，要素間の相互作用や異なる時空間スケールの事
象の相互作用を無視しては，現実の問題解決に資することができないことが多い。
IGBP（International Geosphere-Biosphere Programme：
地球圏－生物圏国際協同研究計画）の 8 つのコアプロ
ジェクトの 1 つである AIMES（Anal-ysis, Integration

受付；2015 年 3 月 30 日，受理：2015 年 8 月 17 日＊
〒 305 - 8506 茨城県つくば市小野川 16 - 2，e-mail：ktakaha@nies.go.jp
2015 AIRIES

135

高橋ほか：物理・生態・人間システムのつながりのモデル化

and Modeling of the Earth System：地球システムの解析・統合・モデリング）は，システムを構成する要素の個別の挙動の理解やモデル化を基礎に持ちつ
つ，その個別要素に関する理解を統合化して相互作用を考慮することで，要素別には捉えられない挙動まで積極的に扱う地球システム科学の推進を支持し，そのための研究コーディネーションの実施を役1）割としている 。
IPCC（Intergovernmental Panel on Climate Change：
気候変動に関する政府間パネル）第 5 次評価報告書
2）
第 1 作業部会報告書（2013 年 9 月公表）で評価された最近の気候モデルには，大気・海洋システムにおける現象の物理学的な記述にとどまらず，陸域・海洋システムにおける炭素循環に係る現象の生物学的な記述まで結合したもの（地球システムモデル）も多く含まれている。AIMES はその前身の IGBP コアプ
ロジェクトの GAIM（Global Analysis, Interpretationand Modeling：地球変動の解析・解釈・モデリン
グ ）の 頃 よ り，OCMIP（Ocean Carbon-Cycle Model
Intercomparison Project：海洋炭素循環モデル相互比
較プロジェクト），TRANSCOM（Atmospheric Tracer
Transport Model Intercomparison Project：大気輸送
モデル相互比較プロジェクト），VEMAP（Vegetation/
Ecosystem Modeling and Analysis Project：植生 / 生態系のモデル化・分析プロジェクト），CCMLP（CarbonCycle Model Linkage Project：炭素循環モデル結合プ
ロジェクト）といった炭素循環の構成要素に関する国際研究協力やモデル相互比較のコーディネーション
を通じて，気候モデルの進歩の土台構築に努めてきた。それらの活動は，気候モデルから地球システム
モデルへの発展の流れを導くものであった。
さらに GAIM の活動が AIMES に引き継がれて以降，近年には，化石燃料燃焼による人為的な気候変化が典型例であるように，人間活動による自然シス
テムへの干渉を考慮せずには，大気・陸域・海洋等の自然システムの振る舞いを十分に説明できないとの認識が一般的になった。人間活動，並びにそれが自然システムに及ぼす影響について，これをシステ
ムの外側で生じて自然システム・地球システムに作用する外力として扱うのではなく，地球システムを構成する一要素として扱おうとする視点・試みもあらわれつつある。それはまた，自然科学と人文・社
会科学の連携・協働を含む，伝統的な学問分野を横断した新たな学問の在り方を求める動きでもある。
近年の AIMES の活動でも，自然システムと人間シ
ステムの相互作用の理解に取り組むものが増えてきた。例えば AIMES に位置づけられた国際的研究活
動の 1 つである IHOPE（Integrated History of People
3）
on Earth：統合人類史プロジェクト）は，考古学的データ，古環境データ，人類学的データを駆使することで，古代における自然・人間の統合システムの長期変遷について理解することを目指している。す136

