Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
動の影響を強く受けると指摘されている途上国の中でも、研究基盤もあり東南アジア域での影響力の大きいタイ国での共同研究は、日本のプレゼンスを科学技術によって示すよい機会となるだけでなく、熱帯化すると言われる日本における気候変動の影響を評価する上でも非常に重要な位置づけとなるだろう。

### 7. 研究成果の発表状況

## （1） 誌上発表

<論文（査読あり）>

1) Yoshimura, K., T. Sakimura, T. Oki, S. Kanae, and S. Seto (2008): Toward flood risk prediction: a statistical approach using a 29-year river discharge simulation over Japan. Hydrological Research Letters, 2, 22-26, doi:10.3178/HRL.2.22.

2) Kundzewicz, Z. W., L. J. Mata, N. W. Arnell, P. Döll, B. Jimenez, K. Miller, T. Oki, and Z. Şen (2009): REPLY to “Climate, hydrology and freshwater: towards an interactive incorporation of hydrological experience into climate research” Water and climate projections, Hydrological Sciences Journal, 54(2), 406–415.

3) Pokhrel, Y., N. Hanasahi, S. Koirala, S. Kanae, and T. Oki (2010): Extreme river discharge under present and future climate conditions using high-resolution climate model data, Annual Journal of Hydraulic Engineering, JSCE, 54, 97-102.

4）木口雅司，沖大幹（2010）：世界・日本における雨量極値記録，水文・水資源学会誌，23，231-247.

5）渡部哲史，鼎信次郎，沖大幹（2012）：GCM出力値補正手法により生じる月平均気温および月降水量の予測差．水工学論文集，56，I439-I444.

6) 鈴木聡，瀬戸心太，沖大幹（2012）：CloudSatデータにおける雲粒有効半径と雲頂高度の関係の検証．水工学論文集，56，I379-I384.

7) Pokhrel, Y., N. Hanasaki, S. Koirala, J. Cho, P. J.-F. Yeh, H. Kim, S. Kanae, and T. Oki (2012): Incorporating anthropogenic water regulation modules into a land surface model. J. of Hydrometeorology, doi:10.1175/JHM-D-11-013.1 in press.

<査読付論文に準ずる成果発表>

特に記載すべき事項はない

くその他誌上発表（査読なし）>

1）木口雅司，沖大幹（2008）：「気候変動将来推計情報の水文分野での利用促進シンポジウム」の報告，水文・水資源学会誌，21，325-326.

2）渡部哲史，灌本浩史，仲吉信人，大泉伝，小槻峻司，峠嘉哉（2011）：水文水资源学会 水文学若手会 活動報告書2011：若手会参加者の災害対策に対する問題意識と提案．水文水资源学会誌，24，300-306.

3）中村晋一郎，内海信幸，渡部哲史，梯滋郎，沖大幹（2012）：平成23年7月新潟・福島豪雨に
よる信濃川下流域での出水と被害の特徴．水文水資源学会誌，25，113-121.

## （2） 口頭発表（学会等）

1) Kiguchi, M., Y. Yamane, N. Eguchi, F. Murata, T. Terao, T. Hayashi and S. Karmakar: The rainfall phenomena during the pre-monsoon period over the northeastern part of Indian subcontinent in 2007. 2007 AGU Fall Meeting, San Francisco, U.S.A., December 2007.

2) Eguchi, N., M. Kiguchi, F. Murata, Y. Yamane, T. Terao, T. Hayashi and S. Karmakar: Upper tropospheric water vapor variation over Asian monsoon during northern summer 2007. 2007 AGU Fall Meeting, San Francisco, U.S.A., December 2007.

3) Watanabe, Y., H. Matsuoka, S. Sakai, J. Ueda, M. Yamada, S. Ohsawa, M. Kiguchi, T. Satomura, S. Nakai, B. Brahmantyo, K. A. Maryunani, T. Tagami, K. Takemura and S. Yoden: Comparison of meteorological data and stable isotope time series from an Indonesian stalagmite. 2007 AGU Fall Meeting, San Francisco, U.S.A., December 2007.

4) 山根悠介，林泰一，木口雅司，江口菜穂：バングラデシュにおけるプレモンスーン期シビアローカルストーム発生日の総観場について．日本気象学会2008年度春季大会，横浜，2008年5月.

5) Watanabe, Y., H. Matsuoka, S. Sakai, J. Ueda, M. Yamada, S. Ohsawa, M. Kiguchi, T. Satomura, S. Nakai, B. Brahmantyo, K. A. Maryunani, T. Tagami, K. Takemura and S. Yoden: Rainfall fluctuation recorded in a stalagmite from West Java, Indonesia. 日本地球惑星科学連合2008年大会，千葉，2008年5月.

6) Kiguchi, M., Y. Shen, S. Kanae and T. Oki: Water-stressed population over Asian monsoon region estimated by world water resources under SRES scenarios. 4th Conference of the Asia Pacific Association of Hydrology and Water Resources (APHW), Beijing, China, November 2008.

7) 山根悠介，林泰一，木口雅司，江口菜穂：バングラデシュのプレモンスーン期シビアローカルストーム発生日における南アジア域での環境パラメータの空間分布について．日本気象学会2008年度秋季大会，仙台，2008年11月．

8) 木口雅司，山根悠介，江口菜穂，林泰一，沖大幹：インド・アッサム域からバングラデシュにおけるプレモンスーン降水とSRES下における年流出量と水使用量から見積もられた将来水ストレス人口．共同研究集会 京都大学防災研究所＋生存圏研究所＋東南アジア研究所＋生存基盤科学研究ユニット「気象災害軽減など人間活動の持続可能性に関する研究集会－南アジア地域を中心として－」，宇治，2009年1月.

9) 村田文絵，寺尾徹，山根悠介，木口雅司，林泰一：メガラヤ高原の夜雨とシレットの風の関係．共同研究集会 京都大学防災研究所＋生存圈研究所＋東南アジア研究所＋生存基盤科学研究コニット「気象災害軽減など人間活動の持続可能性に関する研究集会－南アジア地域を中心として－」，宇治，2009年1月.

