hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
大規模メニーコアプロセッサの超高速エミュレーションに関する研究

本研究では,汎用計算を支援するアクセラレータとしても注目されているFPGA(field-programmable gate array)を用いて,サイクルレベルの精度を維持したまま数千個のコアを搭載する大規模メニーコアプロセッサの挙動をエミュレーションする超高速システムの開発に取り組んでいる.開発するシステムは,メニーコアアーキテクチャの研究開発および,メニーコアプロセッサのためのシステムソフトウェアやアプリケーションプログラムの研究開発を加速するものである.平成30年度は,まず大規模なNoCのエミュレーションを対象とするトレース駆動シミュレーションを効率的に実現する方式の開発をおこなった.この方式はオフチップへのメモリ参照の遅延を隠蔽するとともに,必要とするFPGA資源の削減と動作周波数の向上を達成する.この成果はダブリンで開催された国際会議International Symposium on Field-Programmable Logic and Applications (FPL 2018)に採録されて発表をおこなった.また,ターゲットとするメニーコアプロセッサで採用するプロセッサコアとしては,学術的に広く用いられているMIPSアーキテクチャに加えて,オープンなアーキテクチャという点で注目を集めているRISC-Vアーキテクチャのソフトプロセッサの開発および検討をおこなった.特に,必要とするメモリサイズを削減するために用いられる圧縮命令を用いる場合の命令フェッチユニットにおける問題点を明らかにするとともに,その問題点を効率的に解決するアーキテクチャの開発をおこなった.平成30年度には,本研究で開発を目指している超高速エミュレーションのための方式検討として,これまでに開発してきた実行駆動のシミュレーション手法等をベースに,トレース駆動シミュレーションを効率的に実現する方式を開発することができた.また,昨年度に構築したPCクラスタを拡張するとともに,ファイルサーバを追加することでシミュレーション環境を大幅に改善した.これらの環境は,超高速エミュレーションの方式検討およびソフトプロセッサの開発を迅速に進めるうえで不可欠なものであった.これまでに構築したNoCをターゲットとする超高速エミュレーションシステムを活用して,新しいルーティングアルゴリズムの実装および性能評価をおこなった.これを通じて,構築したエミュレーションシステムの有用正を明確に示すことができた.今後,大規模メニーコアプロセッサの超高速エミュレーションシステムの実装および有用正の検証を進めていく.当初からの懸念事項として挙がっていた通り,HMCは最新のメモリであるためその高速かつ安定するメモリコントローラの実装とデバッグの作業が遅れている.このため今年度は広く用いられているDRAMを搭載するFPGAボードをターゲットに研究を進めた.HMCが安定動作するようになり次第,これを搭載するFPGAカードに移行していく.最終年度である本年度は,Verilog HDLによってレジスタトランスファレベルで記述された大規模メニーコアプロセッサをクロックサイクルのレベルで正確かつ高速にエミュレーションする超高速エミュレーションシステムを構築し,定量的な評価によりその有用性を明らかにする.また,構築する超高速エミュレーションシステムに関する研究成果を論文発表として積極的に発信していく.これまでに開発してきたFPGAに適したNoCのエミュレーションシステムを構築するための効率的な時分割手法と制御方式,平成30年度に開発した効率的にトレースデータを用いるエミュレーション手法の研究成果をベースにして,プロセッサコアのモジュール,メモリシステムのモジュール,通信のためのモジュールをNoCにより統合して,目指しているエミュレーションシステムを構築する.また,これまでに構築したPCクラスタシステムおよびFPGAシステムを用いて,ソフトウェアシミュレーションによる挙動とエミュレーションによる挙動がサイクルレベルで一致することを確認する動作検証の作業を実施する.これらのシステムを活用して,構築するシステムの定評的な評価を実施する.また,ドキュメント等を整備しつつ本研究で得られた成果をウェブで公開していく本研究では,汎用計算を支援するアクセラレータとしても注目されているFPGA(field-programmable gate array)を用いて,サイクルレベルの精度を維持したまま数千個のコアを搭載する大規模メニーコアプロセッサの挙動をエミュレーションする超高速システムの開発に取り組んでいる.開発するシステムは,メニーコアアーキテクチャの研究開発および,メニーコアプロセッサのためのシステムソフトウェアやアプリケーションプログラムの研究開発を加速するものである.初年度の平成28年度は次の主な成果を得た.まず,これまでに開発してきたNoCエミュレータをベースとして,新たにトレースデータを用いた高速エミュレーション技術の検討をおこなった.見積もったDRAMのバンド幅やエミュレーション中の依存関係を考慮すると,これまで検討してきた時分割のエミュレーション手法が効果的であることを確認した.次に,これまで検討してきたメッシュトポロジーのネットワークに加えて,ファットツリーを高速エミュレーションする手法を開発し,その実用性を確認した.大規模メニーコアプロセッサのエミュレーションにおいては,そのネットワークトポロジーを柔軟に変更できることが好ましい,その実現に向けた試みの1つである.外部メモリからFPGAにデータをロードする際のレイテンシに対処しつつ,その外部メモリの限られたバンド幅を有効活用することが超高速エミュレーションの鍵となる.そのために,次世代メモリであるHybrid Memory Cube (HMC)を搭載するFPGAボードを活用する.初年度は,ハードウェア環境の整備としてHMCを搭載するFPGAボードを有するシステムを構築し,その動作検証をおこなった.次世代メモリであるHybrid Memory Cube (HMC)を搭載するFPGAボードを有するシステムを構築したが,HMCのメモリコントローラが成熟していないといった理由から,HMCの性能評価まで進めることができなかった.HMCの活用を含むハードウェア環境の整備については,平成29年度に重点的に進めていく予定である.エミュレーションの対象となる大規模メニーコアプロセッサのアーキテクチャを策定して,そのアーキテクチャの動作を模倣するソフトウェアシミュレータの実装の作業を進めた.