なわち，人間システムと自然システムの共進化の過程をより良く理解し，さらにはその実証的理解をふ
まえ，将来における人間システムと自然システムの在り方を論ずるための素材とすることを目指している。また，地球システムモデルにおける人間システ
ム・人間活動の扱いに関していえば，IPCC 第 5 次
評価報告書に向けた気候モデル・地球システムモデ
ルによるシナリオ分析の支援・促進にも取り組んだ。具体的には，気候モデル研究コミュニティーである WCRP（World Climate Research Programme：世界 気 候 研 究 計 画 ）中 の WGCM（Working Group on
Coupled Modeling：結合モデル作業部会）と社会経
済・排出シナリオを扱う統合評価モデル研究コミュニティーである IAMC
（Integrated Assessment Modeling
Consortium：統合評価モデルコンソーシアム）との協力を通じて，土地被覆・土地利用シナリオを含む温室効果ガス濃度・排出シナリオである RCP（Representative Concentration Pathways：代表的濃4）度経路）の開発に貢献した。
以上のように，前身の GAIM から数えると 23 年にわたる AIMES の活動はダイナミックな変遷を辿りつつ多岐に渡っている。本稿の目的は，IGBP が
その 23 年の活動を経て 2016 年より Future Earth に収れん・移行されることを受け，これまでの GAIM
～AIMES の活動の概要を紹介するとともに，さらに今後の道筋について示すものである。第 2 章では，AIMES の前身にあたる GAIM の概要を，特に，関連して実施された我が国でのさまざまな取組に重点を置いて整理する。次に第 3 章・第 4 章では，多岐にわたる GAIM～AIMES の活動のうち，我が国の研究チームが特に重要な役割を担った C4MIP（Coupled
Climate Carbon Cycle model intercomparison project：
炭素循環気候結合モデル相互比較プロジェクト）とMAREMIP（Marine Ecosystem Model Intercomparison
Project：海洋生態系モデル相互比較プロジェクト）
について，それぞれの活動の概要と主たる研究成果を紹介する。最後に第 5 章では，AIMES の近況について述べるとともに，今後に目を向け，地球環境変化により生ずるリスクに直面する人間社会に対して，その社会が求める科学的知見を提供することを目的とする国際科学協力 Future Earth における，
AIMES の位置づけ・目標について整理する。
2．GAIMGAIM は，1993 年に活動を開始し 2004 年に終了した IGBP 第Ⅰ期のコアプロジェクトである。GAIMの主な目的は，地球システムの複雑なプロセスを数値計算の手法によって統合することにより，変動する地球環境について，過去から現在に至る現象を把握し，将来を予測するための総合的な理解を得ることである。GAIM は，IGBP 第Ⅰ期の他のコアプロ

地球環境 Vol.20 No.2

ジェクトとは異なり，地球を構成する大気や海洋や陸域植生といった要素のプロセスそのものを研究す
るのではなく，それぞれの分野で蓄積された知見や手法（モデル）を統合し，地球規模での生物地球化学
循環の動態を把握することを目指して設立された。
日本では，学術会議が 1992 年 2 月に第 1 回 IGBP
国内会議を開催した。当初，学術会議においては
IGBP に 7 つの研究領域が設けられ，その第 4 領域
として GAIM が発足した。第 1 回 IGBP 国内会議の全体会議の後で，研究領域ごとに分かれて今後の活動について論議を行った。GAIM には，領域別会議
では 2 番目に多い 34 名の参加者があった。この場
で及川武久（当時は筑波大学）が委員長となり，木田秀次（当時は気象研究所；以下個人名について敬称を略する）が事務局を担当することが決まった。しかし，その場に集まった 34 名の方はお互いにほとんど面識がなく，それぞれがこれまでにどのような研究を進められてきたのかも全くわからなかった。
そこでまず取り組むべきことは相互理解を深めることであるという趣旨により，GAIM 研究会と称する勉強会を 1992 年 5 月 29 日に初めて気象庁気象研究所（つくば市）
で開催した。このとき，研究会の講演
要旨を中心とした GAIM 通信（第 1 号）
を 1992 年 8 月に発行して，関連の研究者に送付した。
その後，GAIM 研究会の開催と GAIM 通信の発行
を年 2 回のペースで 2003 年 6 月発行の第 26 号まで続けた。同時に，IGBP の基本的な目的である地球圏と生物圏の相互作用の解明に向けて本格的な研究を立ち上げるため，文部科学省の科学研究費の獲得に臨んだ。その結果，基盤研究 A として，小島 覚（当時は富山大学）「カルシウム動態から見た環境変動が陸域生態系に及ぼす影響の予測（1996～1998 年
度）
」
，末田達彦
（当時は名古屋大学）「地球環境資源としての地表植生の広域測定とその機能評価システ
ムの開発（1996～1998 年度）」，木田（当時は京都大学）「CO2 －気候－植生の結合システムに関する基礎的研究（1998～2000 年度）」，及川（当時は筑波大学）「各種
陸上生態系における炭素・水・熱フラックスの相互関係の微気象生態学的解析（2001～2004 年度）」の 4
件の課題が順次採択され，GAIM 研究会で論議してきた研究を実施に移すことが出来た。
さらに，環境省の環境研究総合推進費の課題として GAIM 関連のプロジェクトが採択され，研究推進の大きな支えとなった。特に 2002 年度に開始した戦略課題「S-1: 21 世紀の炭素管理に向けたアジア陸域
生態系の統合的炭素収支研究」（以降，S - 1 プロジェ
クト）
では，及川がプロジェクトリーダーを務めるとともに，GAIM 研究会で活動を共にしてきた多くのメンバーが研究に参画した。5 年間にわたる S- 1 プ
ロジェクトにおいて，アジア陸域における熱・水・
二酸化炭素収支の観測ネットワークの構築と本格的な多点比較研究の開始，熱帯からシベリア北方林を