10) Kiguchi, M., Y. Shen, S. Kanae and T. Oki: High water-stressed population estimated by world water resources assessment including human activities under SRES scenarios.
EGU General Assembly 2009, Vienna, Austria, April 2009.

11）木口雅司，沖大幹：世界・日本における雨量極値記録の再考・検証．水文・水資源学会2009年度研究発表会，金沢，2009年8月.

12) Kiguchi, M., Y. Yamane, N. Eguchi, T. Hayashi, and T. Oki: The moisture variability during pre-monsoon over Bangladesh. 5th European Conference on Severe Storms, Landshut, Germany, October 2009.

13）村田文絵，寺尾徹，山根悠介，木口雅司，林泰一，A．HABIB：ダッカにおける大気安定度の季節変化．日本気象学会2009年度秋季大会，福岡，2009年11月.

14）林泰一，寺尾徹，村田文絵，木口雅司，山根悠介，橋爪真弘，Md. N. ISLAM，A. HABIB：インド亜大陸北東部，アッサム，メガラヤ，バングラデシュにおける気象・気候と人間活動に関する研究の進展．日本気象学会2009年度秋季大会，福岡，2009年11月.

15）木口雅司，山根悠介，村田文絵，寺尾徹，林泰一，沖大幹：インド東北部・バングラデシュにおける2009年1～7月の降水現象．日本気象学会2009年度秋季大会，福岡，2009年11月．

16）津島俊介，林泰一，山根悠介，寺尾徹，村田文絵，木口雅司：バングラデンコにおける夏季モンスーン期の雲システムの季節内変動. 第135回生存圏シンポジウム第5回国際研究集会「南アジアの気象環境と人間活動に関する研究集会」，京都，2010年1月.

17）山根悠介，林泰一，木口雅司，A. M. DEWAN，Y. AREFIN，T. RAHMAN：バングラデンュにおける竜巻被害についての現地調査報告．第135回生存圈シンポジウム第5回国際研究集会「南アジアの気象環境と人間活動に関する研究集会」，京都，2010年1月．

18）木口雅司：バングラデシュからインド東北部におけるプレモンスーン降水の気候学的考察.第135回生存圈シンポジウム第5回国際研究集会「南アジアの気象環境と人間活動に関する研究集会」，京都，2010年1月.

19) Kiguchi, M., and T. Oki: Point precipitation observation extremes in the world and Japan. EGU General Assembly 2010, Vienna, Austria, May 2010.

20）康アルム，林泰一，寺尾徹，村田文絵，木口雅司，山根悠介：インド亜大陸北東部における2007年と2008年の降水の比較．日本気象学会2010年度春季大会，東京，2010年5月.

21) Hayashi, T., T. Terao, F. Murata, M. Kiguchi, Y. Yamane, A. K. Bhagabati, P. Bhattacharya, S. Singh, L. Cajee, A. Habib, J. Matsumoto, and H. Syemlihe: Rainfall observation with highly temporal and spatial density in the northern region of Indian subcontinent. 7th Annual Meeting AOGS (Asia Oceania Geosciences Society), Hyderabad, India, July 2010.

22) Hayashi, T., Y. Yamane, M. Kiguchi, F. Murata, T. Terao, N. Islam, A. Dewan, and F. Aktar: Heavy rainfall and severe local storm in the northeastern Indian subcontinent. 7th Annual Meeting AOGS (Asia Oceania Geosciences Society), Hyderabad, India, July 2010.

(23) 寺尾徹，村田文絵，高橋宏児，一柳錦平，木口雅司，福島あずさ，林泰一：バングラデシュ北東部メガラヤ山脈南縁豪雨地帯における高層気象観測．日本気象学会2010年度秋季大会，京都テルサ，京都，2010年10月.

24）村田文絵，寺尾徹，木口雅司，福島あずさ，高橋宏児，林泰一，A. Habib，Md. S. H. Bhuiyan, S. A. Choudhury：チェラプンジにおける降水過程に関する研究（第5報）．日本気象学会2010年度秋季大会，京都，2010年10月.
25) Kiguchi, M., Y. Shen, S. Kanae, and T. Oki: High water-stressed population estimated by global water resource assessment including the human activities under SRES scenarios. IGU Commission Seminar on Land use, Biodiversity and Climate Change, Cotton College, Guwahati, India, December 2010.

26) Hayashi, T., A. Teshima, Y. Wagatsuma, M. Hashizume, T. Terao, F. Murata, Y. Yamane, M. Kiguchi, and A. S. G. Faruque: Impact of meteorological components on diarrhea diseases in Bangladesh. 91st AMS (American Meteorological Society) Annual Meeting, Seattle, WA, U.S.A., January 2011.

27）寺尾徹，村田文絵，高橋宏児，木口雅司，福島あずさ，A. Habib，Md. S. H. Bhuiyan，S. A. Choudhury，S. DAS，林泰一：南アジアにおける高層気象観測プロジェクト。第165回生存圈シンポジウム第6回国際研究集会「南アジアの自然環境と人間活動に関する研究集会一インド亜大陸北東部，アッサム，メガラヤ，バングラデシュの自然災害と人間活動ー」，京都，2011年2月.

28）村田文絵，林泰一，寺尾徹，木口雅司，山根悠介：アッサム・メガラヤ，バングラデシュの雨量計ネットワークについて．第165回生存圏シンポジウム第6回国際研究集会「南アジアの自然環境と人間活動に関する研究集会ーインド亜大陸北東部，アッサム，メガラヤ，バングラデシュの自然災害と人間活動ー」，京都，2011年2月．

29）松本淳，久保田尚之，赤坂郁美，遠藤伸彦，浜田純一，増田耕一，財城真寿美，山中大学，森修一，上米良秀行，林泰一，寺尾徹，村田文絵，木口雅司，山根悠介，平野淳平：アジアモンスーン域における降水量の長期変動に関するデータとデータレスキュー．日本地球惑星科学連合2011年大会，千葉，2011年5月.

