hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
マルチコプターを用いた沿岸域海色リモートセンシング技術の開発と実用化

沿岸域は物理的、化学的そして生物学的な時空間変動が大きい。この様な極めて複雑な沿岸域の環境モニタリングの手段の一つとして、海色リモートセンシングは有効な技術である。この目的のため標準光学部品のみで構築された新型分光放射計を開発した。また、重量も1Kg以下を達成しており、ドローンによる海色観測に適した性能を有している。他方、沿岸水の光後方散乱特性は測定が極めて困難であるため、十分な理解がされていない。この事が沿岸域における海色観測を困難にしている。この様な観点に立ち、光後方散乱係数推定法法を開発した。これによって、海色リモートセンシング技術を沿岸域に適用できる環境が整った。沿岸域は高い基礎生産を有すると共に社会活動と深く関わっている。しかし,1)衛星に搭載された海色センサは空間分解能が粗い,2)陸地の影響を受けるため,極めて複雑な補正が要求される,3)沿岸水に含まれる物質の光学的固有特性に関する知見が乏しい等の理由により適用が困難である。本研究では以下に記す対応を行い、これらの問題の解決に当たった。1),2)に対する対応:小型多波長イメージ分光放射計(12波長)を開発し、マルチコプターに搭載し沿岸域の観測を行った。結果の一部を日本海洋学会(秋季。春季)の学会で発表した。また、本装置を用いた観測データの解析を行い、その結果を日本リモートセンシング学会に論文として投稿し、受理された。これによってマルチコプターを用いた沿岸域の海色リモートセンシングの基盤技術が確立できたと考えている。3)に対する対応:以前、研究代表者は測定が最も困難な海水による後方散乱係数を簡便に推定する方法を提案し、現在では国際的な標準測定法として、アメリカの2メーカーが製品化している。しかし、最近の研究によると、このバイパス法は,外洋では十分な精度で推定できるが,植物プランクトンが豊富な沿岸域では誤差が約20%になる可能性が示唆されている。2015年度では2つの散乱角(120°,170°)から後方散乱係数を誤差3%で推定できる新しい方法を開発しApplied Opticsに論文として発表した。この方法は外洋から沿岸水まで,さらには植物プランクトンが異常増殖(例えば赤潮など)した海域でも誤差3%で推定できる。即ち,沿岸域の海色から情報を抽出するアルゴリズムの開発を行える環境を整える事ができた。本研究の目的は社会活動と深く関わっている沿岸域の海洋環境を海色リモートセンシングを用いて観測する技術を確立する事にある。沿岸域の海色データを解析する上で重要かつ測定困難な後方散乱係数を精度高く推定する方法を開発できた。即ち、海色データを解析できる環境を整える事が出来たと考えている。また、超小型の多波長イメージ分光放射計を製作し、考案した測定原理に問題が無いことを確認できた。換言すれば、海色を観測する手段とそれによって得られたデータを解析する手段を確立できたと考えている。リモートセンシング技術を持ちいて対象海域全体をカバーするには、飛行体と放射計を正確に同期・制御する必要がある。これを行うには、高額は放射計と実機での観測が前提となる。マルチ・コプターによる観測はランニングコストとフットワーク良さに魅力があるが、積載重量と正確な飛行制御に大きな制約があり、実用化された前例はない。この問題を解決するため、沿岸域において海色観測を行うのを念頭に置いた、小型、軽量の多波長分光放射計を製作した。製作した分光放射計は対象物体から放射される輝度を可視域および近赤外域において、12波長の単色イメージとして同時に測定できる特徴を有している(16波長まで拡張可能)。駿河湾の三保半島沖で、製作した放射計を用い試験観測を行った。観測結果の一部は論文として日本リモートセンシング学会誌に発表した。製作したプロトタイプ放射計は輝度分解能は12ビットである。沿岸域での海色は狭い空間内で微妙に変化するため、より詳細な情報を入手する必要があると判断し、放射計の改良を行った。改良した多波長イメージ分光放射計の放射輝度分解能は14ビット、そして空間分解能を6倍に向上させた。改良型イメージ分光放射計を用いて固定点からの沿岸域における海色を早朝から日没まて10分間隔で時系列観測を2度に渡り行った。この観測結果は、2017年5月に、名古屋大学で開催されるリモートセンシングに関する国際学会で発表する予定である。また、沿岸域での海色データから情報抽出する解析アルゴリズム開発に重要な単位クロロフィル濃度当たりの多波長光散乱関数を5種類の植物プランクトンにおいて測定し、アメリカ光学会誌に論文を投稿した。本研究の中心課題である小型軽量の多波長イメージ分光放射計の開発がほぼ終了し、実用の一歩手前の段階にあると考えている。また、沿岸域の海色データから情報抽出を行うため、最も重要と考えられている、光後方散乱係数を高精度で測定する方法を、世界に先駆け開発し、国際学会誌に発表した。この結果は、既にアメリカ、ヨーロッパで検証研究が始まっている。沿岸域は高い生産性を有する海域であると同時に、経済活動と深く係わる重要な海域である。しかし、沿岸域は物理的、化学的、生物学的にも時空間変動が大きく、その全体像を捉えるのは困難である。この問題を解決する一つの方法として、衛星や飛行機を用いた、海色リモートセンシングによる環境把握が考えられる。

しかし、衛星搭載海色センサは、沿岸域の空間スケールに比べ、空間分解能が低い。一方、飛行機観測の場合、高い空位間分解能は確保できるが、観測システム導入に難があるため、研究目的での観測に止まっている。この中にあって、小型かつ低価格であるドローンは、制御技術の進歩により比較的安全な運行が可能であり、多くの分野で導入が進んでいる。その機動性、運用コストを考えると沿岸域における海色観測法としては、大変魅力的なシステムである。しかし、その積載重可能量(ペイロード)は最大でも56 Kgと大きな制約がある。これらの観点に立ち、ドローン搭載を念頭に置いた小型・軽量の多波長イメージ分光放射計の開発を行った(2016年のリモートセンシング学会誌に発表)。沿岸域の海色データから情報を精度高く情報を抽出するには沿岸水の光後方散乱係数の波長特性に関する基礎データの有無が重要になる。このため、ドイツの研究機関と共同で開発した新しい測定原理に基づく沿岸用光散乱関数計を用い、植物プランクトンによる散乱関数を測定、解析し、精度高く後方散乱係数を推定できる方法を提案した(2015年の国際学会誌Applied Opticsに発表)。我々が提案した方法の検証が各国で既に進められている。また、海色データ解析アルゴリズムの開発を行う上で重要な、植物プランクトン相の違いによる海色への影響を評価するのに必須の単位クロロフィルa濃度に対する体積散乱関数を世界で初めて決定した(2017年の国際学会誌Optics Expressに発表)。沿岸域は物理的、化学的そして生物学的な時空間変動が大きい。この様な極めて複雑な沿岸域の環境モニタリングの手段の一つとして、海色リモートセンシングは有効な技術である。この目的のため標準光学部品のみで構築された新型分光放射計を開発した。また、重量も1Kg以下を達成しており、ドローンによる海色観測に適した性能を有している。他方、沿岸水の光後方散乱特性は測定が極めて困難であるため、十分な理解がされていない。この事が沿岸域における海色観測を困難にしている。この様な観点に立ち、光後方散乱係数推定法法を開発した。これによって、海色リモートセンシング技術を沿岸域に適用できる環境が整った。マルチコプターは運用が簡単である反面、積載重量に大きな制約があるばかりではなく、海色観測で重要な機体の正確な制御も困難である。この問題を解決するため、前年度では対象海域をイメージとして分光する放射計開発を大きな目標として研究を行ない、その作動を確認した。これによって機体の正確な制御の問題から開放され、マルチコプターによる海色観測の本格運用の基盤技術が整えられた。本年度は、昨年度の開発した装置をベースに、性能のさらなる向上を見据え、現場での長期使用に耐えうる実用的なイメージ分光放射計を開発する。年度後半では、開発した装置を用い現場での観測を行い、詳細な性能評価を行う予定である。また、光学的に異なった沿岸域での観測を行い、装置の実用性を検証する。多波長イメージ分光放射計を用いて、沿岸域における海色を定点およびマルチコプターからの観測を行なう。また、観測された海色データから情報抽出を行う解析アルゴリズムの開発を行う予定である。また、開発した放射計の有効性について論文発表を通し、外部に情報発信を行う。
電気学的手法に基づくオリゴ糖自動合成装置の開発