135−142（2015）

カバーするアジア各地の生態系における地上観測－
衛星観測－プロセスモデルの統合と広域評価手法の比較検証などの研究が拡大し，2007 年 3 月に多くの成果をまとめて終了することが出来た。しかし，我々にとっての最大の痛恨事は，アドバイザリー
ボードメンバーとして常に深い洞察力に基づく示唆を与えた木田秀次が，S- 1 プロジェクト終了目前の2006 年 11 月に逝去したことである。S- 1 プロジェ
クトが始まったのも木田とともに進めてきた GAIM
研究会によって啓発された研究者の発想と熱意が評価されたからに違いなく，木田を失ったことは誠に残念でならない。なお，S- 1 プロジェクトで得られた研究成果を中心に「陸域生態系の炭素動態」（及川5）
武久・山本 晋 編）が 2013 年 2 月に出版されている。
IGBP 第 1 期の終了とともに GAIM 研究会もその活動を終了することとなったが，地球圏－生物圏の諸問題に関わるさまざまな分野の研究者が自由に集まって情報交換と議論を行う場の必要性はますます高まっていた。そこで，GAIM 研究会の後継として，馬淵和雄（当時は気象研究所）を委員長として日本気象学会に「統合的陸域圏研究連絡会」を立ち上げ，第 1 回連絡会を 2006 年日本気象学会秋季大会に併せて名古屋市にて開催した。同連絡会は，現在もおよそ年 1 回のペースで開催され，分野を越えた研究者の交流と議論の場を提供し続けている。
3．C4MIP
C4MIP は，人間活動の影響下における気候－炭素
循環相互作用のメカニズム解明を主たる目的として，AIMES（旧 GAIM）と WCRP-WGCM のジョイント研究として 1998 年に提案されたプロジェクトであ6）る 。研究アプローチは，気候－炭素循環モデル（のちに地球システムモデルと呼ばれることになる）を用いた数値計算と，その結果のマルチモデル比較である。AIMES は本来，観測データ解析や数値計算モデルを駆使し，人間活動－生物地球化学過程－気候からなる地球システムの，過去・現在・未来にわたるそのダイナミクスをより深く定量的に理解することをミッションとしている。これを達成するた
め，数値計算モデルに関する AIMES のプロジェク
トプランは，1）まず地球のサブシステムである陸域や海洋における生態系 / 生物地球化学過程のモデル開発推進とそのモデル間相互比較による検証を行い，
2）その上で気候モデルと生物地球化学モデルを統合化した地球システムモデルの開発を推進しそのモデル間相互比較を行う，というものであった。冒頭にも述べた OCMIP，TRANSCOM，VEMAP といった要素モデルに相当するモデル比較プロジェクトは 1）に該当し，C4MIP は，2）に該当する。
C4MIP の変遷を示すため，ここでは時系列に沿って C4MIP-（1），C4MIP-（2），C4MIP-（3）と便宜的に137