C言語で記述されるシミュレータに加えて,Verilog HDLに近い記述でコーディングをしながら高速な並列シミュレーションが可能なArchHDLと呼ばれる言語の活用により高速な処理を目指しているが,それでも大規模メニーコアプロセッサのシミュレーションには莫大な時間を要する.平成29年度には,数台の計算サーバを導入して,このシミュレーションの効率を向上させる予定である.本研究では,汎用計算を支援するアクセラレータとしても注目されているFPGAを用いて,サイクルレベルの精度を維持したまま数千個のコアを搭載する大規模メニーコアプロセッサの挙動をエミュレーションする超高速システムの開発に取り組んでいる.開発するシステムは,メニーコアアーキテクチャの研究開発およびメニーコアプロセッサのためのシステムソフトウェアやアプリケーションプログラムの研究開発を加速するものである.得られた実績の一部を国際会議にて発表した.構築しているNoCをターゲットとする超高速エミュレーションシステムの有用性を示す事例として,Enhanced Long Edge Firstと呼ばれる新しいルーティングアルゴリズムを提案し,構築しているFPGAエミュレーションシステムを用いて大規模NoCをターゲットとする性能評価をおこなった.この成果はソウルで開催された国際会議MCSoC 2017に採録されて発表をおこなった.平成29年度には,これまでに開発してきた実行駆動のエミュレーション手法に加えて,メニーコアプロセッサのフルシステムのエミュレーションのために必要となるトレース駆動のエミュレーション方式の検討を進めた.この結果を用いてフルシステムのエミュレーションで必要となるオフチップメモリのアクセスレイテンシを評価し,それを隠蔽するための手法について検討を行った.今後,別途に開発しているメニーコアプロセッサのメモリシステムおよびプロセッサコアと統合して大規模メニーコアプロセッサのエミュレーションシステムへと拡張していく予定である.加えて,平成29年度には,超高速エミュレーションのための方式検討,超高速エミュレーションシステムの評価のために利用するPCクラスタのシステム(計算サーバシステム)を構築した.
ハレアカラ山頂での光学観測による木星衛星イオ火山起源ガスのプラズマ化過程の研究

本研究におけるハワイ・ハレアカラ山頂での光学観測は、ハワイ大学天文学研究所所属のハレアカラ高高度観測所において、木星が地球に最接近する衝に近い時期の毎年2月から3月にかけての約1ヶ月間実施された。イオプラズマトーラス中の硫黄イオン発光の観測は、平成14年度は口径28cmのシュミットカセグレン望遠鏡に干渉フィルターと冷却CCDカメラを接続した装置による撮像観測として予備的に実施された。平成15年度には波長分解能60,000を達成するファブリーペローイメージャーを新たに製作して口径35cmのシュミットカセグレン望遠鏡に接続して観測を実施し、平成16年度もこれを継続した。ファブリーペローイメージャーによりドップラー観測が可能となり、イオプラズマトーラス中の硫黄イオンの発光強度、硫黄イオンのバルク速度およびその木星磁場共回転速度力らの遅れ、イオン温度(磁場並行および磁場垂直方向)の2次元分布が得られるようになった。イオ火山起源中性ナトリウム原子の共鳴散乱発光の観測は、視野角5°40′の広視野単色撮像装置を用い、木星を中心として木星赤道方向に±400木星半径にわたって拡がるナトリウム雲の観測を毎年実施したが、平成16年度にはこれに加えてハレアカラ山頂の米国空軍研究所所属の口径3.7mAEOS望遠鏡に上記ファブリーペローイメージャーを接続し、補償光学装置も併用したイオ極近傍のナトリウム原子共鳴散乱発光の観測に成功した。2003年2月から3月にかけて、木星衝直後の新月をはさむ約1ヶ月の期間にわたり、ハワイ・マウイ島・ハレアカラ山頂のハワイ大学ハレアカラ観測所において以下の観測を行った。1口径28cmのシュミットカセグレン望遠鏡に千渉フィルターと冷却CCDカメラを接続した装置により、木星衛星イオのプラズマトーラス中の硫黄イオン発光(波長671.6nmおよび673.1nm)強度の空間分布、およびイオ火山ガス起源の中性ナトリウム原子の共鳴散乱光強度の空間分布の観測を行い、20晩のデータを取得した。2専用の広視野単色撮像装置(視野全角5゚40′)により、木星を中心として木星赤道面方向に±約400木星半径にわたって拡がるナトリウム雲による共鳴散乱光強度の空間分布の観測を行い、18晩のデータを取得した。これらの観測データはこれから解析が進められ最終結果を得るのは平成15年度に入ってからとなるが、観測そのものは天候とシーイング条件に恵まれ成功であった。2002年7月29日8月2日に米国メリーランド州ローレルのジョンスホプキンス大学応用物理学研究所で開催された「外惑星の磁気圏2002会議」において、我々が過去(2002年1月まで)にオーストラリア・アリススプリングスおよびハワイ・ハレアカラ山頂において行った観測成果を中心に7件の発表を行った。これらのなかで主要なものとして、イオプラズマトーラスの硫黄イオン発光強度および発光強度比から見積もられる電子密度が1997年から2001年にかけて減少を示したことを見いだしたことがあげられる。2004年2月から3月にかけて、木星衝直前の新月をはさむ約1ヶ月の期間にわたり、ハワイ・マウイ島・ハレアカラ山頂のハワイ大学ハレアカラ観測所において以下の観測を行った。1.観測装置は、光路切り替えによってファブリーペローイメージャーまたはフィルター分光イメージャーとして使用できるものを製作した。ファブリーペローイメージャーとしての波長分解能は約30,000、フィルター分光イメージャーとしての波長幅は約2nmの性能をもつ。2.上記観測装置を口径35cmのシュミットカセグレン望遠鏡に結合し、木星衛星イオのプラズマトーラス中の硫黄イオン発光輝線(波長671.6nm)およびイオ火山ガス起源の中性ナトリウム原子による共鳴散乱発光輝線(波長589.0nm)のドップラー変位・ドップラー幅および発光強度分布の観測を行い、14晩のデータを取得した。3.さらに広視野単色撮像装置を用い、木星を中心として木星赤道方向に±約400木星半径にわたって拡がるナトリウム雲による共鳴散乱発光強度の空間分布の観測を行い、14晩のデータを取得した。

これらの観測データはこれから解析が進められ最終結果を得るのは平成16年度に入ってからとなるが、今期の観測では日本国内では得られない良好なシーイング条件により、初めて硫黄イオンおよびナトリウム原子のドップラー観測を行うことができた。観測結果との比較によりイオ起源ナトリウム原子の高速化の物理過程を解明するために、シミュレーションコードの開発を行った。1)木星衝にできるだけ近い2005年2月から3月にかけて、新月をはさむ約1ヶ月の期間にわたり、ハワイ・マウイ島・ハレアカラ山頂のハワイ大学ハレアカラ観測所および米国空軍研究所マウイ観測所において以下の観測を行う。本報告書の記入は観測直前の時点である。1.観測測装置は、波長分解能約30,000のファブリーペローイメージャーを口径35cmのシュミットカセグレン望遠鏡および空軍研究所の3.7mAEOS望遠鏡に結合し、木星衛星イオのプラズマトーラス中の硫黄イオン発光輝線(波長671.6nm)およびイオ火山ガス起源の中性ナトリウム原子による共鳴散乱発光輝線(波長589.0nm)のドップラー変位・ドップラー幅および発光強度分布の観測を行う。2.さらに広視野単色撮像装置を用い、木星を中心として木星赤道方向に±約400木星半径にわたって拡がるナトリウム雲による共鳴散乱発光強度の空間分布の観測を行う。これらの観測データは3月末に帰国後解析が進められ最終結果を得るのは平成17年度に入ってからとなる。観測結果との比較によりイオ起源ナトリウム原子の高速化の物理過程を解明するための、シミュレーションコードの開発が平行して進められた。2)2004年3月までの観測結果およびその解釈を、2004年11月に米国ケンタッキー州ルイビルで開催された米国天文学会惑星分科会において発表した。
ヒトヘルペスウイルス6(HHV-6)の潜伏感染機構の解析