30）松本淳，遠藤伸彦，浜田純一，久保田尚之，赤坂郁美，上米良秀行，増田耕一，山中大学，森修一，林泰一，寺尾徹，村田文絵，木口雅司，山根悠介，財城真寿美，平野淳平：アジアモンスーン域における降水量・降雨特性の長期変動．日本地球惑星科学連合2011年大会，千葉，2011年5月.

31) Suzuki, S., S. Seto, and T. Oki: Relationship Between Cloud Droplet Effective Radius and Cloud Top Height for Deep Convective Clouds in CloudSat Data Product. 2011 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium, Vancouver, Canada, July 2011.

32）渡部哲史，鼎信次郎，沖大幹：水資源管理分野における気候変動影響評価研究のためバイアス補正手法の開発．第2回極端気象現象とその影響評価に関する研究集会，京都，2011年9月.

33）村田文絵，寺尾徹，林泰一，山根悠介，木口雅司，A. Habib，Md. S. H. Bhuiyan，and S. A. Choudhury：バングラデシュにおいて2011年5月11日に観測されたスコールライン．日本気象学会2011年度秋季大会，名古屋，2011年11月.

34）木口雅司，中村晋一郎，小森大輔，沖一雄，沖大幹：タイ洪水とモンスーンの環境場について．「第7回南アジアにおける自然環境と人間活動に関する研究集会－インド亜大陸東部・インドシナの自然災害と人間活動－」，宇治，2012年2月.

## （3） 出願特許

特に記載すべき事項はない
（４）シンポジウム、セミナーの開催（主催のもの）

1）東大水フォーラム（2007年6月22日、東京大学工学部14号館）

## （５）マスコミ等への公表・報道等

1）沖大幹：「地球温暖化で何がおきるか？」，ニュートン，2007年8月，ニュートンプレス.

2）沖大幹：「温暖化・考 水循環に変化が起こる」，日刊建設工業新聞18面，2007年7月30日，日刊建設工業新聞社.

3）沖大幹：「「水危機」への挑戦」，朝日新聞8面，2007年9月4日，朝日新聞社.

4）沖大幹：「「気候変動と水危機」～"千年持続学"から考える～」，建設通信新聞19面，2007年10月5日，日刊建設通信新聞社.

5）沖大幹：「ノーベル賞受賞「平和に科学不可欠」」，毎日新聞27面，2007年10月13日，毎日新聞社.

6）沖大幹：「ノーベル賞の気候変動パネル」，東京新聞24面，2007年10月17日，中日新聞社東京本社.

7）沖大幹：「降雨パターンの変化に伴う河川流量の変化」，共に生きる都市と農村 豊かな農村空間を未来に P.5，2007年10月，農林水産省.

8）沖大幹：「世界の水問題と日本」，NHK視点・論点，2007年11月29日，日本放送協会.

9）沖大幹：「深刻，水問題」，朝日新聞4面，2008年1月16日，朝日新聞社.

10) 沖大幹：「温暖化でコメ収穫量は？」，しんぶん赤旗，2008年2月24日，日本共産党中央委員会.

11）沖大幹：「温暖化、水環境に影響」，岩手日日新聞19面，2008年5月30日，岩手日日新聞社.

12) 沖大幹：「テレビの電源切って省エネ」，岩手日報19面，2008年5月30日，岩手日報社.

13) 沖大幹：「温暖化が加速する世界の水問題「水資源国・日本の幻想」」，日経エコロジー P. 89, 2008年3月，日経BP社.

14) 沖大幹：「111兆円市場をつかめ，和製水メジャー」，日経ビジネス，2008年6月30日，日経BP社.

15) 沖大幹：「気候変動と水災害」，読売新聞，2008年6月30日，読売新聞東京本社.

16) 沖大幹：天声人語，朝日新聞1面，2008年7月29日，朝日新聞社.

17) 沖大幹：「暮しの「水」に思いをはせて」，朝日新聞32面，2008年10月30日，朝日新聞社.

18) 沖大幹：「「世界の水問題」をめぐる日本の動向」，河川，2008年11月，（社)日本河川協会.

19) 沖大幹：「「水問題」のブレークを経て取り組みは実質的・本格的に」，週刊ダイヤモンド，2008年12月24日，ダイヤモンド社.

20) 沖大幹：「環境立国 日本の挑戦」，公明新聞6面，2009年1月1日，公明党機関紙局.

21) 沖大幹：「世界覆う水不足」，東京新聞9面，2009年1月1日，中日新聞社東京本社.

22) 沖大幹：「バーチャルウォーターと世界の水問題」，聖教新聞7面，2009年1月17日，聖教新聞社.

23) 沖大幹：「「水」の認識は世界的な視野で」，日本下水道新聞7面，2009年1月30日，日本水道
新聞社.

24) 沖大幹：「みんなで節水スタート」，読売新聞27面，2009年2月24日，読売新聞東京本社.

25) 沖大幹：「地球温暖化と水災害」，佐賀新聞，2009年5月31日，佐賀新聞社.

26) 沖大幹：「日本は水の輸入大国”バーチャルウォーター”という考え方」，朝日新聞18面，2009年6月29日，朝日新聞社.

27) 沖大幹：「脫資源浪費社会「途上国の水問題を懸念」」，中国新聞，2009年11月4日，中国新聞社.

28) 沖大幹：「地球環境2009「水資源問題に関心を」」，東京新聞，2010年1月30日，中日新聞社東京本社.

29) 沖大幹：「温暖化の「常識」に注文　原因不明は古い常識」，東京新聞，2010年3月31日，中日新聞社東京本社.

30) 沖大幹：「世界の水問題と解決への取り組み」，日本経済新聞24面，2010年3月31日，日経新聞社.

31) 沖大幹：「クールビズの季節に考える」，環境新聞1面，2010年6月9日，環境新聞社.

32) 沖大幹：「東山再生フォーラム 〜COP10から東山ヘ〜」，中日新聞6面，2010年9月30日，中日新聞社.

33) 沖大幹：「世界の水需要に日本も名乗り」，2011年5月9日，週報Weekly.