高橋ほか：物理・生態・人間システムのつながりのモデル化区別する。まず C4MIP（1）は，2000 年前後の IPCC
第 4 次報告書に向けた科学的準備が進められていた7）時期に相当する。この頃，Cox et al.
（2000）の気候－
炭素循環モデルを用いた数値計算研究を皮切りに，世界各国でこのようなモデルが開発され始めている。日本では，文部科学省による「人・自然・共生
プロジェクト（2002～2006 年）」において，同様のモデル開発が行われている。C4MIP（1）は，AIMES とWGCM のジョイント研究として設立されたが，コアプロジェクトとして AIMES 主導でプロジェクト推進が図られてきた。この C4MIP の初期の研究成8）
果は Friedlingstein et al.
（2006）としてまとめられており，「気候－炭素循環の相互作用は，人為 CO2 排
出によって生じる温暖化に拍車をかける」ということをマルチモデルの結果から示した。この研究成果は，今日でもマイルストーン的研究として多数引用されており，「気候－炭素循環を数値計算により統一的に理解する」という AIMES の使命の一部を達成したものであった。なおこの頃，気候モデルのモデル
間相互比較プロジェクト CMIP3（phase 3 of Coupled
Model Intercomparison Project：第 3 期結合モデル相互比較プロジェクト）
が WCRP-WGCM 主導で進められていたが，モデル比較というスタイルや対象とする時期（産業革命以降～未来）以外，特に C4MIP とCMIP3 で共通化された部分はなく，これら 2 つのMIP はほぼ独立した形で実施されている。
C4MIP（2）は，2007 年頃から始まった，IPCC 第 5
次報告書に向けたフェーズのものである。この頃，
WCRP-WGCM では CMIP3 を継ぐプロジェクトとして CMIP5（第 5 期結合モデル相互比較プロジェクト）が準備され始めたが，この時期の C4MIP は AIMESのコアプロジェクトとしての目標・理念を保持しながら，実際の活動の場をこの WGCM-CMIP5 内に次9）第に移行していっている 。具体的には，C4MIP によって行われていた地球システムモデルの相互比較実験が，CMIP5 の中に正式に位置づけられた。また
その数値計算の結果は，Earth System Grid という一元化されたデータ管理システム下で管理・Web 公開されており，その計算結果が広く利用可能になった。このような C4MIP 実施体制の移行と CMIP との融合化が進んだ結果，モデル間相互比較による気候－炭素循環研究の論文成果は C4MIP（1）を越えるものとなり，10 本以上の C4MIP 関連論文が Journalof Climate の C4MIP 特集号で取り上げられるとともに，同特集号以外にも多数の論文が公表された。
C4MIP（1）が，「数値計算モデル中での気候と生物地
球化学プロセスの統合化」が果たされたフェーズと位置付けられるならば，C4MIP（2）は，1）プロジェ
クト実施体制，2）実験規約，3）出力結果のシェアリ
ング，4）
科学成果の普及，といったさまざまなレベ
ルで，気候と炭素循環研究の統合化・融合化が進められたフェーズであると位置づけられるかもしれな138い。この頃，日本では文部科学省による「21 世紀気候変動予測革新プログラム（2007-2011 年）」が実施されたが，サブ課題「地球システムモデルを用いた
長期気候変動予測」において，C4MIP への参加・貢献が行われている。
C4MIP（2）では，AIMES-C4MIP と WGCM-CMIPの研究体制での統合化 / 融合化が促進された時期であると述べたが，C4MIP（2）が CMIP5 の枠組みにうまく収まるためには，それなりの仕組み作りが必要であった。例えば，モデル間相互比較で実施する数
値実験の種類は多岐にわたるが，そのうち核となる実験群は，気候モデルや地球システムモデルといったモデルタイプに依らない不可欠なもの（例えば基本的な感度実験や産業革命以降の過去再現実験など）で構成され，気候モデルと地球システムモデルが比較しやすい環境が整えられた（C4MIP（1）で実施されたような気候－炭素循環に関わる感度実験は，地球
システムモデルに固有の実験群として別途設定された）。他にも，CO2 濃度を予報することが可能な地球システムモデルに対し，あえて CO2 “排出量” ではなく “濃度” を与えることにより，気候モデルと地球
システムモデルという 2 つの異なるモデルの計算結果を比較しやすくさせる，という試みもなされている（もちろん CO2 排出量をモデルに与え，CO2 濃度と気候変動の予測を行う方式の数値実験も多数実施
10）。これらされている：詳しくは羽島（2014） を参照）
実験規約上の工夫があってはじめて，このようなAIMES と WGCM の深い連携が達成出来たと言えよう。
8）
C4MIP-（2）では，Friedlingstein et al.（2006） のような気候－炭素循環相互作用に注目した研究成果も得られたが，目新しい取り組み / 研究成果の 1 つとして，「土地利用変化」に関するモデル開発・研究11）がある（例えば Brovkin et al.（2013） ; Friedlingstein
12）。C4MIP（2）に参加したいくつかのモ
et al.
（2013） ）デルには，C4MIP-（1）にはなかった「土地利用変化という人間活動を介した炭素循環への攪乱過程」がモデル内に明示的に取り込まれており，人間活動と地球環境の関わりをより詳細にモデル内で扱えるよ
うになっている。AIMES が掲げる使命の重要なポイントとして「人間活動の影響」という点が挙げられるが，モデルもそれを反映した，より包括的かつ統合的なものへと発展してきている。
C4MIP-（3）は，まさに取組が始まった段階のもの
であり，IPCC の第 6 次報告書に向けたフェーズにあたる。C4MIP-（2）のように，C4MIP-（3）の体制もまた CMIP6（第 6 期結合モデル相互比較プロジェク
ト）の一環として位置づけられそうな見込みである
が，事情は少々異なる。まず CMIP6 では，以下の7 つの科学的「Grand Challenge」項目を掲げてい13）る ：1）雲－大気海洋大循環－気候感度，2）雪氷圏
変化，3）極端現象，4）地域スケールの気候，5）地域