ヒトヘルペスウイルスは、単純ヘルペスウイルス等のa亜科、サイトメガロウイルス(CMV)、ヒトヘルペスウイルス6 (HHV-6)、ヒトヘルペスウイルス7 (HHV-7)の属するb亜科、EBウイルス等のg亜科の3亜科に大別される。ヘルペスウイルスは潜伏感染・再活性化という性質を共通して持つが、その機序は各々の亜科間でかなり異なると考えられる。我々は、b亜科に属するCMVおよびHHV-6の潜伏感染部位の決定、潜伏感染関連遺伝子の同定を行ってきた。また、in vivoでのCMVの潜伏感染、再活性化の追跡システムを作製し、検討を行った。この結果、両ウイルスに共通の性質として以下の2種類の潜伏感染関連遺伝子が見出された。I.CMV及びHHV-6の増殖性感染は、前初期遺伝子IE1/IE2によって正方向に導かれる。潜伏感染時には、このIE1/IE2の5'非翻訳領域に潜伏感染特異的な構造を持つものが発現しているが、IE1/IE2の蛋白は検出感度以下である。II.潜伏感染時には、このIE1/IE2と反対向きのDNAから転写されるアンチセンスRNAが発現される。また、このアンチセンスRNAは、CMVにおいて、55アミノ酸(a.a.)、59aa,152aa,154aaの短いopen reading frameを持ち、HHV-6において、279aa,91aa,160aaの短いopen reading frameを持っていた。ヘルペスウイルスの潜伏感染・再活性化が免疫系に与える影響を解明することを目的として、ヒトヘルペスウイルス6(HHV-6)の潜伏感染・再活性化の機序を検討した。その結果、HHV-6の潜伏感染時に特異的に発現するmRNA及び再活性化時に特異的に発現するmRNAを見出した。潜伏感染時に発現するmRNAは、HHV-6の調節遺伝子IE1/IE2と同じ向きにコードされるsense transcriptと逆向きにコードされるanti-sense transcriptである。sense transcriptは、潜伏感染時に発現するが、完全増殖性感染時には発現しない。また、anti-sense transcriptは複雑にスプライスしたmRNAで、潜伏感染、再活性化、完全増殖の各々の時期に特徴的なalternative splicingを生ずる。潜伏感染及び再活性化において特異的に発現するmRNAが見出されたのは初めてのことである。この様なphase specificなmRNAの存在は、潜伏感染の再活性化という現象が、これまで考えられていたように潜伏感染と完全増殖性感染の2つの相庭枯れているのではなく、潜伏、再活性化、完全増殖の3つの相に分かれていることを示唆している。この知見は、今まで不明であった潜伏感染・再活性化の機序を明らかにするために重要であると考えられる。さらに、これらのmRNAの存在は、HHV-6の潜伏感染が動的な状態であることを示しており、その宿主細胞であるマクロファージ及び神経膠細胞に対する影響が示唆された。ヒトヘルペスウイルスは、単純ヘルペスウイルス等のa亜科、サイトメガロウイルス(CMV)、ヒトヘルペスウイルス6(HHV-6)、ヒトヘルペスウイルス7(HHV-7)の属するb亜科、EBウイルス等のg亜科の3亜科に大別される。また、in vivoでのCMVの潜伏感染・再活性化の追跡システムを作製し、検討を行った。I.CMV及びHHV.6の増殖性感染は、前初期遺伝子IE1/IE2によって正方向に導かれる。潜伏感染時には、このIE1/IE2の5非翻訳領域に潜伏感染特異的な構造を持つものが発現しているが、IEl/IE2の蛋白は検出感度以下である。

II.潜伏感染時には、このIEl/IE2と反対向きのDNAから転写されるアンチセンスRNAが発現する。また、このアンチセンスRNAは、CMVにおいて、55アミノ酸(a.a.)、59aa,152aa,154aaの短いopen reading frameを持ち、HH-6において、279aa,91aa,160aaの短いopen reading frameを持っていた。
遺伝子導入法・RNAi法をもちいたミツバチ脳キノコ体神経発生の分子基盤の解析