本研究では生物活性などを有する有用なオリゴ糖を効率的に合成する目的で、電気化学的な手法に基づくオリゴ糖自動合成装置を開発した。本研究で糖鎖ビルディングブロックとして用いたチオグリコシドは化学的に安定であるため取り扱い易く、合成も比較的容易である。また、本装置は液相合成法であるため合成のスケールアップや反応追跡が容易であり、装置自体も安価に構築出来ることから将来的な普及にも期待が十分に出来る。研究代表者らは電気化学的手法に基づくチオグリコシドのグリコシルトリフラートへの変換方法を開発し、電気化学的手法のメリットを活かして、液相におけるオリゴ糖の自動合成へと展開している。これまでに自動合成装置のプロトタイプを開発し、β-1,6-グリコシド結合の繰り返しで構成されるオリゴグルコサミン6糖の合成をデモンストレーションした。今後の課題は基質の拡張と収率の向上並びに複数種類の糖で構成されるオリゴ糖を自動合成出来るような装置への改良である。1年目の25年度は原理検証と反応条件の最適化を行い、同時に糖鎖ビルディングブロックの開発に取り組んだ。26年度はβ-1,4-グリコシド結合で構成されるオリゴ糖合成と生物活性糖鎖としてTMG-キトトリオマイシンの自動合成に取り組む予定である。(1)糖鎖ビルディングブロックのデザイン生物活性糖鎖に見られるβ-1,4-グリコシド結合を効率的に構築するための糖鎖ビルディングブロックを、計算化学的手法と電気化学測定に基づいてデザインした。その中で、酸化電位が1.6-1.8 V vsSCEの範囲に収まっている糖鎖ビルディングブロックについて、実際に反応を行って評価した。(2)糖鎖ビルディングブロックの評価候補糖鎖ビルディングブロックはキトトリオース三糖を自動合成することで評価した。その結果、硫黄上に4-フルオロフェニル基を3位水酸基上の保護基にアセチル基を有する糖鎖ビルディングブロックが最も高い収率で目的のキトトリオース三糖を与えた。(3)TMG-キトトリオマイシン四糖合成2位にアジド基を有する糖鎖ビルディングブロックを出発原料として、最適構造を有する糖鎖ビルディングブロックを自動合成装置を用いて糖鎖伸長し、目的のTMG-キトトリオマイシン四糖を得た。本研究の最終目標は安価で、取扱いとスケールアップが容易な糖鎖の自動合成装置の開発である。本研究の申請時点の2012年段階で、糖鎖の自動合成装置はいくつかのグループによって開発されていたが、普及には至っていなかった。この間、一部の装置が市販化に至ったが、これまでの装置は固相合成を自動化したに過ぎない。一方、申請者らは電気化学的に糖供与体を活性化してグリコシド結合を形成するいわゆる電解グリコシル化反応に着目し、オリゴ糖の液相自動合成に応用するための装置開発に取り組み以下の実績をあげた。1.液相電解自動合成装置の開発:電解グリコシル化反応において最も重要な反応条件のパラメータは温度である。研究に着手した時点で、-80 °Cから-50 °C付近の極低温条件を厳密に制御出来る温度可変の低温反応装置は存在していなかった。まず、代表者らは市販の低温装置を改造し、シリンジポンプ、直流安定電源とをシーケンサーで制御するタイプの初号機を完成させた。その後、シーケンサーをパソコンに置き換え、パソコン上で制御ソフトを用いて液相電解自動合成装置全体を制御するタイプへと改良した1号機を完成させた。2.オリゴグルコサミン合成:装置を用いた合成に先立って、六糖までのオリゴグルコサミンを各段階で単離精製操作をしながら合成した。その知見を元に液相電解自動合成装置を用いて三糖から六糖までのオリゴグルコサミンを合成した。四糖までのオリゴ糖ではグリコシル化反応の平均収率80%以上を達成し、マニュアル合成を上回る結果を得た。3.TMG-キトトリオマイシン前駆体四糖の合成:生物活性オリゴ糖の自動合成を目的にTMG-キトトリオマイシンを合成標的として前駆体となる四糖の合成を1号機を用いて実施した。グリコシド結合の立体化学について一部完全に制御出来ていないが、単糖から四糖前駆体を28%の収率で自動合成することが出来た。本年度の目標としていたTMG-キトトリオマイシン四糖合成は、保護基の付いた前駆体までの合成に成功し、論文として発表した(Org. Lett. 2015, 17, 1525)。また、論文発表段階では不完全であった立体選択性についても、立体化学が単一の二糖から糖鎖伸長を行うことで、望みの立体化学を有するTMG-キトトリオマイシン四糖前駆体の合成を達成した。有機合成化学当初の計画に従って、平成27年度は以下の二項目について検討を行う。(1)合成の迅速化とスケールアップTMG-キトトリオマイシン合成をモデルとして、合成の迅速化とスケールアップを図る。特に糖鎖伸長1サイクルに要する時間を限界まで短縮する。(2)基質拡張