## (6) その他

特に記載すべき事項はない

### 8 \. 引用文献

特に記載すべき事項はない
1. 総合的気候変動シナリオの構築と伝達に関する研究

(4) 気候変動シナリオに基づく海洋環境・水産業の未来像の描出

北海道大学 大学院地球環境科学研究院 山中 康裕・藤井 賢彦

<研究協力者>

（独）国立環境研究所

北海道大学 大学院地球環境科学研究院

山野 博哉

屋良 由美子・橋岡 豪人・

平田 貴文・中尾 有伸

平成19年度～23年度累計予算額：68,738千円

（うち、平成23年度予算額：12,578千円）

予算額は、間接経費を含む。

[要旨] 本サブテーマでは、気候予測シミュレーションの結果を用いて、地球温暖化や海洋酸性化による沿岸域・外洋域の海洋環境への影響評価及び結果の不確実性の検討を行なった。日本近海(沿岸域)では、サンゴや沿岸性魚種の生息北限や健康度を表す指標を導入し、地球温暖化や海洋酸性化に伴う水温や炭酸イオン濃度の変動による沿岸生態系への潜在的な影響評価を行なった。全球(外洋域)では、海洋生態系モデルを用いて、地球温暖化による水温や海流の変動による海洋低次生態系への影響評価を行なった。地球温暖化に伴う日本近海におけるサンゴ分布北限の高緯度側への移動（以下、「北上」と呼ぶ）や白化に関する影響評価とその結果の不確実性の定量的な検討の精緻化及びモニタリング観測結果との比較を、気候変動に関する政府間パネル(IPCC)第4次評価報告書（AR4）のために実施した第3期結合モデル相互比較プロジェクト（CMIP3）マルチ気候モデルによる結果を用いて行ない、サンゴに代表される沿岸固着生態系の生息域やトラフグ等の重要漁業対象種の養殖域の将来予測とその不確実性を温暖化トレンドと10年規模の気候変動成分に分類した世界で初めての定量的な評価を得た。また、人為的な大気CO₂濃度の増加に伴う水温上昇と炭酸イオン濃度の低下がもたらす、地球温暖化と海洋酸性化の複合効果がサンゴの生息域に及ぼす影響評価を行ない、サンゴの生息域の将来予測を行なう上で、地球温暖化に伴う水温上昇と海洋酸性化によるサンゴの骨格形成や初期発生の阻害の両方の効果を併せて考慮していく必要があることを明示した。さらに、本課題で開発した海洋生態系モデルを含む、国際海洋生態系モデル相互比較研究計画(MAREMIP）に参画しているいくつかのモデルの相互比較、及び衛星データとの相互比較を通じてプランクトングループを含めた解析等を行ない、主成分分析や2次元ウェーブレット画像解析を含めた異なる比較方法を用いて、海洋生態系モデルの不確実性を多面的に解析した。

[キーワード] 地球温暖化、海洋酸性化、海洋生態系、影響評価、不確実性
### 1. はじめに

本サブテーマでは、気候予測シミュレーションの結果を用いて、地球温暖化や海洋酸性化による沿岸域・外洋域の海洋環境への潜在的な影響評価を行なった。

沿岸域では、サンゴの分布北限や白化に関する指標を導入し、地球温暖化に伴う水温の変動による沿岸生態系への影響評価を行なった。加えて、本課題で構築した海洋生態系モデルを用いて、地球温暖化による全球的な海洋栄養塩濃度や海洋低次生態系(植物プランクトン・動物プランクトン)への影響評価を行なった。具体的には、

● IPCC第4次評価報告書（AR4）のために実施された第3次結合モデル相互比較プロジェクト（CMIP3）マルチ気候モデルによって予測された結果を用いた、日本近海におけるサンゴの北上や白化に関する影響評価

● 以上のシミュレーション結果の再現性の検討に必要なモニタリング・データベースの作成

● 国際共同研究を通じた、複数の海洋生態系モデルの相互比較による全球的な海洋低次生態系の生物量や生産量に関する、不確実性の検討を含む影響評価

● 高解像度気候予測シミュレーションの結果を用いた詳細な影響評価、および経年変動、10年スケール変動、或いは温暖化トレンドといった気候予測モデルの時空間解像度の違いによる評価結果の相違の定量的検討

● CMIP3マルチ気候モデルの不確実性を考慮したサンゴの北上や白化に関する影響評価

● 日本近海の沿岸性魚種の資源量の影響評価

を行なった。

## 2 ．研究開発目的

日本近海(沿岸域)は世界の海の中でも極めて生物多様性が高い一方で、地球温暖化に伴う過去の水温上昇幅が大きく、よって温暖化に対する感受性が高いことがこれまでの観測結果により報告されている。特に、亜熱帯域に生息する造礁サンゴが、高水温環境下で共生藻を失うことによって起こる「白化」は近年、日本近海で度々観測されるようになった。将来の地球温暖化による水温上昇に伴って、サンゴの白化の頻度や範囲がさらに拡大するという、気候モデルによって予測された海面水温（SST）を用いたサンゴへの影響評価は、IPCC第4次評価報告書でも報告されている。しかし、気候モデルによって予測されたSSTには、自然変動（10年スケール変動や年々変動など）の不確実性、モデルや温室効果ガスの排出シナリオの違いに起因する不確実性が含まれており、過去の研究において、それらの不確実性を定量的に区別して行なった影響評価の例は存在しなかった。また、将来の水温上昇に伴うサンゴ生息域の北上を定量的に予測し、その対象海域の実際のモニタリングデータとの比較を詳細に行なった研究例は極めて少ない。このことに鑑み、本研究ではCMIP3マルチ気候モデルによって予測された結果を用いた沿岸海洋生態系の詳細な影響評価と、そのシミュレーション結果に内在する不確実性の検討を行なうこととした。