地球環境 Vol.20 No.2

スケールの海面上昇，6）水利用可能性，そして，7）
生物地球化学的な影響およびフィードバック，である。そして最後の 7 番目の項目が，AIMES - WGCMのジョイント研究として位置づけられている。ただし，この項目に対して C4MIP がそのまま当てはま
るわけではない。そもそも CMIP6 は，Diagnostic,
Evaluation and Characterization of Klima（DECK）と呼ばれる基本的な感度実験と過去の再現実験を核とした必要最低限の実験群を設定しており，それ以外の科学的関心が高い研究内容に関しては，「研究提案－
参加研究機関の確保－CMIP6 からの承認」を経ることによって，正式な CMIP6 研究の一部として承認（endorsed）
される。C4MIP も例外ではなく，2015 年
3 月現在，この承認に向けた活動が行われているところである。その他，AIMES- WGCM ジョイント研究に関連しそうな研究提案として LUMIP（Land-Use
Model Intercomparison Project：土地利用モデル相互比較プロジェクト）が挙げられるが，その状況は
C4MIP と同様である。もちろん，気候－炭素循環の相互作用とそれによって生じる今後の地球環境の変動に関しては依然，強い科学的関心が持たれており，
またその予測不確実性も大きいことから，C4MIP がCMIP6 の一環として位置づけられるのはほぼ間違いなさそうである。
IGBP は今後，Future Earth の枠組みの中に完全に移行し，AIMES は Future Earth のプロジェクトとして位置づけられる。そこではこれまでと同様，
統合的な地球システムモデルの構築とそれを用いた
地球環境変動のメカニズム解明，過去から未来を通した人間活動との関係解明が，重要なミッションであり続けるはずである。一方で WCRP-WGCM も，
その組織体制を維持しながら Future Earth と強いパートナーシップを結び，その中で CMIP も継続的に実施されていくようである。特に，DECK という軸を設けつつ時代背景に応じた優先的研究課題を「Satellite MIP」として柔軟に設定することにより，
DECK に「過去と将来の MIP 間の橋渡し」を行わせる役割を担わせ，より継続的な取り組みを目指しているようである。この中で，C4MIP そのものが今後も継続されるかどうかは不明ではあるが，AIMES の使命を受けたなんらかの AIMES- WGCM ジョイント研究が，今後も CMIP の中で重要な位置づけであり続けることは間違いないであろう。
4．MAREMIP
MAREMIP は，OCMIP の流れを受けて派生した，海洋大循環モデルを用いた生物地球化学モデルに海洋低次生態系モデルを組み込んだ海洋モデルの15）
開発努力として，Dynamic Green Ocean Models を開発する有志により 2007 年に発足した国際モデル比較プロジェクトである。日本からは 2009～2013 年
14）

135−142（2015）

までに山中康裕らが共同議長および平田貴文が事務局長を務めるなど，日本の研究者も主要な貢献をしている。現在は，米・瑞・日・仏・英・独・南アなどを含む世界の科学者が参加している。
MAREMIP で開発・比較されているモデルでは，炭素循環に加え，窒素，カルシウム，鉄，などの多数の生物地球化学物質の循環がモデル化されている場合が多く，これらの物質循環に対する低次浮遊生態系群集の寄与・応答に関する科学的知見の獲得を念頭においている。特に，この寄与を生物地球化学
的な機能（Plankton Functional Type, PFT）と定義し，同一分類群内（例：植物プランクトン）で少なくとも2 群以上にわたる群集が明示的に表現されているモデルを MAREMIP では扱っている。このため，
MAREMIP に参加しているモデルは，PFT モデルとも呼ばれている。PFT モデルでは，扱う群集ごとに生理的特性に加えて生態的特性も表現される。よって，生理特性の違いによる同一分類群内における生存競争に加え，複数の異なる分類群・群集間での食物鎖（したがって食物網）も同時に表現するモデルとなっている。MAREMIP に参加するモデルは全て全球モデルであり，近年では地球システムモデルに組み込まれる例も少なくない。
MAREMIP の活動として，低次浮遊生態系の過去再現を目的とした Phase 0 と将来予測を目的としたPhase 1 が挙げられる。Phase 0 では，MAREMIP 発足初期から参加する主要モデル間で，植物プランク
トン群集間の競合の解析が行われた。特に，生物ポンプに重要な役割を果たしていると考えられている珪藻の全植物プランクトンに対する優占度が，春季
ブルームの強さに反映されていることがどのモデルでも共通して示される一方，その結論に導く主要メ
カニズムはモデルごとに異なる事が示され，気候変動下での海洋低次生態系の応答はモデルごとに異な16）ることが予測された 。また，植物プランクトンと動物プランクトン間の捕食関係といった食物網のダ
イナミクスはモデル間で多彩である一方，モデル間の違いは主に動物プランクトンの餌選択性に起因す
17）
るところが大きいことも示された 。特に，モデルにおいて植物プランクトンの動態と同様のレベルで動物プランクトンの動態を再現するには，鍵となるパラメータを現場・分析実験などでより良く定量化する必要がある一方で，捕食・被食関係そのものの知見の改善の必要性も示唆されている。
MAREMIP は，そのタイトルどおりにモデルの相互比較が主要目的ではあるものの，Phase 0 では，モデル開発そのものや現場データセットの編纂，人材交流や育成も目標として掲げてきた。特に，いく
つかの低次生態系内の分類群・群集の生物量などの現場データを全球でグリッド化したデータセット
18）「MAREDAT」 を，オープンジャーナルで刊行することを先導した。MAREMIP は，モデリングコミュ
139高橋ほか：物理・生態・人間システムのつながりのモデル化