グルコース、マンノースといった一般的なヘキソースへと基質を拡張する。2位水酸基上の立体制御基について検討を行う。装置開発に必要な経費が不足しているため、装置改良はやや停滞しているものの、糖鎖ビルディングブロックの開発や生物活性糖鎖の合成はおおむね順調に進展しているため。注文した薬品が欠品であったため。今後の研究は以下の3点に絞って推進する予定である。(1)計算化学的手法による糖鎖ビルディングブロックの合理的設計:糖鎖ビルディングブロックの候補となる化合物はその保護基のパターンなどを考えると無数にある。そこで、あらかじめ計算化学的手法によって、電気化学的な活性化され易さなどを見積もることで、候補化合物を効率的に絞り込もうと考えている。(2)電気化学測定とモデル反応による評価:候補化合物は実際に合成して、酸化電位測定による評価と、実際のモデル反応を行って、収率を出すことで評価する予定である。(3)生物活性オリゴ糖の自動合成:オリゴグルコサミン関連では、キチナーゼの阻害作用を有するTMG-キトトリオマイシンを標的として自動合成を実施する。4月末までには使用予定。購入予定の試薬の在庫切れに伴い、納期が翌年度にずれ込んでしまったため。5月末までに予定通り購入し、実験を実施する予定。
配列選択的組込みにより安全な長期遺伝子発現を実現するトランスポゾンベクターの開発

ゲノムへの遺伝子組込みは、遺伝子治療やiPS細胞作製など、幅広く応用される。しかしながら、通常、組込み位置はランダムであるため、内在遺伝子付近への組込みにより、癌化等の変異を誘発する危険性がある。本研究ではこの危険性を低減するために組込み位置選択性を向上することを目的としている。前年度においては、標的配列を有するプラスミドDNAへの組込みにおいて、位置選択性を45倍向上可能であることを示した。しかしながら、遺伝子治療やips細胞作製においてはプラスミドDNAではなくゲノムに遺伝子を組込む必要があり、プラスミドDNAとゲノムではサイズや核内タンパク質との相互作用等に大きな違いがある。したがって、より厳密な評価のためには、組込み先のDNAとしてゲノムを用いて検討を行う必要があった。そこで本年度は、ゲノムへの組込みにおいて、位置選択性が向上可能であるかを検討した。細胞内へ導入したDNAを、配列選択的DNA結合タンパク質を用いてゲノム上の標的配列に固定した後、組込みを行う酵素であるphiC31インテグラーゼによって導入DNAをゲノムへ組込み、その組込み位置選択性を評価した。また、DNA結合タンパク質による標的配列への固定に十分な時間を検討するため、DNA結合タンパク質発現ベクター導入からphiC31インテグラーゼ発現ベクター導入までに1日または2日の時間差をおいた。加えて、組込まれるDNAを標的配列に固定するための、結合配列数が与える影響についても評価するため、0から66までの異なる数の結合配列をもつDNAを作製し、用いた。その結果、phiC31インテグラーゼ発現ベクター導入までの時間差が2日間、結合配列数418において、標的配列近傍への組込みが向上し、最大で対照群の26倍に達した。以上のように、本研究はゲノムへの組込みにおける位置選択性を大きく向上することに成功した。染色体への遺伝子組込みは遺伝子機能解析から細胞治療、遺伝子治療など幅広く応用される。しかしながら、現在の遺伝子組込み技術では、内在遺伝子近傍への組込みにより、細胞の変異を誘発する危険性がある。本研究では、変異の危険性の無い安全な遺伝子組込みの実現を目的とし、配列選択的な遺伝子組込み、及び副作用が生じた場合において組込んだ遺伝子の除去が可能なベクターの開発を試み、以下の研究成果を得た。1.配列選択的DNA結合蛋白質による配列選択的組込みの可否まず、配列選択的DNA結合蛋白質を用いて、piggyBacトランスポゾンの組込み位置選択性向上が可能であるかを検討した。その結果、piggyBacトランスポゾンの組込みは配列選択的DNA結合蛋白質により阻害されることが示された。この結果は、配列選択的DNA結合蛋白質によるpiggyBacトランスポゾンの組込み位置選択性向上が困難であることを示す一方、piggyBacトランスポゾンの組込み機構解明や、今後のベクター設計において有用な情報を提供するものでもある。次に、piggyBacトランスポゾンに代わりphiC31インテグラーゼを組込みに用いるベクターを新たに作製した。このベクターでは、配列選択的DNA結合蛋白質により組込みが阻害を受けることはなく、更に、標的配列付近へ組込まれる確率が向上することが示された。2.組込んだ遺伝子の除去可能性まず、トランスポゾンの染色体への組込みや、染色体からの再切り出しを担う酵素であるトランスポザーゼの働きを制御可能にするため、低分子化合物Shield1により安定性が変化する不安定化ドメインを融合させたトランスポザーゼの発現ベクターを作製した。次に、この不安定化ドメイン融合トランスポザーゼを用いることで、Shield1によりトランスポゾンの切り出し・組込みを制御可能であることを明らかにした。

当初は、piggyBacトランスポゾンと配列選択的DNA結合タンパク質の組み合わせにより、配列選択的組込みを実現する予定であり、そのためにpiggyBacトランスポゾンを有するプラスミドベクター並びに組込み先のモデルとしての標的ベクターを作製していた。この計画は、配列選択的DNA結合タンパク質がpiggyBacトランスポゾンの組込みを阻害することが平成23年度の研究により判明したため予定通りとはいかなかったものの、組込みシステムとしてpiggyBacトランスポゾンの代わりにphiC31インテグラーゼを用いるベクターを速やかに設計・作製し、実験を遂行したため、おおむね予定通りの達成度となった。平成23年度は配列選択的DNA結合タンパク質によりphiC31インテグラーゼの組込み位置選択性を向上可能であることを明らかにしたが、これは標的配列をもつプラスミドDNAへの組込みにより評価したものである。実際の遺伝子治療では、ゲノムDNAへの位置選択的組込みが必要となるため、今後は、標的配列とphiC31インテグラーゼの組込みに必要なattP配列がゲノム上に存在する細胞を作製し、このゲノム上の配列に対する選択的な組込みを評価する。
時計遺伝子Ｐｅｒｉｏｄの転写制御に関する新たなフィードバック機構の解析