本研究では、昆虫における変態期の組織再構成・神経回路再構築に重要な機能をもつ脱皮ホルモン受容体に着目し,そのN末端転写活性化ドメインの構造的・機能的進化を解析している。昨年度までに,N末端転写活性化ドメインに進化的に保存された複数のマイクロドメイン構造を見出している。今年度は、昆虫の脱皮ホルモン受容体(EcR)のN末端転写活性化ドメインの転写調節機能を解析する目的で、(1)細胞内一分子イメージング法(Fluorescence Correlation Spectroscopy ; FCS)をもちいた脱皮ホルモン受容体B1アイソフォームN末端転写活性化ドメインの他因子との相互作用様式の解析、および(2)ルシフェラーゼアッセイをもちいた脱皮ホルモン受容体N末端転写活性化ドメインの機能解析をおこなった。さらに,(3)Pull-downassayをもちいた脱皮ホルモン受容体B1アイソフォームN末端転写活性化ドメイン相互作用因子の検出をおこなった。(1)の結果,ショウジョウバエS2培養細胞細胞核において,完全変態昆虫に固有な(K/R)RRW motifがタンパク質間相互作用に関与することが明らかとなった。(2)の結果,N末端転写活性化ドメインに存在する進化的に保存されたマイクロドメイン構造の中から,ショウジョウバエS2培養細胞において転写促進活性をもつマイクロドメイン((K/R)RRW motifなど),転写抑制活性をもつマイクロドメイン(SUMO化モチーフなど)を見出した。さらに,(3)において、ショウジョウバエS2細胞抽出液より,(KIR)RRW motifと相互作用する約70kDaのタンパク質を検出・分離した。これらの結果によって,昨年度までの分子進化学的解析に機能的な裏付けがなされた。本研究の一連の成果によって,脱皮ホルモンへの細胞レベルの応答様式が完全変態昆虫において進化したことを示すことができた。1)ミツバチ蛹脳で発現するエクダイソン受容体のクローニングおよび抗体作成エクダイソン受容体は、変態期に神経系を含む様々な組織の構造的再編成を引き起こす。エクダイソン受容体には2種類のアイソフォーム(AおよびB1アイソフォーム)が存在し、Aアイソフォームは神経細胞の発達を、B1アイソフォームは神経細胞の退縮を引き起こす。今年度はミツバチ蛹脳で発現するエクダイソン受容体アイソフォームの同定、および抗体作成を行った。まず、ミツバチ蛹脳由来のRNAより、RT-PCR法および5'RACE法を用いて、2種類のエクダイソン受容体アイソフォームをコードするcDNA配列を得た。B1アイソフォームに関しては、N末端領域に対する抗ペプチド抗体を作成し、ウエスタンブロット法によってこの抗体がB1アイソフォームを特異的に認識することを確かめた。現在、Aアイソフォームに対する抗体を作成中である。2)昆虫綱におけるエクダイソン受容体B1アイソフォームの分子系統解析上記の実験で同定したミツバチのエクダイソン受容体B1アイソフォームには、N末端領城に既知のB1アイソフォームに存在しないN末端伸張配列が存在した。このN末端伸張配列の進化的起源を理解するため、ミツバチに近縁なハチ目昆虫15種より原始的な昆虫のグループである不完全変態昆虫、無変態昆虫10種より、エクダイソン受容体B1アイソフォームのN末端領域を新規に同定し、その構造を比較した。その結果、全てのB1アイソフォームで保存されたモチーフ構造を2種類、完全変態昆虫固有のモチーフ構造を1種類、ハチ目昆虫で保存されたモチーフ構造(N末端伸張配列)を1種類同定した。エクダイソン受容体のN末端領域は、転写調節コファクターと結合する領域であることから、これらの4種類のモチーフ構造は転写調節コファクターの結合配列として機能することが予想される(1)昆虫綱における脱皮ホルモン受容体(EcR AF1転写活性化ドメインの構造的進化多数の昆虫,節足動物(47種)よりEcRのN-末端AF1転写活性化ドメインを同定し,その構造を比較・解析した。その結果,完全変態昆虫のB1 isoformがAF1転写活性化ドメインのN-末端に完全変態昆虫特異的な新規なモチーフ構造を獲得したことが明らかになった。さらに,A isoformのN-末端AF1転写活性化ドメインが進化的に保存された2つのモチーフ構造,核内移行シグナル,SUMO修飾サイトをもつことが明らかとなった。今回見いだしたモチーフ構造は転写因子コファクターとの相互作用の足場になる配列であると考えられる。そのため,完全変態昆虫のB1 isoformにおける完全変態昆虫特異的なモチーフ構造の獲得は,完全変態昆虫のB1 isoformがこのモチーフ構造を介した新規な転写調節様式を獲得したことを示唆している。(2)EcR AF1転写活性化ドメインと相互作用する転写因子コファクターの検索EcR N-末端AF1転写活性化ドメインを介した転写調節メカニズムを解明する目的で,AF1転写活性化ドメインと相互作用する転写因子コファクターをYeast Two-Hybrid法をもちいて検索した。Yeast Two-Hybrid法にはBaitタンパク質として,ミツバチEcR N-末端AF1転写活性化ドメインをN-末端に融合したGAL4 DNA結合ドメインをもちいた。スクリーニング用のライブラリーとして,ミツバチ蛹より調整したcDNAライブラリーをもちいてPrayライブラリーを新規に構築した。A isoform, B1 isoformそれぞれに関して,そのN-末端AF1転写活性化ドメインと相互作用する転写因子コファクターを検索したところ,現在までに18種類の候補転写因子コファクターを同定することができた(A isoform特異的コファクター4種類,B1 isoform特異的コファクター14種類)。

さらに,ミツバチEcR N-末端AF1転写活性化ドメインより各モチーフ構造を欠失させた変異タンパク質もちいたYeast Two-Hybrid法による結合アッセイを行った。本研究では、昆虫における変態期の組織再構成・神経回路再構築に重要な機能をもつ脱皮ホルモン受容体に着目し,そのN末端転写活性化ドメインの構造的・機能的進化を解析している。昨年度までに,N末端転写活性化ドメインに進化的に保存された複数のマイクロドメイン構造を見出している。今年度は、昆虫の脱皮ホルモン受容体(EcR)のN末端転写活性化ドメインの転写調節機能を解析する目的で、(1)細胞内一分子イメージング法(Fluorescence Correlation Spectroscopy ; FCS)をもちいた脱皮ホルモン受容体B1アイソフォームN末端転写活性化ドメインの他因子との相互作用様式の解析、および(2)ルシフェラーゼアッセイをもちいた脱皮ホルモン受容体N末端転写活性化ドメインの機能解析をおこなった。さらに,(3)Pull-downassayをもちいた脱皮ホルモン受容体B1アイソフォームN末端転写活性化ドメイン相互作用因子の検出をおこなった。(1)の結果,ショウジョウバエS2培養細胞細胞核において,完全変態昆虫に固有な(K/R)RRW motifがタンパク質間相互作用に関与することが明らかとなった。(2)の結果,N末端転写活性化ドメインに存在する進化的に保存されたマイクロドメイン構造の中から,ショウジョウバエS2培養細胞において転写促進活性をもつマイクロドメイン((K/R)RRW motifなど),転写抑制活性をもつマイクロドメイン(SUMO化モチーフなど)を見出した。さらに,(3)において、ショウジョウバエS2細胞抽出液より,(KIR)RRW motifと相互作用する約70kDaのタンパク質を検出・分離した。これらの結果によって,昨年度までの分子進化学的解析に機能的な裏付けがなされた。本研究の一連の成果によって,脱皮ホルモンへの細胞レベルの応答様式が完全変態昆虫において進化したことを示すことができた。
Lucy M. Boston 研究：音響感覚を切り口として