ニティーのみならず，観測コミュニティーとの協働も行い成果を収めている。
現在，MAREMIP は Phase 1 への移行期にあり，
共通シナリオとして代表的濃度経路 RCP8.5 を用いた将来予測実験も行われている。2000 年から 2100 年までの海洋基礎生産を比較した最新の結果によれば，全てのモデルは高緯度で基礎生産は増加するという結果を得た。一方で，多くのモデルは，低緯度において，今後 2100 年までに海洋の基礎生産は減
少すると予測しているが，無視できない数のモデル
19）が現状と変わらないとも予測している 。また，低緯度で基礎生産が将来減少するとした予測モデルの間でも，その結論へ至る根拠はさまざまである。結果として，海洋の基礎生産の将来予測は大きな不確実性を有するが，この改善には自然現象のメカニズ
ムの理解が重要であり，今後モデルの開発・改良に一層の努力が払われるべきことが示された。
以上のように，MAREMIP 内においても，現状では海洋低次生態系変動の知見に関する統一見解が得られているわけではない。にもかかわらず，MAREMIPへの期待は大きい。MAREMIP モデルは，前述のよ
うに物理モデルを源とし炭素循環モデルに上乗せする形で種々の生物地球化学物質を扱い，かつ，これまでは単純化されていた低次生態系における分類群
をより現実に沿うように複雑化しているため，気候・地球システムモデルが発展・複雑化する上で，MAREMIP モデルの発展は，そのねらいに即している。また，海洋の低次生態系や環境変動に大きく依存すると考えられる高次生態系（例：水産魚種）の資源量推定などいった研究領域へ，気候・地球システ
ムモデルが利用できる可能性を生み出し，結果として食料問題や水産経済といった社会経済モデルとの結合へ糸口を生み出すかもしれない。さらに，人類にとって安全な惑星空間を保つ上で生物多様性の損
20）
失が危機にさらされていると指摘されている中 ，
ほとんどの MAREMIP モデルでは PFT の分類数が同一分類群内で 2～3 群集と多くない一方で（ただし，5 群集を扱ったものもある），MAREMIP モデル
で表現される分類群や群集の数を究極的に増やすことで，海洋の生物多様性を表現するモデルが多数開発される時代がくるかもしれない。結果として，持続的人間社会への道筋の提供を未来像とする IGBPのコアプロジェクトの 1 つである AIMES が，地球システムモデルと社会経済モデルの統合を目指す中に，MAREMIP の幅広い可能性が秘められている。
5．AIMES の最近の活動状況と今後
第 2～4 章で述べたように，GAIM～AIMES を特徴づけた主活動は，地球システムを構成する諸要素のモデルの相互比較であり，またその知見の統合的な地球システムモデルへの反映であった。さらに，
140