時計遺伝子Periodの転写制御に関する新たなフィードバック機構について探索を行った。その結果、Period2と相互作用する新規転写因子を発見し、この新規転写因子はE-boxを介したBmal1/Clockによる転写活性化を抑制することを明らかにした。さらに、この新規転写因子はPeriod2タンパク質の核内移行を促進させることや、Casein kinase Iにより導かれる分解を抑制する事を明らかにした。これらの結果から、今回同定した新規転写因子はPer2との結合を介して新たな転写制御機構に関与する事が推察される。地球上の多くの生物には、睡眠覚醒や体温、血圧、ホルモン合成や免疫機能など様々な生理現象を支配する約24時間の概日リズムが見出される。哺乳類の体内時計の振動の自律性は、時計遺伝子群の機能に依存した複数の転写のネガティブフィードバック機構を基盤としている事が明らかとされているが、現在知られている転写フィードバック機構の解析だけでは概日リズム発振の分子機構を過不足無く説明する事はできない。そこで、本研究では時計遺伝子Periodに着目し転写制御に関する新たなフィードバック機構の可能性を検討した。本年度は振動性を示す時計遺伝子からBmal1のプロモーター上に結合する新規転写因子を同定した。さらにこの新規転写因子はPeriodと相互作用することでCry非依存的にBmal/Clockによる転写を抑制することが明らかとなった。一方でPeriodはカゼインキナーゼによりリン酸化を受けタンパク質分解へと導かれるが、この新規転写因子はPeriodタンパク質の安定性を増加させている事が明らかとなった。これらの事実は、時計遺伝子Periodの既知の機能として知られているPer/Cryによる抑制系とは全く異なる新知見である可能性が示唆される。今後はこのCry非依存的なPeriodによる転写抑制系のさらなるメカニズムを追求し生物の行動を支配する時計機能のシステムを明らかにする。本年度は暗期性の振動を示すBmal1遺伝子のプロモーター上に高い頻度でROREと新規配列が存在し、この新規転写因子とPeriodがBmal1遺伝子の転写を抑制することを見出した。そこで、この新規転写因子が時計遺伝子Periodタンパク質の挙動を制御している可能性について解析を行った。まず、HEK293T細胞にFlag標識したPer2と新規転写因子を一過性に発現させ、免疫沈降法によりそれぞれのタンパク質の結合について解析を試みた結果、新規転写因子とPer2タンパク質が相互作用することが明らかとなった。次にこのタンパク質間相互作用がPer2の挙動に与える影響について、細胞免疫染色、Western blotting、Per2タンパク質の半減期を測定することで評価した。COS7細胞を用いて細胞免疫染色を行った結果、Per2を単独発現させると細胞質、核ともに細胞全体に発現が認められるが、新規転写因子を共発現させるとPer2は主に核に移行することが明らかとなった。さらに細胞回収時に核および細胞質を分画しWestern blottingを行った結果、新規転写因子を共発現させる事で核内Per2発現量は著明に上昇した。さらに、Casein Kinase IによるPer2タンパク質分解を半減期を測定し評価したところ、新規転写因子によってPer2タンパク質の分解は抑制されることが明らかとなった。以上の結果から、新規転写因子はPer2タンパク質との相互作用を介してPer2の分解、核移行を制御する。本研究の遂行によって、新規転写因子とPeriodが時計遺伝子の転写制御に関する新たなフィードバック機構を形成する可能性があり、その機能制御を通じて概日リズム発振分子機構の確立に寄与できることが期待される。本研究では時計遺伝子Periodをターゲットとして、新たな転写制御機構を発見し、生物の行動を支配する時計機能のシステムを明らかにすることである。当初の計画では初年度はPeriodと相互作用しそうなタンパク質をスクリーニングし新たな抑制系のフィードバック機構を探索する予定であったが、初年度の段階で既にその分子を発見しまたCry非依存的な抑制系のメカニズムにまで踏み込んだ解析を行ったので、当初の計画以上に本研究は進展していると考える。25年度が最終年度であるため、記入しない。また、Period2のC末端側にGFPタグを付けたベクターを作成し、Period2::GFPおよび新規転写因子を共発現させPeriodタンパク質での細胞内局在変動蛍光顕微鏡を用いて解析を行う。
司法試験制度改革に伴う合格者像の変動予測システムの作成

申請者らは過去に、司法試験の合格定員を500名とした場合と700名に単純増員した場合に、将来の合格者像のどのように変化するかを、昭和58年から63年までの5年間の司法試験データと、マルコフ連鎖モデルを用いて解析し、司法試験制度改革案の定量的評価を行った。その後、法務省は平成元年から毎年合格者を増やし、合格定員900名に向けて段階的増員を実施している最中である。本研究は、この貴重な制度改革途上の司法試験データを収集・整理するとともに、900名への段階的増員案等の改革案の影響を評価するため、マルコフ連鎖理論に基づき、シミュレーション・モデルを作成し、合格者像の変動を予測できる計算機システムを構築することを目的とした。このため、昨年度は本補助金で高機能なアップルコンピュータ社のQuadra950を購入し、本年度、計算機上でシミュレーションを実施するための準備を行うと共に、主としてマルコフ連鎖モデルの理論的解析を進めた。最終年度である今年度は、法務省司法法制調査部の協力を得て、平成元年から平成4年度までの司法試験受験者・合格者のデータをコンピュータに入力し、作成したシミュレーション・モデルに投入することで、700名単純増員案、900名段階的増員案等の比較を行った。結果として、900名段階的増員案も受験の長期化・合格者の高齢化に歯止めを掛け得ないことが判明した。また、現在、ちょうど丙午生まれの世代が司法試験受験者の中核をなしているが、合格者像の変化に出生人口の極端な減少が影響していることも、本研究中に明らかになった。本研究で作成した計算機システムは簡単に使える状況なのので、司法試験制度改革案が合格者像に与える影響を、モデルを通した科学的な議論に乗せる態勢が整ったことになる。申請者らは過去に、司法試験の合格定員を現状維持(500名)した場合と700名に増員した場合に、将来の合格者像がどのように変化するかを、過去5年間の司法試験データと、マルコフ連鎖モデルを用いて解析し、司法試験制度改革案の定量的評価を行った。その後、法務省は平成2年から毎年合格者100名づつ増やす、合格定員900名に向けて段階的増員を実施している。本研究は、この貴重な制度改革途上の司法試験データを収集・整理するとともに、900名への段階的増員案、受験回数制限案、若年者優遇案等の各案に対応したシミュレーション・モデルを作成し、合格者像の変動を予測できる計算機システムを構築することを目的としている。本年度は、申請者らが先に法務省司法法制調査部と共同で開発したマルコフ連鎖モデルを各改革案に合わせて変更を加え、各種シミュレーション・モデルを作成する予定であった。このため、本補助金で高機能なアップルコンピュータ社のQuadra950と、マイクロソフト社の表計算ソフトExcelを導入した。しかし、アップルコンピュータ社の新OS(漢字Talk7.1)に関しては、同ソフトの開発工程のトラブルのためメーカ出荷が一時停止となり、当初の納入希望時期が1ヶ月遅くなるという不都合が生じたため、シミュレーション・モデルの作成作業は大幅に遅れた。結局、研究スケジュールの一部を変更し、計算機上でのシミュレーション実施を来年度に回し、本年度は主としてマルコフ連鎖モデルの理論的解析を進め、それらの成果を学会誌に発表した。なお、現在は購入したQuadra950上に従来モデルを移植する作業を行っている。この結果、最終年度までには当初の予定通りの研究成果を出す目処がついた。