全球的には、地球温暖化による冬季混合層深度の浅化による下層からの栄養塩供給の減少に伴い、植物プランクトンによる一次生産量の減少や生物量などの減少が懸念されている。高解像度気候予測シミュレーションの結果を用いて、海洋低次生態系の生物量や生産量などの海洋環境の影響評価を行うとともに、それらを利用した日本近海の小型浮魚類などの水産資源量の影響評価
も行なうこととした。海洋生態系モデルは現在世界中で開発中であり、標準的なモデルとして確立されていないため、国際海洋生態系モデル相互比較研究計画（MARine Ecosystem Model Intercomparison Project, MAREMIP）として、いくつかのモデルを相互比較することによって、海洋生態系モデルの不確実性の検討を含んだ評価を行う。水産資源量に関しては、それぞれの沿岸性魚種の適水温に基づく影響予測を行った研究成果を利用して生息域の地理分布の将来変化を評価する。

### 3. 研究開発方法

高解像度気候モデルによって予測された結果を用いて行ったサンゴの北上と白化の影響評価を、過去のモニタリング観測によって得られたサンゴや沿岸性魚種の分布や健康度に関する評価指標とCMIP3マルチ気候モデルの結果を用いて、サンゴの白化、及びサンゴや沿岸性魚種の北上、地球温暖化と海洋酸性化の複合影響、そしてこれらの結果に内在する不確実性を定量的に評価した。また、サンゴに関するシミュレーション結果の検証に必要な統合データベースの構築、外洋の海洋環境の影響評価、及び海洋生態系モデル相互比較研究計画の立案・遂行も行なった。具体的には以下の通りである。

（１）サンゴと沿岸性魚種の北上、及びサンゴの白化を定量的に評価するための指標の導入・改良を行なった。サンゴの白化の評価指標には、モニタリングの分野で広く用いられているDegree Heating Month（DHM）を用いた。DHMでは、気候値の最暖月の水温よりも1℃高い状態が1ヶ月続くと軽い白化（12）と評価される。北上の評価指標には、最寒月の平均水温18℃線および13℃線をそれぞれ、亜熱帯サンゴと高緯度サンゴの北限として用いた $ ^{1)} $ ， $ ^{2)} $ 。サンゴの北上の評価指標としては、3つの評価指標を導入した。すなわち、最寒月の平均水温18℃線、13℃線、10℃線をそれぞれサンゴ礁形成北限、高緯度サンゴ群集成立北限、高緯度サンゴ分布北限として用いた $ ^{1)} $ ， $ ^{2)} $ ， $ ^{3)} $ 。沿岸性魚種の北上を評価する指標は、桑原ら（2006） $ ^{4)} $ に拠った。以上で導入された評価指標と、CMIP3マルチ気候モデルによって予測された結果を用い、これらの指標の妥当性を検証した後に、それらに基づいたサンゴと沿岸性魚種の温暖化影響評価を行った。また、CMIP3マルチ気候モデルの不確実性という観点から、各モデルの結果を温暖化トレンド成分、10年スケールの自然変動成分、年々変動成分の3つに分類し、各モデルが有するそれぞれの時間スケールでの不確実性を定量的に議論した。

（２）スイス連邦工科大学との共同研究として、上記のような温暖化に伴う水温上昇の影響だけでなく、海洋酸性化に伴う海水中の炭酸イオン濃度の低下に伴うサンゴ骨格形成や初期発生の阻害が及ぼす影響についても併せて定量的に評価した。

（３）気候予測シミュレーション結果の再現性を検証するために必要な、日本近海のサンゴに関する統合データベースを構築した。これまで、日本近海において広範囲・長期間をカバーしている統合データベースは存在しなかった。そこで、環境省・日本サンゴ礁学会(2004) $ ^{2)} $ の区分に従ったフォーマットの作成と文献データの編纂に基づき、研究協力者をはじめとするモニタリング観測の専門家との数回にわたる討議を経て、日本近海の亜熱帯サンゴと温帯サンゴの被度とストレス要因の1970年代からの時間変動、そしてカリブ海での結果との比較を含む空間変動の解析を行なった。
（４）日本付近の高解像度海洋生態系モデルによる気候シミュレーションのCO₂年1％漸増実験と標準実験の特定の期間10年間の結果を用いた高解像度海洋生態系モデル（COCO-NEMURO, CCSR Ocean Component Model - North Pacific Ecosystem Model Used for Regional Oceanography）で得られた日本付近の海洋栄養塩分布や植物プランクトンの生物量、特に春季ブルームの大きさと時期について、自然変動との関係に着目して明らかにした。

（５）海洋生態系モデルの国際共同研究計画を立案した。植物プランクトンを複数の機能別グループ(Plankton Functional groups, PFTs)を明示的に取り扱ったモデルを開発している日・英・仏・米の4つのグループの共同研究として、海洋生態系モデル相互比較研究プロジェクト(MARine Ecosystem Modelling Intercomparison Project, MAREMIP)を開始し、衛星観測期間（1996-2007年）をモデルで再現した実験結果に関する議論を行なった。

（6）北海道大学のグループで開発された海洋生態系モデル (Marine Ecosystem Model coupled with OU kinetics; MEM) を用いて1998年～2009年までの海洋生態系再現数値実験を行った。モデル計算により得られた結果は、衛星データから得られた植物プランクトングループの生物量の空間分布や季節変動と比較され、主成分分析や2次元ウェーブレット画像解析を含めた異なる比較方法を用いて多面的にモデルの不確実性の議論を行なった。