近年，社会経済モデルと地球システムモデルの統合など，自然科学と人文社会科学の連携をより明確に志向してきている。その連携は，単にこの複雑な世界をより詳しく正確に理解しモデル化すること自体を目的としたものではない。我々人類がかつてなく大規模に地球システムに作用し負荷を与え，その結果としてさまざまな問題が生じつつあることを強く懸念し，その問題の解決・管理のために必須であるがゆえにその連携を志向している。
これまで一定の成果を挙げてきた IGBP はその役割に区切りをつけ，今後は DIVERSITAS（ラテン語の「diversity」，International Programme of Biodiversity
Science：生物多様性科学国際共同計画），IHDP（International Human Dimensions Programme on Global
Environmental Change：地球環境変化の人間的側面
国際研究計画）等と共に Future Earth の旗印の下，「持続的な世界に向けた変革の加速化への支援」という明確な社会的使命を伴って研究の発展に努める。
この大きな潮流に対し，近年の AIMES の方向性は整合的に位置づけられうるものである。事実，Future
Earth の枠組みの中で，AIMES は人新世における人間と自然環境の相互作用の理解とモデル化を重要課題として掲げ，取り組む意思表示をしている。特に焦点をあてる個別の活動としては，自然物理と社会経済に関する一貫性のあるデータの取得と整備（Merton Initiative），過去における人間－環境の相互作用の実例から教訓・知識を見出す取組（IHOPE），
人間を内部の要素として扱う複雑系としての地球シ
ステムのモデリングである。主要な包括的テーマとしては，人間－環境の相互作用の典型例たる土地利
用変化，ならびに地球システムの臨界的遷移（tipping
points）の理解・予測を掲げている。
また，2014 年 8 月，Future Earth は米国 NSF（National Science Foundation：国立科学財団）の支援を受け，現行の GEC
（Global Environmental Change：地球環境変化）プロジェクトが取り組む研究領域をふまえ，統合的活動に弾みを付け，分野横断的な協力を強化することを意図して，8 つの FTI（Fast Track
Initiative：ファスト・トラック・イニシアティブ）を選び示した。そのうちの 1 つ「土地利用ならびに生物多様性の変化を予測・管理するための地球システ
ムモデルと社会経済モデルの結合」は，特に AIMESのリーダーシップの下での推進が期待される課題である。人間－環境システムを統合的にモデル化する能力並びにアプローチの大幅な進歩をめざし，地球システム，生物多様性，社会・経済の各科学分野におけるモデルコミュニティの連携を促進することが，具体的取組として掲げられている。AIMES 自体は国際的な研究コーディネーションを通じて本件に取り組むことになるが，対応する形で，我が国においても斬新かつ有用な研究の展開が出来るように，多分野の連携促進の仕組みを整備していくことが求地球環境 Vol.20 No.2

められるであろう。

135−142（2015）

intercomparison. Journal of Climate, 19, 3337 - 3353.
9）Taylor, K. E., R. J. Stouffer and G. A. Meehl（2012）

謝辞

An overview of CMIP5 and the experiment design.
Bulletin of the American Meteorological Society, 93,

本研究は，環境省環境研究総合推進費 S-10「地球規模の気候変動リスク管理戦略の構築に関する総合的研究」ならびに文部科学省「気候変動リスク情報
創生プログラム」の研究助成によって行われた。また，伊藤昭彦博士には，執筆にあたり多くのアドバ
イスを頂いた。ここに記して謝意を示す。

485 - 498.
10）羽島知洋（2014）気候変動（WG1）－炭素循環および累積炭素排出量に対する気候の過渡的応答．環境情
報科学，43（3）, 14 - 20.
11）Brovkin, V., L. Boysen, V. K. Arora, J. P. Boisier,P. Cadule, L. Chini, M. Claussen, P. Friedlingstein,
V. Gayler, B. J. J. M. van den Hurk, G. C. Hurtt,

引用文献

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Fifth Assessment Report of the Intergovernmental

12）Friedlingstein, P., M. Meinshausen, V. K. Arora,

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C. D. Jones, A. Anav, S. K. Liddicoat and R. Knutti

Press.

（2014）Uncertainties in CMIP5 climate projections3）Costanza, R., S. van der Leeuw, K. Hibbard, S.
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13）Meehl, G. A., R. Moss, K. E. Taylor, V. Eyring, R. J.

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Stouffer, S. Bony and B. Stevens （2014） Climate

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95（9）, 77.
14）Orr, J. C., V. J. Fabry, O. Aumont, L. Bopp, S. C. Doney,4）van Vuuren, D. P., J. Edmonds, M. Kainuma, K. Riahi,

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5）及川武久・山本 晋（編）（2013）陸域生態系の炭素動Anthropogenic ocean acidification over the twenty-

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first century and its impact on calcifying organisms.

術出版会．

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6）AIMES （2010） Science Plan and Implementation

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feedback analysis: results from the C4MIP model

17）Sailley, S., M. Vogt, S. C. Doney, M. Noguchi-Aita,

and

N.

141

高橋ほか：物理・生態・人間システムのつながりのモデル化

L. Bopp, E. Buitenhuis, T. Hashioka, I. Lima,

19）Laufkötter, C., M. Vogt, N. Gruber, M. Aita-Noguchi,

C. Le Quéré and Y. Yamanaka（2013）Comparing foodO. Aumont, L. Bopp, E. Buitenhus, S. C. Doney,

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5, 227 - 239.