申請者らは過去に、司法試験の合格定員を500名とした場合と700名に単純増員した場合に、将来の合格者像のどのように変化するかを、昭和58年から63年までの5年間の司法試験データと、マルコフ連鎖モデルを用いて解析し、司法試験制度改革案の定量的評価を行った。その後、法務省は平成元年から毎年合格者を増やし、合格定員900名に向けて段階的増員を実施している最中である。本研究は、この貴重な制度改革途上の司法試験データを収集・整理するとともに、900名への段階的増員案等の改革案の影響を評価するため、マルコフ連鎖理論に基づき、シミュレーション・モデルを作成し、合格者像の変動を予測できる計算機システムを構築することを目的とした。このため、昨年度は本補助金で高機能なアップルコンピュータ社のQuadra950を購入し、本年度、計算機上でシミュレーションを実施するための準備を行うと共に、主としてマルコフ連鎖モデルの理論的解析を進めた。最終年度である今年度は、法務省司法法制調査部の協力を得て、平成元年から平成4年度までの司法試験受験者・合格者のデータをコンピュータに入力し、作成したシミュレーション・モデルに投入することで、700名単純増員案、900名段階的増員案等の比較を行った。結果として、900名段階的増員案も受験の長期化・合格者の高齢化に歯止めを掛け得ないことが判明した。また、現在、ちょうど丙午生まれの世代が司法試験受験者の中核をなしているが、合格者像の変化に出生人口の極端な減少が影響していることも、本研究中に明らかになった。本研究で作成した計算機システムは簡単に使える状況なので、司法試験制度改革案が合格者像に与える影響を、モデルを通した科学的な議論に乗せる態勢が整ったことになる。
微視き裂の疲労寿命予測に関する研究

本研究の目的は、初期き裂の存在を仮定することなくき裂長さ0の状態からき裂成長曲線を推定するアルゴリズムの確立を目指すことである。1結晶粒程度以下の微視き裂領域の疲労寿命には、切欠が深い場合にはき裂発生寿命が短く、繰り返し負荷の影響をほとんど受けないことから静的条件下の降状応力を、また切欠が浅い場合にはき裂発生寿命が長く、繰り返し負荷の影響を考慮する必要があることから繰り返し条件下の降伏応力を用いる必要があることが判明した。1結晶粒程度以上の微小き裂および長いき裂の領域については、負荷過程中にき裂先端に引張塑性域が形成される区間に対応する応力拡大係数範囲ΔK_<RP>を疲労き裂伝播速度da/dNのパラメータとした疲労き裂伝播則を用いてこの区間の疲労寿命を推定すればよい。以上のことより、無欠陥材の応力集中場から発生・伝播するき裂のき裂成長曲線を初期き裂の存在を仮定することなくき裂長さ0の状態から推定でき、これまでのマイナー則よる疲労寿命評価では累積疲労損傷値が1となった時点で疲労損傷が生じるとしており、その時点のき裂長さについては明確ではないが、ここで用いたアルゴリズムでは具体的なき裂長さが疲労寿命との関係で議論できる素地ができた。微視き裂領域の寿命推定アルゴリズムの妥当性を検討するため、溶接止端部から発生・伝播する一定荷重振幅下における疲労き裂伝播試験を実施した。この場合、微小き裂領域の表面き裂のアスペクト比変化は引張残留応力の存在によって影響を受けることになる。そこで、溶接止端部から発生・伝播する表面き裂のアスペクト比変化を実験的に調査した。その結果、き裂合体成長過程においては発生する複数の表面き裂に対して、それらの干渉効果を考慮した単一の表面き裂に代表させ、その単一の表面き裂のアスペクト比変化がき裂深さに対して線形的に急激に減少するという実験式を提案した。また、合体完了後は川原らが指摘するように非均衡成長曲線に沿ってアスペクト比変化していくことが明らかとなった。さらに、残留応力が存在しない場合に比べて、発生・伝播する表面き裂の形状はより扁平な形状となることが判明した。今年度は、溶接止端部から発生・伝播する表面き裂のアスペクト比変化に関する研究に多大な労力と時間を費やす結果となり、微視き裂領域の寿命推定アルゴリズムの妥当性を検討するなど当初の研究計画が大幅に遅れているのが現状である。1結晶粒程度以上の微小き裂および長いき裂の領域については、負荷過程中にき裂先端に引張塑性域が形成される区間に対応する応力拡大係数範囲ΔK_<RP>を疲労き裂伝播速度da/dNのパラメータとした疲労き裂伝播則を、また1結晶粒程度以下の微視き裂の領域については、有効荷重範囲(最大荷重-RPG荷重)が一定の場合、き裂が最初の結晶粒界に達するまでは疲労被害を受ける塑性域先端位置は一定に保たれるものと仮定し、疲労被害を受ける領域寸法ωとΔK_<RP>の関係より等価なΔK_<RP>を与え、長いき裂の疲労き裂伝播則を用いてき裂長さ0の状態からき裂成長曲線を推定するアルゴリズムを提案した。そして、これまでに切欠底から発生・伝播する表面き裂のアスペクト比変化におよぼす応力比の影響ならびに表面き裂の応力拡大係数についてはある仮定に基づいて推定しているものの、深い切欠を有するCT試験片に対しては上記アルゴリズムの妥当性を実験的に確認した。そこで、切欠底から発生するき裂は多数点で発生するが、この複数の表面き裂の干渉効果を考慮し単一の表面き裂に代表させることにより、切欠底から発生・伝播する表面き裂のアスペクト比変化は、応力比が大きくなるほどより円形に近い形となることを明らかにし、アスペクト比変化におよぼす応力比の影響を定量的に表す実験式を導いた。この実験式を用いて、微小き裂領域の疲労き裂伝播挙動を調査した結果、微小き裂領域のda/dNとΔK_<RP>の関係は長いき裂に対する関係にほぼ一致し、切欠が深い場合、提案した発生と伝播の統一理論による疲労寿命評価法の妥当性が再度確認できた。

また、切欠が浅い場合、1結晶粒程度以下の微視き裂領域において、繰り返し条件下の降伏応力を用いて疲労寿命を推定することにより、初期き裂の存在を仮定することなくき裂長さの0状態から長いき裂に至る疲労寿命が推定でき、発生と伝播の統一理論による疲労寿命評価法の妥当性を確認した。
酵素機能を凌駕した人工脱水縮合反応の設計と薬理活性有機分子構築への応用