主に4名が個々に或は協同で研究を進めてきた。2013年8月5日から8日に実施したサウンドスケープ(音風景)の実地調査と、2015年12月5日に東京女子大学で行った公開シンポジュウムが特に意義深かった。前者は、4名全員が英国Hemingford Grey村の現地に集合し、研究協力者(Diana Boston)の協力の下、館と庭及び周辺地域のサウンドスケープを調査し現地でしか得られない一次資料を収集した。また、シンポジュウムでは、研究発表/報告、講演、座談と質疑応答を行い、一般参加者にも、本研究を知らしめる機会となった。3年間の研究成果をまとめ、共有するため、160頁に及ぶ報告書を編集・制作した。初年度は、当初の計画にしたがって、Lucy M.Bostonの文学を支える外的要素の抽出を中心に、以下の調査研究と分析を主として行なった。いずれも、日本在住の共同研究者(鳥越)・連携研究者(Willis)のみならず、イギリス在住の複数の研究協力者(イギリス:V. Watson, D. Boston、平松)らの協力を得られたおかげで、数度の打ち合わせや現地での調査協力が可能となったことによるところが大きい。当初の計画段階では、現地調査で得られる資料の分量などが明確に推測しきれない点があったが、この調査により、今後の調査や分析に必要な時間や方法などがより明確になった。この点で、特に外的要素に関して、予定以上の成果をあげることができた。1.サウンドスケープの調査と資料収集:現地に赴き、作品の主要な舞台でありテーマとも直結しているLucy M. Bostonの館(ザ・マナー)と庭・周辺地域の音環境を調査した。合わせて、現在の管理人かつLucy M. Bostonの義娘であるDiana Boston自身やその家族、庭師、ほか、さまざまな関係者への聞き取り調査を行なった。2. Lucy M. Bostonの音楽的嗜好の調査と資料収集:現地に赴き、Lucy M. Bostonが館で主催していたレコードコンサートの記録簿(ゲストブック)を借り出し、曲目リスト作成のための基礎資料を作成した。3.作品(本文テキスト)の分析:テキスト研究の手始めとして、グリーンノウ・シリーズ全6巻の本文テキストから「音」に関する記述を洗い出す作業を行なった。(継続中。)4.コーパスの作成:Lucy M.Bostonの全著作のコーパスを作成するために、テキストを電子データ化する作業を行なうとともに、音の記述に関する呼応分析に入るためのタギング・入力などの作業を行なった。(継続中。)L. Bostonの音響感覚に焦点をあてた考察をするため、文学研究とサウンドスケープ研究とが共同してL. Bostonの作品における聴覚的特性を考察し、それが彼女の文学において有する意義を4側面から考究している。1.Lucy M.Bostonの館と庭のサウンドスケープ研究:聞き取り調査記録(音声データ)をテキスト化し、そこから「音」に関するコメントを抽出し、表にまとめると共に音源種類別に分類した。2. Lucy M. Bostonの音楽的嗜好の調査:現地に赴き収集した曲目リスト作成のための基礎資料をデジタル化した。3.文学作品の分析:a.昨年度洗い出したグリーン・ノウ・シリーズ全6巻の本文テキストから「音」に関する記述・語句を表にまとめる作業。また、それを反映した音マップを完成。b.作品世界の理解を深め、今後の研究の方向性をより明確にするべく、研究代表者渡英の折、V. Watson、D. Boston各氏と個別の打ち合わせと聞き取り。また、両氏とL. M. Bostonの作品世界に関して討議。c.上記b.により、Bostonの文学作品のテクスト分析やイラストレーションと関連づけた分析、英文学史における作家Bostonを位置づけ評価する作業などが、依然、欠落したままの状態であることが確認された。これを埋めるべく、両氏に研究論文執筆の依頼。V. Watson氏は予定の2本のうち1本をすでに研究代表者に提出、2本目を現在執筆中、D. Boston氏も原稿サンプルを研究代表者に送付・相談後、現在執筆中。完成後は研究代表者が、各論文を日本語に訳し、順次、学内の紀要等に公表予定。4.コーパスの作成:昨年度に引き続き行なってきた、Lucy M. Bostonの全著作のコーパスを作成するためのテキストを電子データ化する作業を完了した。音の記述に関する呼応分析に入るためのスキャニング作業を終え、ロケーションを示すタグづけの約50%程度を遂行した。(タグづけは次年度に継続する。)2013年4月から3年計画で行なってきた研究成果をまとめる年度となった。研究開始後初の夏の長期休暇を利用して2013年8月5日から8日に行なったサウンドスケープ(音風景)の実地調査研究後に各自が行なってきた研究成果を共有し、意見交換をするために、2015年12月5日に研究代表者の本務先で公開シンポジュウムを行なった。リサーチ・アシスタントの2015年8月の調査時に現地で撮影された研究協力者ダイアナ・ボストンのビデオメッセージを皮切りに、研究代表者の司会進行のもと、3つの研究発表/報告、講演、座談と質疑応答、を盛り込んだ非常に充実した内容になった。研究に直接関わったメンバーも一般参加者も、文学、言語学、サウンドスケープ研究の共同による多角的な提題の面白さや、「音」を切り口にした分析の斬新さを実感した。ルーシー・ボストン存命中に館で暮らしていた研究協力者の林望氏に特別にお願いした講演は、さらに広がりのある問題提起となるものであり、参加者からも大きな反響があった。

そのままにするにはあまりに惜しい内容であったので、活字に残そうという意見が複数のメンバーから沸き上がってきたのを受け、シンポジュウム記録集を土台として発案・制作された研究報告書(冊子)を2016年1月より作成してきた。その作業そのものも、自らの発表や報告をまとめなおし共有する機会となった。各自の研究にとって、さらに意義深い活動となり、シンポジュウムは二重に高い効果を上げたと言えよう。主に4名が個々に或は協同で研究を進めてきた。2013年8月5日から8日に実施したサウンドスケープ(音風景)の実地調査と、2015年12月5日に東京女子大学で行った公開シンポジュウムが特に意義深かった。前者は、4名全員が英国Hemingford Grey村の現地に集合し、研究協力者(Diana Boston)の協力の下、館と庭及び周辺地域のサウンドスケープを調査し現地でしか得られない一次資料を収集した。また、シンポジュウムでは、研究発表/報告、講演、座談と質疑応答を行い、一般参加者にも、本研究を知らしめる機会となった。3年間の研究成果をまとめ、共有するため、160頁に及ぶ報告書を編集・制作した。当初の計画通り、今年度中に、L. M. Bostonの文学を支える外的要素の整理と分析を主として遂行し、また文学作品の分析を深めるための基礎的資料の作成を行った。V. Watson、D. Boston氏へのインタビューと両氏の研究協力を得られたことは、大きな収穫であった。L. M. Bostonの文学を支える外的要素(生活・芸術活動など)および内的要素(文学作品から音あるいは聴覚経験に関するもの)の抽出と、その分析作業の一部は来年度早い時期に遂行可能と目される。よって、全体としては、(2)おおむね順調に進展している、という自己評価とした。現代英国児童文学研究および翻訳研究この3年間の研究成果を整理し公表する作業に入ることを目指す。まとめていくにあたり主となる軸は、以下の6つである:1. L. M. Bostonの館と庭・作品世界のサウンドスケープ、2. L. M. Bostonの音楽的嗜好、3.作品(本文テキスト)における音に関する記述の特徴の分析論文の和訳、4. L. M. Bostonの文学世界全体像の論文執筆およびその和訳、5.作品のコーパスの完成、6.音の記述に関する呼応分析やクラスター分析結果などに関する考察。上記遂行のために、今後も、引き続き、研究分担者や連携研究者とも密に連絡を取り合ことに加えて、渡英し、L. M. Bostonの館(ザ・マナー)にあるレコード・カタログのデータとSeven Stories (New Castle)にあるBostonの書簡などの一次資料を入手する。合わせて、D. BostonとV. Watson両氏それぞれと面談し、論文の和訳時に発生した質問への回答や各種助言を受ける。さらに、研究途中の成果報告会を公開で行なう。これにより、共同研究者や研究協力者相互の成果を共有し、シンポジスト相互や聴衆から寄せられた意見を参考にして、本研究の質の向上を図る。
遺伝子発現データに基づく予後予測モデル構築の統計理論の開発と実データによる検証