M. Scheffer, C. Folke, H. J. Schellnhuber, B. Nykvist,
C. A. de Wit, T. Hughes, S. van der Leeuw, H. Rodhe,
S. Sörlin, P. K. Synder, R. Costanza, U. Svedin,

高橋潔／Kiyoshi TAKAHASHI

博士（工学）。専門は環境システムモデ
リング。1996 年に国立環境研究所に入所し，以降，統合評価モデル AIM（AsiaPacific Integrated Model）の 開 発 に 携 わり，地球規模の影響評価モデル開発を担当してきた。最近は気候モデル研究との連携を通じた，全球規模の気候リスク管理の研究を中心課題としている。IPCC 第 4 次・第 5 次評価報告書で代表執筆者を担当。また，本稿紹介の AIMES に関しては，2013 年より現在まで，科学運営委員を担当。

三枝

信子／Nobuko SAIGUSA

博士（理学）。専門は陸域生態系の炭素循環。1996 年に当時の通産省・資源環境
技術総合研究所に入所し，以降，森林による大気中二酸化炭素の吸収に関する観測研究を担当。2008 年に国立環境研究所に移動し，アジアの各種生態系における観測ネットワーク構築や陸域炭素収支の広域評価に取り組んでいる。IGBP の活動に関しては，第 I 期に GAIM の国内小委員会委員，第 II 期に iLEAPS 科学運営委員などを担当。

及川武久／Takehisa OIKAWA

理学博士。専門は地球生態学。生態系の動態について物質生産を基礎とした生態系モデルで熱帯多雨林の動態を再現する（1990）。それ以降，森林に加えて草原も対象としたモデルも作成し，草原の現存量は森林に比べて遙かに小さいものの，植物生産力は逆に大きいことを示す。その理由は草は樹木のような幹や枝といった非生産器官が少ないために，呼吸消耗が小さいからである，という新説を唱えている。この原理で，グローバルの植生分布の大枠も決まっている，と考えている。IGBP では GAIM 小委員会の委員長を 10 年以上担当。

河宮

未知生／Michio KAWAMIYA

国立研究開発法人 海洋研究開発機構
統合的気候変動予測研究分野 分野長。専門は海洋物理学，炭素循環モデリング，
地球システムモデリング。1969 年愛知県生まれ。東京大学大学院博士課程修了。
東京大学気候システム研究センター研究員，独キール海洋学研究所研究員などを経て現職。文部科学
省環境エネルギー科学技術委員会委員，日本海洋学会評議員，
日本地球惑星科学連合代議員なども務める。博士（理学）。
『地
球温暖化はどこまで解明されたか』（共著，丸善），『計算と地球環境』（共著，岩波書店）など。

142

M. Falkenmark, L. Karlberg, R. W. Corell, V. J. Fabry,
J. Hansen, B. Walker, D. Liverman, K. Richardson,
P. Crutzen and J. A. Foley（2009）A safe operating
space for humanity. Nature, 461, 472- 475.

羽島知洋／Tomohiro HAJIMA

博士（農学）。専門は陸域生態系を中心とした物質循環過程とそのモデリング。
日本学術振興会特別研究員ののち，2008
年から海洋研究開発機構にて，文部科学
省の温暖化予測プロジェクト「21 世紀機
構変動予測革新プログラム」および「気候変動リスク情報創生プログラム」に参画，地球システムモ
デルの開発とそれを用いた温暖化予測研究に携わる。CMIP5
および CMIP6 において，C4MIP 関連実験の対応を行う。

山中康裕／Yasuhiro YAMANAKA

博士（理学）。専門は海洋生態系・物質
循環モデリング。1991 年東京大学気候センター助手，1998 年北海道大学地球環境科学研究科准教授，2010 年より現職。2007 年英国アングリア大学滞在中にMAREMIP を立ち上げる。教育では実践
環境科学コースを設立して，さまざまな団体と連携して持続可能な地域づくりに取り組む。2009 年から 2013 年まで AIMES
科学運営委員。IPCC 第 5 次報告書には，指導学生の博士論文を校了した論文 2 編を含め，論文 10 編が引用される。

平田

貴文／Takafumi HIRATA

Ph.D. 専門は衛星海洋学。2009 年に北海道大学大学院地球環境科学研究院に赴任し，以後，地球規模生態系モデルの開発・評価へ衛星データを活用する研究の推進を行っている。本稿紹介の MAREMIP
において，事務局長を経て科学運営委員を担当している一方で，JAXA，NASA，ESA といった世界の宇宙機関および科学者により運営される IOCCG の科学委員を務めている。

阿部彩子／Ayako ABE-OUCHI

PhD. 専門は気候力学，古気候モデリン
グ。東京大学気候システム研究センター
助手を経て，東京大学大気環境研究所准教授。猿橋賞受賞（2012）。AIMES を経て，
PMIP 科学運営委員。IPCC 第 5 次報告書
第一部会代表執筆者。