研究代表者が2002年に発表した「カルボン酸無水物を脱水剤に用いる縮合反応」を不斉合成反応へと展開し、ラセミ第2級アルコールの速度論的光学分割反応を開発した。この反応を用いて抗肥満薬テトラヒドロリプスタチン(THL)の高効率不斉全合成を達成した。さらに、これまで全く前例の無いラセミ2-アリールプロピオン酸の速度論的光学分割反応を見出し、(S)型のイブプロフェン(非ステロイド性抗炎症薬)をエナンチオ選択的に与える新手段を確立した。本合成法の開発により、従来使用されていた効果の低いラセミ体のイブプロフェンを純粋で活性の高い医薬品へと改良する技術が産業界に提供された。我々の研究室で開発した高効率脱水縮合反応はエステル、ラクトン、アミドならびにペプチド類を容易に与える実用性の高い手段として認知されるに至っている。本手法で用いる触媒をキラル分子とすることで不斉合成への展開が図れ、これまで酵素反応でも実現の難しかったラセミカルボン酸の速度論的光学分割、ならびに酵素反応の独壇場であったラセミアルコールの速度論的光学分割を人工的に行うことも可能になると考えられる。本申請研究においては下記3項目に焦点を当てて研究を遂行する。(i)選択的にカルボン酸と反応する脱水縮合剤の適切な構造を探索する。(ii)高エナンチオ選択性を与える触媒構造の精査を行う。(iii)化学選択性ならびに立体選択性の発現に求められるアキラルな求核剤ならびに求電子剤の構造最適化を行う。本年度は2系統の速度論的光学分割法(ラセミアルコールの不斉分割ならびにラセミカルボン酸の不斉分割)の各々についてパラメーターの最適化を図る予定であったが、前者の反応において非常に高い一般性が示されたことから基質適用性が大きく広がることになったので、本研究課題(ラセミアルコールの不斉分割)については平成22年度に繰り越してさらに詳細を検討した。その結果、(i)用いる縮合剤をPMBA(p-メトキシ安息香酸無水物)から脂肪酸無水物に変更したところ化学選択性の向上が達成された。(ii)ラセミアルコールの不斉分割に使用するアキラルカルボン酸の構造最適化をこころみ、ジフェニル酢酸が最も適したカルボキシル基のドナーとなることを明らかとした。(iii)さらに反応の遷移状態の解明も試み、エナンチオマー間の反応速度の差を密度汎関数法により決定することができた。これらの研究成果は学術論文として報告に至っている。前年度、ラセミアルコールおよびラセミカルボン酸のそれぞれの不斉分割のパラメーターの最適化を図る予定であったが、前者の反応において非常に高い一般性が示されたことから基質適用性が大きく広がることになったので、平成23年度は改めてラセミカルボン酸の速度論的光学分割における反応条件の最適化、用いる基質および試剤の構造精査を行った。(ii)触媒であるBTM(ベンゾテトラミソール)の構造を改変したところより高いエナンチオ選択性を与える新規触媒が発見された。(iii)ラセミカルボン酸の不斉分割に使用するアキラルアルコールの構造最適化を完了させた。すでに反応の遷移状態の解明も試み、エナンチオマー間の反応速度の差を密度汎関数法により決定できることを論文として報告することができた。筆者の見出した迅速な炭素ーヘテロ元素結合形成反応に不斉触媒を適用することで、従来ほとんど報告例のない不斉脱水縮合反応を開発することに成功した。

特に、これまで酵素反応でも実現の難しかったラセミカルボン酸の速度論的光学分割、ならびに酵素反応の独壇場であったラセミアルコールの速度論的光学分割を人工的に行うことにより、基質一般性に優れたキラル素子供給法の確立を続けている。14年目の研究によって入手可能な種々のラセミアルコールの速度論的光学分割を試み、(1)ベンジルアルコール型のラセミアルキルアリールカルビノールの速度論的光学分割、(2)フラン環やチオフェン環等のヘテロアリール基を有するラセミアルキルアリールカルビノールの速度論的光学分割、(3)C2対称性を有するベンジルアルコール型ラセミジオールの速度論的光学分割、(4)Ci対称性を有するベンジルアルコール型メソジオールの非対称化、(5)ラセミ2-ヒドロキシエステルの速度論的光学分割、(6)ラセミアルキルアルキニルカルビノールの速度論的光学分割、(7)ラセミ2-ヒドロキシアミドの速度論的光学分割、(8)ラセミ2-ヒドロキシケトンの速度論的光学分割、(9)ラセミ2-ヒドロキシラクトン(パントラクトン)の速度論的光学分割、(10)ラセミ2-ヒドロキシラクタムの速度論的光学分割、(11)抗肥満剤であるテトラヒドロリプスタチン(THL)の不斉全合成を達成し、本手段の有効性ならびに汎用性を幅広い基質で検証した。申請者は自ら開発した「置換安息香酸無水物法」の不斉バージョンを世界で始めて明らかとし、様々な光学活性カルボン酸エステルが生産できることを報告した。この方法では、遊離のカルボン酸とアルコールを原料として用いることができるため、基質一般性に富んだカルボン酸誘導体の不斉合成が可能となる。13年目の研究によって入手可能な種々のラセミアルコールの速度論的光学分割を試みたところ、(1)ベンジルアルコール型のラセミアルキルアリールカルビノールの速度論的光学分割、(2)フラン環やチオフェン環等のヘテロアリール基を有するラセミアルキルアリールカルビノールの速度論的光学分割、(3)C2対称性を有するベンジルアルコール型ラセミジオールの速度論的光学分割、(4)Ci対称性を有するベンジルアルコール型メソジオールの非対称化、(5)ラセミ2-ヒドロキシエステルの速度論的光学分割、(6)ラセミアルキルアルキニルカルビノールの速度論的光学分割が実現できることを確認した。特に本年度確立した(6)のラセミアルキルアルキニルカルビノールの速度論的光学分割法は、有用合成中間体の大量供給に役立つ画期的な反応であり、実際に抗肥満剤として知られているテトラヒドロリプスタチン(THL)の全合成に本手段を活用することができた。昨年度我々は、不斉触媒である(S)-β-Np-BTMの存在下、ピバル酸無水物を脱水縮合剤として用い、求核剤にジ(α-ナフチル)メタノールを作用させることで種々の2-アリールプロピオン酸類が効率良く速度論的光学分割(KR)され高い反応速度比を与える現象を発見した。ここで確立したKRは光学的に純粋な両鏡像異性体をそれぞれ調製したい場合には有効な手段となるが、ラセミ体を原料とする方法であるため収率が50%を越えないという原則に縛られる。一方、特定の条件の下で原料のラセミ化を促すことができれば、ルシャトリエの法則に則り理論上100%の収率で一方の鏡像体に収束させることも可能になる。そこで我々はこの概念をラセミカルボン酸の不斉エステル化に適用し、ラセミ体のカルボン酸から100%に近い収率で光学的にほぼ純粋なカルボン酸エステルを与える新奇反応、すなわちラセミカルボン酸の動的速度論光学分割法(DKR)の開発を試みることにした。
太陽彩層を紐解く：スペース観測で迫る彩層プラズマ運動と磁場構造