本研究では、疾患関連遺伝子の生存時間に与える影響を評価する際に、予後規定因子を確率的に正しく検出する罰則付き回帰モデルを開発しその性能を評価した。シミュレーションの結果から次のことがわかった。(1)候補因子の個数が症例数より多い時、罰則付きCoxモデルでの検出力は逐次変数増加法に比べて高い傾向にある。(2)この傾向は、罰則項にL1-ノルム、L2-ノルムを用いた際に顕著になる。(3)実際のDNAマイクロアレイデータに本手法を用いたところ、疾患感受性遺伝子の検出力を正しく定量的に推定できた。今回開発した罰則付きCoxモデルは、遺伝子解析データの生存予後解析を行う際に有用なツールとなりうる。目的:近年の遺伝子解析手法では、症例数に比して解析可能な疾患関連遺伝子の候補遺伝子数は膨大な数となる。この場合、疾患関連遺伝子の同定のための回帰分析は、正しい結果を導けない.本研究の目的は、elastic net罰則化法によるCoxの比例ハザードモデルにおける検出力推定プログラムを作成し、いくつかの変法とともに統計学的特性を検討した.方法:マイクロアレイ解析における種々の条件下で、比例ハザードモデルに従う生存時間乱数を生成し、同データをトレーニングセットとする.これを用いてelastic net罰則化法による比例ハザードモデルの解析を実行し、有意な遺伝子の選択とその回帰係数を算出する.その後、同じ条件下で別の生存時間乱数を生成しバリデーションセットとする.トレーニングセットの情報を用いて、バリデーションセットの各症例に対して予後指数を算出する.その中央値に基づき、バリデーションセットを高リスク群と低リスク群の2群に分け、2群間でのlog-rank検定を行う.以上の手続きを2000回行い、検出力(P値が0.05未満になる割合)を算出する.設定条件は、各遺伝子の回帰係数=1.0、真の遺伝子数=100、候補遺伝子数=500020000、症例数=50200とした.結果:検出力は症例数の増加と共に増加し、候補遺伝子数の増加と共に減少したが、症例数が150以上になると、いずれの候補遺伝子数においても検出力は80%以上となっていた.バリデーションセットにおけるすべての手法での検出力は、トレーニングセットのそれに比べて小さかった。これ以外に、選択された遺伝子数とその回帰係数と標準偏差、陽性的中率を網羅的に調べて特性を明らかにした。結論:マイクロアレイデータ解析の研究計画の立案や結果の評価の際に、本シミュレーションプログラムは有用であると考える.本研究では、疾患関連遺伝子の生存時間に与える影響を評価する際に、予後規定因子を確率的に正しく検出する罰則付き回帰モデルを開発しその性能を評価した。[目的]マイクロアレイ実験の急速な発展に伴い、治療効果の予測に役立つ治療感受性遺伝子の候補遺伝子は数万個から数十万個という膨大な数となりつつある。一方、収集できる症例数は数十例から数百例と極めて限られた数である。そうした状況下で、マイクロアレイデータの発現量と患者の生存時間との関係を評価する回帰分析を行うと、オーバーフィッティング等による推定精度の低下が高い確率で発生する。この問題に対して、特別な処理を施したCoxの比例ハザードモデルが提唱されている(Tibshirani, 2011)。今年度は、関連文献の調査とサンプルデータの予備的な解析により、これらの既存の手法の性能評価をシミュレーション技法を用いて行った。[方法]実際のマイクロアレイデータが収集される条件を考慮に入れたモンテシミュレーションを行った。条件は次のとおりである;比例ハザードモデルに従う生存時間乱数をいくつかの候補遺伝子を共変量とする指数モデルにより発生させ、トレーニングデータセットとする。Elastic net罰則化比例ハザードモデルを実行し回帰係数とその標準誤差を推定する。上述と同じ条件下でバリデーションデータセットを生成する。トレーニングデータセットの予後指数(比例ハザードモデルの対数ハザードの大きさ)の分布の中央値を求め、バリデーションデータセットをその予後指数の高値群と低値群の2群に分ける。ログランク検定により2群の生存率曲線の有意差検定を行い、データセット生成回数2,000回のうち何回有意差が得られたかを求め検出力を計算した。[結果]検出力は症例数の増加とともに高くなり、候補遺伝子の増加とともに減少した。トレーニングデータセットとバリデーションデータセットとの間で高値群と低値群とで有意差検定の結果が一致した割合は、Elastic net法が他の方法よりも高い値を示した。研究実施計画書では平成24年度中に次の2点を行う予定であった;(1)マイクロアレイによる遺伝子発現プロファイル解析の問題点の発掘、(2)実データの解析による問題点の検出と統計学的知見の整理。(1)の問題点の発掘に関しては、計画書どおり文献調査に基づく問題点の発掘を行った。がん患者を対象とした遺伝子発現プロファイル解析の論文を学術専門誌から20編程度選択し抄読した。

(2)の実データの解析に基づく問題点の検出と統計学的知見の整理に関しては、新潟大学産婦人科の研究グループとの共同研究により卵巣がん患者のマイクロアレイデータの解析を行い、回帰分析の問題点を検出した。また、統計学的知見の整理に関しては、Tibshiraniのテキストを参考に理論的な背景を調査した。これらの知見に基づき、罰則化項を考慮に入れた比例ハザードモデル回帰分析の性能評価を検討しシミュレーションの一部を行った。研究実施計画書に基づき、平成24年度に検出された問題点解決のための理論的アプローチとシミュレーションによる検証を行う。具体的には以下の手順で研究を推進する。(1)予後に重大な影響を与える遺伝子の選択方法の検討:トレーニング群の遺伝子発現プロファイルを用いて、数万個の候補遺伝子から予後に重大な影響を与える遺伝子を決定するアルゴリズムを検討する。遺伝子選択のための有意差検定の手法として、Logrank検定、Coxの比例ハザードモデル等の多変量回帰モデル、さまざまな判別分析(打ち切り例がない場合)を調査の対象とする。(2)小グループで選択された遺伝子を統合してトレーニング群全体での予後規定遺伝子を決定する手法の検討:これまでの解析経験から、各小グループで選択された予後に重大な影響を与える遺伝子は各グループで異なると予想される。こられの遺伝子をある基準で組み合わせ、生存・再発予後を最もよく予測できる精密な多変量回帰モデルを考案する。(3)予後予測スコアの算出方法:トレーニング群で統合された数十個の遺伝子と臨床所見(手術時または診断時年齢、性別、臨床進行期、生活習慣など)から、折れ線Cox回帰法(Akazawa K, Nakamura T and Palesch Y, 1997, Stat Med)などを用いて多変量回帰モデルを構築する。その際、遺伝子発現プロファイルの連続データを、必要に応じて順序データに変換する。モンテカルロシミュレーションの実行に際して、処理速度を増強したパソコンの購入を予定している。シミュレーションの高速化を図るために、R言語以外にFortranの利用も検討する。さらには、それぞれの処理の妥当性を検証するために統計解析ソフトウエアSASのレンタルを行う。これらの研究成果を得るために、データ整理とプログラミングの要員を用意する。また、研究成果の発表のため、海外・国内の学会参加旅費も当科研費補助金から支出予定である。
頑健で回復力のあるサービスネットワークシステム