## 4 ．結果及び考察

（1）研究前半では、高解像度気候予測シミュレーション(MIROC3.2hires)の出力結果とサンゴや沿岸性魚種の分布、及びサンゴの白化の頻度や強度に関する予測を行なった $ ^{3)} $ 。サンゴの分布に関しては、現在の高緯度サンゴの分布北限は長崎県対馬と千葉県房総沖になっており、これはモニタリングで得られている結果とも一致した。シナリオ実験による将来予測の結果は、亜熱帯サンゴ、高緯度サンゴ共に、日本近海でその生息域がより高緯度側に拡大する傾向を示した。北上の度合いは高緯度サンゴにおいてより顯著で、100年後にはその北限が、IPCC第4次評価報告書のA1Bシナリオ実験では実に宮城沖や秋田沖に至る可能性を示した。また、同報告書のB1シナリオ実験でもその北限が福島沖や新潟県佐渡に達しており、佐渡では現在1種（キクメイシモドキ）のみが僅かに分布していることが知られているが、21世紀末には他のサンゴも分布するようになる可能性を示唆した。白化はいずれの予測シナリオ実験でも、地球温暖化の進行に伴ってその規模と強度が拡大することが示唆された。特に、現在では単発的に観測されている高緯度サンゴの白化が、将来はより通常の現象として認識されるようになると思われる。沿岸性魚種としては、評価指標の存在する底魚や養殖魚の中から、ヒラメ、マダイ、ブリ、トラフグの4種を選び、それぞれについて、生息域の地理的分布を海水温から求めた。生息域の地理的分布は、水温で定義された南限と北限に挟まれた海域で定義される。何れの魚種も、その生息域は水温上昇により北上するが、生息域の南限の北上が著しい。トラフグなど現在西日本が主産地となっている暖海性の魚種は、その産地が東日本や北日本に移動する可能性があり、各地での漁業対象や養殖種の変更が、一つの温暖化適応策となる可能性がある。しかしながら、今回は適水温のみに依存させた簡易指標を用いた評価なので、今後は各魚種の専門家とのより詳細な議論が必要となる。

研究後半では、気候モデルアンサンブルCMIP3データの23の気候予測シミュレーション結果を用いて、日本近海のサンゴや沿岸性魚種の北上、及び全球的なサンゴの白化の予測結果とその機会の不確実性を検討した。
a）サンゴ分布限界の北上：CMIP3マルチ気候モデルによって予測された結果および評価指標を用いたサンゴ分布の将来予測を行なった $ ^{7)} $ 。日本近海のサンゴ分布をカバーできる亜熱帯から温帯にかけての領域（北緯21～42°）、東経119～143°）における23モデルによる潜在的なサンゴ礁形成北限（最寒月SSTの18℃線）、高緯度サンゴ群集成立北限（最寒月SSTの13℃線）、および高緯度サンゴ分布北限（最寒月SSTの10℃線）を定量的に求めた。例えば、現在は高緯度サンゴ群集が存在しない島根県・隠岐にも、2020年代～2040年代にかけてその群集が形成される確率が高いこと、但しその時期は10年規模の気候変動により10年程度前後する可能性がある。2000年代において観測とモデルを比較すると、いずれの等値線も両者の結果に大きなずれはなく、また、各等値線においてモデル間の比較を行なうと、いずれの等値線も黒潮の流軸付近を除けばモデル間のばらつきは小さい（図(4)-1）。多くのモデル結果において、2000年代には南九州沿岸に存在しているサンゴ礁形成北限（18℃線）、島根・茨城沿岸にある高緯度サンゴ群集成立北限（13℃線）と新潟・千葉沿岸にある高緯度サンゴの分布北限（10℃線）が、2090年代にはそれぞれ北部九州沿岸、石川・福島沿岸と青森・岩手沿岸まで北上する可能性が示されたが、2090年代には温暖化に伴うSST上昇に伴い、各等値線におけるモデル間のばらつきは大きくなっている。このばらつきはモデルの不確実性によって生じるものと考えられる。また、本研究で得られた温暖化によるサンゴ礁形成北限、高緯度サンゴ群集成立北限、及び高緯度サンゴ分布北限の北上速度はそれぞれ年1km、2km、4km程度であることが示された。これは過去80年間の日本近海におけるモニタリング観測によって求められたサンゴの北上速度(最大で年14km)と比べると遅い。これは、モニタリング観測ではサンゴの分布北限が捉えられるのに対して、本研究ではサンゴの群集が形成される時期を議論しており、サンゴが生息できる環境になってから群集を形成するまでに要する時間のずれが両者の時間的な違いの原因となっているためと考えられる。

図(4)-1 2000年代（左）と2090年代（右）のサンゴ礁形成北限（18℃線）、温帯サンゴ群集成立北限（13℃線）、温帯サンゴ分布北限（10℃線）の位置の予測結果。18℃線、13℃線、10℃線の観測値を左図中の黒線で表す。
b）サンゴの白化：サンゴ分布北限の北上と同様に、CMIP3マルチ気候モデルによるサンゴの白化予測の不確実性に対しても検討を行なった。日本最大のサンゴ礁である石西礁湖(石垣島・西表島間)において、CMIP3マルチ気候モデルの温暖化トレンドと年々変動に基づく不確実性を考慮した影響評価によって得られたサンゴの深刻な白化（大量死）に関する年代別出現頻度を図(4)-2に示す。サンゴの深刻な白化は、現在(2000年代)は、23モデル中21モデルでは全く発生しないが、海水温の上昇に伴い、その発生頻度が徐々に高まり、今世紀末には多くのモデルで毎年のように発生することを示している。この方法により、モデル毎に、10年間のうち深刻な白化が発生する年が何年あるか、或いは23のうち幾つのモデルで深刻な白化が発生するかといった確率的な表現をすることが可能となった。また、a)と同様に、10年スケール変動成分の位相変化から見積もられたモデルの内部変動による不確実性を考慮すると、10年スケール変動成分の振幅の位相が正と負の場合にはそれぞれ、温暖化トレンド成分と年々変動成分で求められた基準よりも10年程度前後してサンゴの深刻な白化（大量死）が出現することが予測された。但し、実際には白化が起こった後にサンゴが回復或いは新たに加入するまでに要する時間によっても結果が大きく異なると考えられ、今後はサンゴの生理などの専門家の協力を得て指標の高度化を行う必要がある。

図(4)-2 2000年代～2090年代の10年ごとの沖縄・石西礁湖(石垣島－西表島間)におけるサンゴの深刻な白化（大量死）の出現頻度の予測結果。10年間に何回の出現を予測するモデルが、全23のうちいくつあるかを確率で表す。