日米の太陽観測衛星ひので・IRISによる共同観測と数値シミュレーションを組み合わせた研究から、太陽コロナ加熱問題を解決する糸口となる、波動エネルギーが熱エネルギーへ変換される過程を捉えることに初めて成功した。両衛星によるプロミネンスの共同観測からこれまでに知られていない特異な運動を検出し、その成因を調べた結果、コロナ加熱を引き起こすとされる波動の熱化に伴う現象であることがわかった。この現象には共鳴吸収という物理過程が関わっており、これが観測されたのは初めてである。観測的研究が極めて難しいとされるこの過程を実証的に調べた意義は大きく、今後波動によるコロナ加熱問題解明へ弾みが付くと期待される。本研究課題で使用する主要装置の1つ、太陽観測衛星「IRIS」が2013年6月末に無事打ち上げられ観測を開始した。これに伴い、申請者は衛星運用拠点であるロッキードマーティン太陽天体物理学研究所に長期滞在し、IRISチームメンバーとともに初期運用に参加した。研究のためのデータを取得すると同時に、解析に必要となるデータ較正も行った。特に、衛星指向安定精度の解析を集中的に行い、地球を周回する際に起こる視野の変動の特性などを調べ、機上ソフトウェア改修などに貢献した。その結果、周回変動による視野ずれを1秒角以下に、指向精度を3秒角以下に抑えることができ、衛星「ひので」との共同観測開始に必要な条件を整えた。この成果の一部はIRISの装置論文(De Pontieu et al. 2014, Solar Physics)に掲載され、申請者も共著者として名を連ねている。続いて、「IRISーひので」の共同観測を実施し、両衛星によるプロミネンス(太陽大気コロナに浮かぶ低温プラズマ)のデータを取得した。IRISの多波長データ間の位置合わせから始まり、「ひので」可視光望遠鏡(SOT)のデータとの位置合わせ、そして衛星「SDO」の極紫外線望遠鏡(AIA)も含めて解析を行っている。この解析で、SOTのカルシウム線データから、プロミネンスを構成する筋状構造が大きく振動しているほど早く消失することがわかり、同時にIRISデータからは当該箇所で非熱的速度が大きいことが示された。また、カルシウム線(1万度)の構造が消えてもIRISのシリコン線(8万度)の構造は同一場所にしばらく存在していることから、当該箇所では磁力線を伝わる波動が散逸し、加熱しているのではないかと考えられる。現在、この結果について精査・物理的メカニズムについて議論しており、2014年度前半には論文として投稿予定である。2013年度に打ち上げられた太陽観測衛星「IRIS」が定常運用に入り、太陽観測衛星「ひので」との共同観測を積極的に進めている。特に、日本人唯一の「IRIS」科学運用メンバーとして、両衛星による観測対象の精密な位置合わせなどの調整を行い、良質の共同観測データ取得に努めている。そのような共同観測データの中から、太陽プロミネンスのデータ解析を実施した。プロミネンスを構成する微細構造が上下に振動することは「ひので」の観測で既に知られていたが、この上下振動に加えて視線方向の振動が「IRIS」で捉えられた。これらの振動パターンが通常考えられるものとは異なることを発見し、この現象について考察を行った。「IRIS」の観測波長であるマグネシウム線は輻射輸送過程が複雑であるため、観測データの他に共同研究者による輻射輸送計算や数値実験も加味することで、「共鳴吸収」と呼ばれる物理現象が微細構造の表面で起きていると結論づけた。共鳴吸収は太陽コロナにおける波動の散逸の有力な候補とされているが、観測的な証拠は見つかっていなかった。この解析は初の発見例であり、現在この成果について学術誌に投稿中である。続いて、同じくプロミネンスの共同観測データより、特異な活動現象を見出したので解析を行った。この現象は「ひので」の観測によるプロミネンス中に突如明るい筋状構造が連なって現れ、上昇した後プロミネンスの一部となるものである。「IRIS」の視線方向速度情報から、この上昇は回転の一部であることがわかり、何らかの原因によりプロミネンスを構成する磁場がねじられている、あるいはねじれがほどけているものと考えられる。現在、この物理過程について考察を進めている。「ひので」「IRIS」の共同観測によるプロミネンスのデータを解析し、プロミネンス中に突如出現する、束状になった複数の微細構造について調べた。この構造と現象の特徴として、個々の微細構造は水平に細長く、既存のプロミネンスより明るく光りながら次々と鉛直上昇することが挙げられる。「ひので」による動画から、この2次元的運動の軌跡は正弦波形を示し、その見かけの上昇速度は最大55 km/s、周期は390秒程度であった。「IRIS」による観測から、微細構造の束の下端では奥向きのドップラーシフトが、上端では手前向きのドップラーシフトが捉えられた。その最大速度はどちらも40 km/s程度で、これらの観測事実を踏まえると、これはプロミネンスの回転を捉えたものであると考えられる。しかし、この現象発生時、既存のプロミネンスの成分(ほぼ静止速度)は現象発生の前後でも「IRIS」のスペクトル上で変わらず存在しており、これは新たな成分がスペクトル上の青側、赤側にそれぞれ出現したことを意味する。さらに、この現象はフレアやプロミネンス噴出とは関係がない。これらを総合すると、これはプロミネンス全体が回転しているのではなく、その一部のみの現象であると考えられる。

そして、これらの観測結果を全て説明するものとして、緩くねじれたプロミネンス磁場と外部の直線的な磁場が磁気リコネクションによりつなぎ替わり、プロミネンスのねじれが部分的にほどけていると解釈するのが最もふさわしいという結論に達した。この研究は、定常状態でのプロミネンス磁場のねじれを明らかにした点で、プロミネンス噴出などに関する他の研究とは異なり、意義深いものである。日米の太陽観測衛星ひので・IRISによる共同観測と数値シミュレーションを組み合わせた研究から、太陽コロナ加熱問題を解決する糸口となる、波動エネルギーが熱エネルギーへ変換される過程を捉えることに初めて成功した。両衛星によるプロミネンスの共同観測からこれまでに知られていない特異な運動を検出し、その成因を調べた結果、コロナ加熱を引き起こすとされる波動の熱化に伴う現象であることがわかった。この現象には共鳴吸収という物理過程が関わっており、これが観測されたのは初めてである。観測的研究が極めて難しいとされるこの過程を実証的に調べた意義は大きく、今後波動によるコロナ加熱問題解明へ弾みが付くと期待される。2013年に衛星「IRIS」が打ち上げられ、1年以内に査読論文を出版する予定であったが、現時点で「投稿中」である。研究実績の概要に記載した研究内容について、解析は完了し、年度前半には既に査読誌への投稿を済ませていたが、査読者の審査を通らなかった。一方、国際会議での講演や多くの海外研究者との個人的議論では本研究は高く評価されており、賛否のある研究結果であるといえることから大幅な変更や中止はせず、引き続き進めていく。太陽物理学両衛星の科学運用、及び進行中のデータ解析は引き続き進める。これらに並行して、本研究課題の1つであるプロミネンス形成に関し、海外研究者との共同研究推進を推進する。観測提案提出や解析手法など昨年度中に何度か議論しており、2015年度以降新たな解析を実施する予定である。太陽観測衛星「IRIS」が無事に打ち上がり、設計通りの精度で観測が行われている。これまでに高空間分解能・高時間分解能で観測したことのない波長域であり、計画通りの性能が出ていることは本研究にとっても非常に重要である。このことにより、「ひので」との共同観測を有意義に実施できている。この点を活かしてプロミネンス、スピキュールなどの構造を観測し、十分成果につながる観測データが取得できている。しかし、2つ以上の衛星データの位置合わせは事前の予想通り困難を伴い、研究計画に記載した通りの進展速度で進行している。この過程を加速させれば成果算出を迅速に行うことができるかもしれないが、衛星の初期データは予期せぬ様々な較正が必要であり、解析ミスや誤解釈を未然に防ぐためにもやや時間をかけて慎重に研究を進めている。これを踏まえても、「研究実績欄」に記載した研究成果については既にいくつかの国内外の研究会・学会等で講演・議論し、トップレベルの科学成果であるとの評価を得ているため、順調に進展していると言える。当科研費は主に会議出席のための旅費や参加費としていただいている。ゆえに、国内会議用としては3万円、海外旅費としては20万円以下では使用用途がなく、繰り越して翌年度分と合算するのが適切な使用であると考えている。
モンス-ンアジア域での複数の衛星データを用いた大気-陸面相互作用動態解析