当初研究計画に従い、特に以下の諸点について研究を実施した。(4) NSSの頑健性とレジリアンスの定量評価法の開発レジリエンスの測定技術を開発した。最初に、以上に提案したサービスシステムの回復性の定義と考察に基いて、限られた時間とリソースの下でサービス需給を回復し得る最大の不均衡状況によって回復性を測定することを提案した。その上で、回復性測定のための4つの原則を導いた。これらの原則に対しする数理モデルを、前提、変数、目的関数、制約を含めて提案した。また、モデルを説明するための簡単な事例も示した。提案手法を検証するために、交通システムの事例を用いて数理モデルを、回復可能な不均衡状況の最大化問題として示し、緊急時において避難能力を最大化するように交通流パターンを計画する問題として定式化した。(5) NSSの頑健性、レジリアンスを改善する手法の提案サービスシステムの回復性を改善する手法を提案した。上記の成果により、サービスシステムの回復性の増進には不均衡解消のやり方の改善、特に工学的観点からはリソースの再構成に着目した。サービスシステムの設計、計画、管理を統合するための概念モデルを、一般的な計算モデルとして表現しさらに、リソース再構成の統合的戦略のための一般的な数理モデルを、前提、変数定義、目的関数を含めて定式化した。手法の検証には同じく交通システムの事例を用い、この事例に特化したモデルとアルゴリズムを提案した。その結果、設計、計画、管理の統合による不均衡の解消は、交通システムによる緊急避難の能力を明らかに改善することが示された。計算手法的側面においては、統合的なリソース再構成戦略にとって、提案した3層構造の手法が有効であることが示された。(抄録なし)本年度は、研究目的を達成するために設定した5つの中間目標のうち、最初の2つの作業を実施した。(1)サービスシステムの統一的定義サービスシステムの基本的特徴を、その概念モデルに照らして検討した。サービスの定義についてはこれまでさまざまな提案がされてきたが、システムの観点からその構造を記述する試みが不足している。そこで、サービスシステムの定義に関する新しい提案を行った。新提案の特徴は、サービスをサービスインフラ、サービス内容、サービスマネジメントの3つのサブシステムで捉えることにある。ここで、内容はインフラ上をマネジメントの制約の下に流れる実体であると捉える。サービスとは、サービス内容が人と相互作用することによって、人の要求を満足するように人の状態を変化させる。この定義によって、サービスシステムの他システムからの弁別、サービスシステムの分類、サービスシステムの設計、最適化に役立つ知識の記述などが可能になると考えられる。(2)サービスシステムの概念的・領域的定義定義に加え、サービスシステムを設計、管理するためにはサービスシステムのドメインモデルが必要である。ドメインモデルは専門家間のコミュニケーションに、またサービスの計算機表現に必要である。本研究では、FCBPSS(function-context-behavior-principle-state-structure)と呼ばれるモデリング手法を適用する。提案手法のサービスシステムの設計、運用管理における有効性、有用性は、仮想的な交通システムの事例を用いて確認された。これによって、サービスシステムをモデルとして記述するための汎用的な基本要素を提供することができた。(1)NSSの設計、計画、マネジメント統合のための枠組みの開発設計、計画、メネジメントはNSSライフサイクルの異なるフェーズに関係する。これら3つの異なる活動を1つの共通の枠組みに統合することは、頑健でレジリアントなNSSの評価、開発にとっての基本となる。そのためのモデルは、これら3つの活動間の関係を記述するための概念的なモデルである。特に、設計プロセスと計画プロセスの状態が、ここでのマネジメントの対象と考えられる。この枠組みは統合の詳細は扱わないものの、3つの活動間の情報の流れを記述するものである。(2)NSSの頑健性とレジリアンスの定量評価法の開発頑健性とレジリアンスの定量評価法を、これら2つの特徴に基づいて開発した。特に、ここでは動的な不確かさの下でのシステム機能のパフォーマンスを考慮し、一般的なモデルに加えて詳細な数理モデルやアルゴリズムを対象とした。一般的モデルは、頑健性とレジリアンスの考え方を表現した数理モデルであり、頑健性とレジリアンスの間の関係性の議論に基づいて構築した。さらに、異なる動的不確かさに関するシステムパフォーマンスに依存することとした。詳細な数理モデルを、交通システムを具体例として構築した。交通システムにおける動的不確かさについて調査を行い、システム機能のパフォーマンスを評価した。頑健性とレジリアンスの定量評価は以下のように異なる。頑健性の定量評価は最も大きな擾乱に対して行われ、一方、レジリアンスの評価はそうではない。システムの最大の損失は、システムを2度と復旧できないような完全な破壊である。この対立は定量評価モデルを作成する上での主な障害であり、これを回避するために異なる評価モデルを用いた。(3)NSSの頑健性、レジリアンスを改善する手法の提案以上の結果を踏まえ、NSSに最高の安全性能をもたらすような、頑健性、レジリアンスを改善する手法を提案した。NSSのパフォーマンスは設計、計画、マネジメントに依存し最高性能の安全性はこれらの統合にかかっている.当初研究計画に従い、特に以下の諸点について研究を実施した。