（２）スイス連邦工科大学との共同研究の枠組みで、２３のマルチ気候モデルのうち、海洋中の炭
酸系を陽に計算できる4つの将来予測モデルの結果を基に、地球温暖化と海洋酸性化の複合効果について考慮した。人為起源CO₂の増加に起因する海洋酸性化は、海水中のpHと炭酸カルシウム飽和度（Ω）を低下させる。前者はサンゴの初期発生段階に対して、後者はサンゴの骨格形成に対して阻害要因となる。海洋酸性化に伴うΩの低下は、低水温域でより顕著なため、海洋酸性化の影響はより低水温の高緯度域でより深刻に顕れることがこれまでに指摘されていたが、同じく人為起源CO₂の増加に起因する温暖化との複合効果についてはこれまで定量的な議論が殆ど展開されていなかった。本研究の結果、日本近海のサンゴは、熱帯・亜熱帯種、温帯種の別なく、地球温暖化に伴う水温上昇に伴いその生息域を高緯度側に拡大するものの、海洋酸性化によってその効果は相殺される可能性があることが指摘された。

（３）気候予測シミュレーションの再現性を評価するための日本近海のサンゴ礁モニタリング・データベースの作成を完成させた。そして、このデータベースを用いて、日本近海の亜熱帯サンゴと温帯サンゴの被度とストレス要因の1970年代からの時間変動に関する知見をまとめた⁸）。

（４）高解像度気候シミュレーションの結果(Sakamoto et al., 2005) $ ^{5)} $ を用いて、海洋生態系モデルによるCO $ _{2} $ 年1%漸増実験(81～90年目平均)と標準実験との差異を検討し、春季ブルームに注目し、植物プランクトンの生物量がピークを迎えたタイミングについて考察した(図(4)-3)。中解像度気候シミュレーションと比較すると、黒潮続流の再現性向上(日本沿岸からの離岸の緯度や流速が速い南北幅)に伴って、海面水温上昇や混合層深度の分布が細かな構造を持つようになるとともに、亜寒帯海域の混合層深度の再現が良くなり、温暖化に伴って浅くなる様子が見られる。それらに伴って、海洋表層水中の栄養塩濃度や生物量の減少にも空間構造が見られるようになった。中解像度海洋生態系モデルの結果 $ ^{9)} $ に比べると、亜熱帯から亜寒帯への遷移海域(黒潮続流域や混乱水域)での傾向は同様だが、亜寒帯域では海洋混合層深度の再現性向上に伴い、異なった傾向が見られた。春季ブルームに注目し、植物プランクトンの生物量がピークを迎えたタイミングについて考察した結果、多くの海域で温暖化に伴って春季ブルームが10日～20日早期化することが示された $ ^{10)} $ 。
図(4)-3 クロロフィルタが年間最大となる時期(1月1日から数えた日数)。(a) 衛星観測(SeaWiFS)，(b) 標準実験，(c) 温暖化実験から標準実験を引いた日数，(d) t検定による有意水準(%)。

（５）海洋生態系相互比較研究プロジェクト(MARine Ecosystem Modelling Intercomparison Project, MAREMIP)の日英仏米4ヶ国の共同研究として、複数のモデルの衛星観測データとの比較期間として1996-2007年の12年間のシミュレーションに基づき、季節変動に注目した解析を行なった(図4)-4)。季節変化を見ると、相対的に栄養塩制限が行われている北太平洋亜熱帯海域では、振幅と位相ともに再現性がよいが、鉄制限海域である北太平洋亜寒帯海域、南太平洋では、再現性が低くなっている。南太平洋では、振幅が大きくモデル間でばらついているものの、一次生産が光量によって制限されるため、位相が揃っている。逆に、北太平洋亜寒帯海域では、振幅が比較的に揃っているものの位相がモデル間でばらついている。これには、鉄制限の与え方、ケイ藻類の成長速度の違いなどの要因が考えられる。
図(4)-4 モデル（赤線）と衛星（青線）によって得られた、植物プランクトンのブルームのタイミング。大型種（珪藻類）でブルームのタイミングに差が見られた。

（6）北海道大学のグループで開発された海洋生態系モデルMEMは、衛星で観測された全球規模での空間分布や季節変動を概ね再現した。モデルによって得られる植物プランクトングループの空間分布は、海盆規模以上（約2700km以上）、場合によってはより小規模な200km以上で、衛星観測データとよく一致した（図(4)-5）。主成分分析することにより得られる主な変動成分（定常成分や季節変動成分）に対して、モデル結果と衛星データの間でよい一致が見られ、海洋生態系影響評価に本モデルの利用が有用であるという裏付けが客観的な解析により得られた。

特に季節変動成分に着目すると、モデルは、栄養塩制限・光制限の季節的なコントラストが大きい北大西洋や南大洋では植物プランクトンのブルームのタイミングを現実的に再現するのに対し、北太平洋では、全クロロフィル量は再現するものの、大型種（珪藻類）に関しては、モデルによる春季ブルームが2ヶ月ほど遅れている（図4-(4)）。

规格化色素换算生物量（平均=0，分散=1）

図(4)-5 モデルと衛星によって得られた植物プランクトングループの分布パターンの比較。2次元ウェーブレット解析により、分布パターンの一致を空間スケール（y軸）と規格化色素換算生物量（規格化クロロフィル-a量；x軸）の関数として示した図。濃淡で示したスキル得点[0-1]が高いほど（淡いほど）、モデルと衛星で良い一致を示す。スキル得点0.5を一致・不一致の閾値と
すると、2688km以上（海盆規模）では、どの色素換算生物量でも良い一致を示すことがわかる。

## 5 ．本研究により得られた成果

## （1） 科学的意義

高解像度気候予測シミュレーションを用いた日本近海のサンゴや沿岸性魚種の将来評価は、IPCC第4次報告書等で使用されてきた従来の中解像度気候予測モデルでは不可能だった細かい空間分解能での議論、およびモニタリングデータとの詳細な比較を可能にした。本研究により、水温上昇によってもたらされるサンゴの生息限界の北上による生息域の拡大と、白化や大量死、海洋酸性化による活動域の減少が、日本近海ひいては全球のサンゴの被度や多様性に及ぼす影響を定量的に予測することが可能となった。