本年度は本科学研究費の最終年度であり,この研究課題で得られた知見を列挙すると以下の通りになる:●本科研費で開発・導入した分光放射自動計測システム+これまでのモニタリングシステムで得られた知見として,温帯湿潤環境下の草地(筑波大陸域環境研究センター実験圃場)においては草の生長は従来式(AVHRR相当)でも新分光放射計測システム(MODIS相当)でも生長を捉えることが可能であるが,盛夏秋にかけて草が枯れていくフェーズではAVHRR typeの広い分光放射データでは正確なモニタリングは困難であり,より波長分解能の細かなデータが地表面過程変化モニタリングに対し必要である.●植生指標と地表面温度の組み合わせから得られる情報(VI-Ts法)をモンスーンアジア域に適応させることにより,チベット高原の特殊な地表面応答特性が明らかになった.(Higuchi et al., 2006.受理[印刷されていないため,研究成果には未記載])●複数の衛生データから得られたデータセットを同一空間分解能・扱える期間全ての元データを用いて気候値を作成し始めている.初期成果として,降水量(TRMM-PR),植生量(PAL-NDVI),熱ストレス指標(PAL;表面温度とNDVIから算出)を組み合わせて表示(RGB合成)することにより,降水(水インプット)に対し,陸面の応答特性に地域差(特にモンスーンアジアの複雑性)を図化可能であることを示した.本研究課題は,これまで培ってきたGAMEデータおよび日本で展開されている観測データを複数の衛星データセットと共に解析を進めることで,多様な地表面状態を有すモンスーンアジア域での大気-陸面相互作用理解の深化を目指す.そのため,以下に示す様々な時空間スケールでの解析作業を行う.1.観測スケールでの衛星代替データによる,陸面過程(特に植物季節)に関する理解,およびsub-gridスケール(1km以下)での大気-陸面相互作用の動態理解.2.衛星データでの統一的な解析手法による,モンスーンアジア地域の陸面特性の把握(領域全体を俯瞰するスケールでの衛星解析).3.モンスーンアジア域の降水特性の深い理解,現状把握(2.と同様).4.地表面過程の理解によって改良された炭素循環過程(NPP)モデリング,5.衛星データを同化(降水・陸面過程)した際の炭素循環過程へのインパクト計算.5.が最終目標である.モデル解析でも複数の降水データセットを用い5.を実施することは可能であるが,1.-4.の解析を行うことにより,空間分布特性・物理・生態過程に関し,より深い理解を持って改良を施すことができると考えている.本年度の進捗状況としては以下の点が挙げられる.a.次世代高波長分解能衛星データの有効利用に関わる分光放射計の設置.b.衛星データ(Freeで取得できるデータを中心とした)の取得・データベース化.c. TRMMデータを用いた降水過程,特にモンスーンアジア陸域の解析.d.モンスーンアジア全域での地表面動態解析.a.は,地上設置型の分光放射計を本科学研究費で購入し,筑波大学陸域環境研究センター実験圃場に設置した.b.は本科研費でデータサーバを導入し,MODIS, SPOT-VEGETATION, PAL等の衛星データセットを収集し,データベース化した.c.はデータ精査から,降水過程に関する知見が増えつつある.d.は現在予備的な解析結果をまとめ,投稿中である.今年度の研究実績をまとめると以下の通りとなる.1.フェノロジー同定アルゴリズムの開発以前から稼働させているAVHRR相当の分光放射特性観測結果を用いて(2000-2003の4年分),従来から用いられている植生指標の季節変化に年々変動が認められた.ただし,秋冬にかけての紅葉・減衰期の変化特性が従来式の植生指標では表現し切れておらず,新たにPhenology Indexを考案することによって,紅葉・減衰期を2期に分離できうる可能性を示した.この指標はAVHRR等の波長分解能の粗いセンサでも使えるため,過去のAVHRRデータも利用可能である.2.既存の衛星データによる陸面及び降雨特性に関する解析前年度に引き続き解析を進めている.今年度の成果としては,水文学的に意味のある分水嶺に着目したTRMMデータの解析例(松原ほか,2005[水文・水資源学会誌,印刷中])や,TRMMデータを元に月毎の0.2°降水量データセットを作成し,PAL等の陸面過程データとの気候学的な関係についての考察を加えつつある状態にある.なお,当初計画書に記載してあった,炭素循環過程モデリングに関しては,代表者の異動等々の条件が重なり,並列計算機の導入を見合わせ,データストレージに割り当てることとなったため,今年度に関しては進捗は見られなかった.次年度(最終年度)の課題である.本年度は本科学研究費の最終年度であり,この研究課題で得られた知見を列挙すると以下の通りになる:●本科研費で開発・導入した分光放射自動計測システム+これまでのモニタリングシステムで得られた知見として,温帯湿潤環境下の草地(筑波大陸域環境研究センター実験圃場)においては草の生長は従来式(AVHRR相当)でも新分光放射計測システム(MODIS相当)でも生長を捉えることが可能であるが,盛夏秋にかけて草が枯れていくフェーズではAVHRR typeの広い分光放射データでは正確なモニタリングは困難であり,より波長分解能の細かなデータが地表面過程変化モニタリングに対し必要である.

●植生指標と地表面温度の組み合わせから得られる情報(VI-Ts法)をモンスーンアジア域に適応させることにより,チベット高原の特殊な地表面応答特性が明らかになった.(Higuchi et al., 2006.受理[印刷されていないため,研究成果には未記載])●複数の衛生データから得られたデータセットを同一空間分解能・扱える期間全ての元データを用いて気候値を作成し始めている.初期成果として,降水量(TRMM-PR),植生量(PAL-NDVI),熱ストレス指標(PAL;表面温度とNDVIから算出)を組み合わせて表示(RGB合成)することにより,降水(水インプット)に対し,陸面の応答特性に地域差(特にモンスーンアジアの複雑性)を図化可能であることを示した.