最初に、以上に提案したサービスシステムの回復性の定義と考察に基いて、限られた時間とリソースの下でサービス需給を回復し得る最大の不均衡状況によって回復性を測定することを提案した。その上で、回復性測定のための4つの原則を導いた。これらの原則に対しする数理モデルを、前提、変数、目的関数、制約を含めて提案した。また、モデルを説明するための簡単な事例も示した。提案手法を検証するために、交通システムの事例を用いて数理モデルを、回復可能な不均衡状況の最大化問題として示し、緊急時において避難能力を最大化するように交通流パターンを計画する問題として定式化した。(5) NSSの頑健性、レジリアンスを改善する手法の提案サービスシステムの回復性を改善する手法を提案した。上記の成果により、サービスシステムの回復性の増進には不均衡解消のやり方の改善、特に工学的観点からはリソースの再構成に着目した。サービスシステムの設計、計画、管理を統合するための概念モデルを、一般的な計算モデルとして表現しさらに、リソース再構成の統合的戦略のための一般的な数理モデルを、前提、変数定義、目的関数を含めて定式化した。手法の検証には同じく交通システムの事例を用い、この事例に特化したモデルとアルゴリズムを提案した。その結果、設計、計画、管理の統合による不均衡の解消は、交通システムによる緊急避難の能力を明らかに改善することが示された。計算手法的側面においては、統合的なリソース再構成戦略にとって、提案した3層構造の手法が有効であることが示された。研究目的を達成するために5つの中間目標を設定した。このうち、(1)サービスシステムの理解、(2)サービスシステムの安全特性に関する検討の2つの作業を終了したが、これらは本研究の最も基盤となる部分である。このうち、(3)NSSの設計、計画、マネジメント統合のための枠組みの開発、(4)NSSの頑健性とレジリアンスの定量評価法の開発、(5)NSSの頑健性、レジリアンスを改善する手法の提案の、本研究の主要部分である3つの作業を実施し(3)(4)についてはほぼ終了した。中間目標のうちの(3)(5)を実施する。すなわち、サービスシステムのライフサイクルにおいて異なる段階の活動であった、設計、計画、管理を統合するための共通フレームワークを構築する。つぎに、このフレームワークの上に、サービスシステムの頑健性と回復力を計量するための方法論を開発する。とくに、動的な不確かさの下に発揮されるシステム機能を考慮する。最後に、コスト、時間などのさまざまな制約の下に、サービスシステムの頑健性と回復力を向上させるための方法論を提案する。研究の最終段階として、引続き(5)NSSの頑健性、レジリアンスを改善する手法の提案の作業を実施する。
亜熱帯島嶼沖縄の小流域における水および土砂の流出特性-赤土流出問題解明への1アプローチ-

亜熱帯島嶼沖縄における山地小流域の水および土砂の流出特性を把握するため,沖縄島北部の小流域において水文観測を行った.調査対象流域は,流域面積0.23haの小流域で,地質は中生代の名護層千枚岩と第四紀の国頭礫層からなり,貫入試験を行った結果,特に尾根部で3mを越える厚い風化層が確認された.流域は約60%が林地で,残りは樹木が伐採され,一部は完全に裸地化している.現場で透水試験を行った結果,地表の透水係数は裸地では10^<-4>10^<-5>cm/s,樹木のある林地内では10^<-3>10^<-2>cm/sオーダーと裸地化することにより2オーダー程度の透水性の低下が見られた.沖縄の降雨の特徴として,降雨強度が強いことがあげられ,調査期間中も,降雨強度29mm/10minをはじめとして侵食危険降雨である3mm/10minを越えるような降雨イベントが何回も観測された.水の流出特性について,電気伝導度を用いた降雨流出成分の分離によれば,早い流出成分が大部分を占めていたが,降雨イベントの流出率は20%前後と低かった.これは,流域内の林地と裸地では,地表の浸透能に大きな差があり,流出率の低さは,流域全体で見れば浸透能は高いということが関与していると思われる.一方,イベント流出に早い流出成分が多いということには,裸地では地表流が観察されるほど浸透能が低いということが関与している.溶存物質量の指標である水の電気伝導度は約30mS/mと,阿武隈山地や関東山地の堆積岩地域と比較して1オーダー高く,石垣島や西表島の非石灰岩流域においても,水の電気伝導度は同様に高かった.これは流域の化学的な削剥速度が速いことを意味し,亜熱帯沖縄で従来定性的にいわれてきたことを裏付ける結果となった.また,土砂流出量は,侵食危険降雨である3mm/10min以上の降雨回数やピーク流量に関係し,この3mm/10minという値は,裸地化した場所での透水係数にほぼ対応する.本研究の目的の一つは,亜熱帯島嶼沖縄における小流域の水および土砂の流出特性を把握することである.本年度においては,沖縄島北部の大保大川の一支流に研究流域を設定し,水文観測を行った.調査対象とした流域は,流域面積0.23haの小流域で,地質としては名護層千枚岩と国頭礫層の境界にあたる.流域の一部は,植生が伐採されており,赤土が露出している.貫入試験を行った結果,34m以上の厚い土層・風化層が形成されていた.このような流域で,流域の出口にV-ノッチ堰を設置し,そこでの水および土砂の流出の観測を行った.水の流出は水位計およびデータロガーで,溶存物質については電気伝導度計とロガーで,降雨時の土砂流出は,浮遊物質についてはオートサンプラーを用いて採水したものを実験室で分析し,より粒径の大きな物質については堰への堆砂量を計測した.また,流域の尾根部に雨量計および小型ロガーを設置して雨量を観測した.これらの観測から次のような結果が得られた.1.降雨流出時における流出成分は直接流出成分が主体であり,降雨は速やかに流出する.これは,流域内における裸地の部分の関与が大きい.2.しかし一方で,降雨イベントにおける流出率は低い.これには,流域内の植生がある部分における土壌の浸透能が小さいということが影響している.3.水の電気伝導度の値は高く(平常時で約35mS/m),土砂は溶存物質として流出する割合が高い.4.浮流土砂濃度のピークが流量のピークより遅れて出現するのが観察された.これは,土層のトラップ効果の減少によるものと考えられる.5.浮流土砂濃度は最初の流量のピーク時が最も高く,その後の流量のより大きなピーク時であってもあまり高くはならなかった.このことは浮流物質となる細粒物質の消耗によるものと思われる.6.掃流土砂量は,3mm/10min以上の降雨回数とピーク流量に大きく依存していた.亜熱帯島嶼沖縄における山地小流域の水および土砂の流出特性を把握するため,沖縄島北部の小流域において水文観測を行った.調査対象流域は,流域面積0.23haの小流域で,地質は中生代の名護層千枚岩と第四紀の国頭礫層からなり,貫入試験を行った結果,特に尾根部で3mを越える厚い風化層が確認された.流域は約60%が林地で,残りは樹木が伐採され,一部は完全に裸地化している.現場で透水試験を行った結果,地表の透水係数は裸地では10^<-4>10^<-5>cm/s,樹木のある林地内では10^<-3>10^<-2>cm/sオーダーと裸地化することにより2オーダー程度の透水性の低下が見られた.沖縄の降雨の特徴として,降雨強度が強いことがあげられ,調査期間中も,降雨強度29mm/10minをはじめとして侵食危険降雨である3mm/10minを越えるような降雨イベントが何回も観測された.水の流出特性について,電気伝導度を用いた降雨流出成分の分離によれば,早い流出成分が大部分を占めていたが,降雨イベントの流出率は20%前後と低かった.