CMIP3マルチ気候モデルによって予測された結果を用いて温暖化に伴う将来の日本近海のサンゴ分布の北限の北上を定量的に評価したことにより、1モデルのみで行なった解析結果 $ ^{3)} $ よりも、より確からしい結果を得た。また、気候モデルの不確実性という観点から、自然変動としての10年スケール変動と年々変動の不確実性、およびモデルの誤差としての温暖化トレンドに基づく不確実性を考慮して、サンゴ分布の北限の北上と白化に関する影響を定量的に評価した。地球温暖化と海洋酸性化の両現象が及ぼす相乗効果が日本近海のサンゴ分布に及ぼす影響評価を行なったのは、本研究が初の試みである。結果として、CMIP3データの利用により、気候モデルの不確実性を考慮したサンゴ分布に関する将来予測に関する信頼性の高い結果が得られた。

海洋生態系モデルを用いた温暖化による海洋環境の影響評価に関して、日・英・仏・米の4グループの生態系モデルリングを同一プロトコルのもとで行うことで生態系モデルの違いによる不確実性を、高解像度海洋生態系モデルで得られた詳細な物理環境を用いることで今までの中解像度モデルを用いた際の問題点とその不確実性を、それぞれ明らかにした。

2000年代に入って急速に開発されてきたプランクトングループを明示的に表現する海洋生態系モデルの現時点における不確実性を、衛星観測データと比較することにより評価することが出来た。これにより、得られる科学的結果を客観的・定量的な情報として提供することができるようになった。また、プランクトングループを明示的に表現することで、物質循環モデルや高次生態系モデルの精度改善への糸口を示した。

## （２）環境政策への貢献

今回、国際研究協力として整備した海洋生態系に関するモデル相互比較研究(MAREMIP)は、IPCC第5次評価報告書につながりやすい枠組みであり、地球環境政策にも関連する研究成果を提示するものである。また、気候モデルアンサンブルCMIPデータを利用して不確実性の検討を含めて評価することは、これらの政策の決定に必要な情報を供給することになる。

わが国の1970年代の海中公園の設立にあたっては、その立地の景観が重要視されてきた。しかし、生態系保全の観点からは、沿岸生態系の遷移域など、地球温暖化や気候変動・人間活動の変化に対して、より脆弱で影響を受けやすいと考えられる海域を優先的に保護することが望ましい。今後の海洋保護区は、Yamano et al. (2011) $ ^{6} $ で示されたようなモニタリング観測の結果を踏まえて策定されることが望ましいが、加えて本研究で示されるような将来予測の結果も政策決定に寄
与すると考えられる。現に、環境省モニタリングサイトのサンゴ北上監視ステーションの選定にあたっては、Yara et al. (2011) $ ^{6)} $ の結果がフィードバックされている。また、本研究において作成した日本近海のサンゴ礁モニタリング・データベースのフォーマットは今後の国内外のデータベースの標準仕様とされることとなり、それは総合的なモニタリングを通じた合意形成や政策決定に必要な情報供給に寄与することになる。

漁業対象種の北上は、将来の各地域における漁業形態や養殖種の変更を余儀なくさせる可能性があるが、本研究の成果は、これらの課題を解決するための合意形成や政策決定に必要な情報を供給するものである。特に、地球温暖化や海洋酸性化など諸処の現象を長期的に監視するモニタリング観測サイトや、海洋生態系・生物多様性の保全と持続可能な水産業の両立を実現させるための海洋保護区の海域選定の際の一定の判断材料を本研究は提供する。

政策決定を行うために必要な科学的根拠は、1ヶ国・1モデルに基づいた結果より、多国・多モデルに基づいた世界の科学コミュニティによるコンセンサスによって提供されることで不確実性を軽減できる可能性が高い。本研究において得られた定量的なモデル性能の評価は、MAREMIPを通じて世界をリードする日英仏米の4つのモデルを利用した最先端科学コミュニティによるコンセンサス作りに貢献し、より確からしい科学的情報を政策決定に提供することになる。特に、本研究のモデルは植物プランクトンの群集構造を明示的に示していることから、生物量の変化の影響（例：高次生態系を通じた水産業への影響）のみならず生物群集構造の変化（例：生物多様性）に対する政策決定においても、より確からしい科学的情報を提供するための材料になる。

## 6 ．国際共同研究等の状況

海洋生態系モデル相互比較研究プロジェクト (MARine Ecosystem Modelling Intercomparison Project, MAREMIP) は、山中康裕（北海道大学・日本）、Corinne Le Quéré（University of East Anglia・英国）、Laurant Bopp（Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement (LSCE)・仏国）、Scott Doney（National Center for Atmospheric Research (NCAR)・米国）によって、植物プランクトンを明示的に表現した生態系モデル（IPSL-PISCES, NEMO-PlankTOM5, COCO-NEMURO, CCSM-3BEC）を相互比較することにより、地球温暖化に対する影響評価を行い、IPCC 第5次報告書に貢献することを目的とした。また、2011年1月、共同議長がCorinne Le Quéréから山中康裕に交代し、北海道大学に事務局を置き、事務局長に平田貴文が選ばれた。

### 7. 研究成果の発表状況

## （1） 誌上発表

## <論文（査読あり）>

1) Hashioka, T., T. Sakamoto and Y. Yamanaka (2009): Potential impact of global warming on spring bloom projected by an eddy-permitting 3-D ecosystem model. Geophysical Research Letter, 36, L20604, doi:10.1029/2009GL038912.

2) 中尾 有伸，山野 博哉，藤井 賢彦，山中 康裕：日本のサンゴ礁データベースの作成と分析. 日本サンゴ礁学会誌，11，109-129.

3) 屋良由美子，藤井賢彦，山中康裕，岡田直資，山野博哉，大島和裕(2009):地球温暖化に伴う海水温上昇が日本近海の造礁サンゴの分布と健全度に及ぼす影響評価．日本サンゴ礁学会誌，