1999年
田中広樹
第１章 概説 1
第２章 亜熱帯常緑広葉樹林におけるH2O移動と流出特性
−中華人民共和国江西省九連山流域・シイ林− 6
2.1 はじめに 6
2.2 対象流域 6
2.3 方法 7
2.3.1 HYCYMODEL 7
2.3.2 ポテンシャル蒸散速度の算出方法 11
2.4 結果 12
2.4.1 年間の水収支 12
2.4.2 ポテンシャル蒸散速度 13
2.4.3 流出 13
2.4.4 水収支の成分 15
2.5 考察 16
2.5.1 HYCYMODELのパラメータ比較 16
2.5.2 HYCYMODELを用いたシミュレーション 17
2.6 まとめ 20
第３章 暖温帯常緑針葉樹林における樹冠上CO2およびH2Oフラックス
−滋賀県南部桐生水文試験地・ヒノキ林− 22
3.1 はじめに 22
3.2 観測 23
3.3 モデルの概要 25
3.3.1 各フラックスの基礎式 25
3.3.2 群落抵抗サブモデル 27
3.3.3 光合成サブモデル 28
3.4 結果と考察 30
3.4.1 各フラックスの観測結果およびモデルによる再現計算結果 30
3.4.2 通年気象データを用いた数値実験 34
3.4.3 森林群落による炭素固定量および蒸散量の季節変化 37
3.5 まとめ 38
第４章 亜寒帯落葉針葉樹林における樹冠上CO2およびH2Oフラックス
−ロシア連邦サハ共和国シベリアタイガ・カラマツ林− 40
4.1 はじめに 40
4.2 観測場所と方法 42
4.3 結果と考察 44
4.3.1 観測の結果 44
4.3.2 シミュレーションの結果 55
4.4 まとめ 66
第５章 総括 67
引用文献 71
謝辞 80
図-2.1 九連山流域の位置 6 Location of Jiulianshan 図-2.2 対象小流域および気象観測露場の位置 7 Location of small basins and meteorological station 図-2.3 対象小流域の地形 7 Topography of small basins 表-2.1 対象小流域の諸元 7 Characteristics of small basins 図-2.4 水循環モデル(HYCYMODEL)の模式図 8 Concept of the hydrologic cycle model(HYCYMODEL) 図-2.5 遮断蒸発モデル 9 Interception model 表-2.2 年間の水収支 12 Annual water balance 図-2.6 月平均気温、水蒸気圧、日射量、純放射量、ポテンシャル蒸散速度 の変化 13 Annual change in monthly air temperature, vapor pressure, solar radiation, net radiation and potential transpiration rate 表-2.3 HYCYMODEL中のパラメータ 13 Unknown parameters of HYCYMODEL 表-2.4 遮断蒸発モデル中のパラメータ 13 Parameters of Interception model 図-2.7 1990〜1994年における九連山流域のハイドログラフ 14 Hydrographs in Jiulianshan from 1990 through 1994 図-2.8 水収支成分の年変化 15 Annual change in the component of water budget 図-2.9 年毎の各水収支成分 15 Amounts of each component each year 表-2.5 各流域において見積もられたHYCYMODEL中のパラメータ 16 Estimated parameters of HYCYMODEL 図-2.10 貯留量(Su)と有効降雨発生率(m)の関係 17 Relationships between the storage(Su) and the ratio of effective area(m) 図-2.11 HYCYMODELによってシミュレートされたハイドログラフ 18 Hydrographs calculated using HYCYMODEL 図-2.12 降水量に対する各水収支成分の比率 19 Ratio of each component to the precipitation 図-2.13 基底流出と直接流出の比率 19 Ratio of base flow and storm flow 図-2.14 積算降雨と積算直接流出の関係 19 Relationships between accumulated rainfall and accumulated storm flow 図-2.15 逓減曲線 20 Recession curves 図-3.1 桐生水文試験地の位置および地形 24 Location and topography of Kiryu Exp. Forest 図-3.2 微気象観測塔および測定器配置 24 Micro meteorological observation tower and instruments 図-3.3 電気回路アナログモデル 25 Concept of Analog model 表-3.1 群落抵抗サブモデル中のパラメータ 27 Unknown parameters of canopy resistance submodel 図-3.4 Farquhar et al.(1980)による光合成反応の模式図(Kosugi, 1996) 28 A scheme showing the reactions of photosynthesis redrawn from Farquhar et al.(1980)(Kosugi, 1996) 表-3.2 光合成サブモデル中のパラメータ 30 Unknown parameters of photosynthesis submodel 図-3.5 観測された日射量、純放射量、気温、水蒸気圧、大気CO2濃度、 風速の変化 30 Change in observed solar radiation, net radiation, air temperature, vapor pressure, atmospheric CO2 concentration and wind speed 図-3.6 観測された運動量フラックス(u*2)、顕熱フラックス、 潜熱フラックス、CO2フラックスの変化 31 Change in observed momentum flux(u*2), sensible heat flux, latent heat flux and CO2 flux 表-3.3 桐生水文試験地ヒノキ林において見積もられたパラメータ 31 Estimated parameters in Kiryu Exp. Forest 図-3.7 群落抵抗(Rc)と、光合成有効放射量(Q)、仮想葉温度(T)、飽差(D) の関係(a1,2: Rc-Q, b: Rc-T, c: Rc-D) 32 Relationships between canopy resistance(Rc) and PAR(Q), canopy temperature(T) and vapor pressure deficit(D)(a1,2: Rc-Q, b: Rc-T, c: Rc-D) 図-3.8 群落抵抗、潜熱フラックス、CO2フラックスの変化(実線: 計算値; ◆: 測定値) 33 Change in canopy resistance, latent heat flux and CO2 flux(line: calculated, dots: observed) 図-3.9 モデルによる計算の流れ 34 Flow chart of the procedures of simulation 図-3.10 日射量(S)、純放射量(Rn)、気温(Ta)、水蒸気圧(ea)、風速(U)の 月平均された日変化の年変化 35 Annual variation in the monthly diurnal change of solar radiation(S), net radiation(Rn) air temperature(Ta), vapor pressure(ea) and wind speed(U) 図-3.11 モデルにより計算された仮想葉温度−気温差(T-Ta)、飽差(D)、 大気CO2濃度−仮想葉内部CO2濃度差(Ca-Cc)、空気力学的抵抗(Ra)、群落 抵抗(Rc)、顕熱フラックス(H)、潜熱フラックス(lE)、CO2フラックス(Fc) の月平均された日変化の年変化 36 Annual variation in the monthly diurnal change of the difference between leaf and air temperature(T-Ta), vapor pressure deficit(D), the difference between atmospheric and inside CO2 concentration(Ca-Cc), aerodynamic resistance(Ra), canopy resistance(Rc), sensible heat flux(H), latent heat flux(lE) and CO2 flux(Fc) 図-3.12 各月の炭素固定量の変化 37 Change in monthly carbon assimilation 図-3.13 各月の蒸散量の変化 37 Change in monthly transpiration 図-4.1 対象森林の位置(ヤクーツク) 41 Location of observed forest, Yakutsk 図-4.2 シベリアタイガ・カラマツ林の開葉期における葉面積指数の変化 42 Change in LAI during the leaf sprouting season at Larix forest, Siberian Taiga 図-4.3 観測された運動量フラックスの変化 45 Change in observed momentum flux 図-4.4 観測された顕熱フラックスの変化 46 Change in observed sensible heat flux 図-4.5 観測された潜熱フラックスの変化 47 Change in observed latent heat flux 図-4.6 観測されたCO2フラックスの変化 48 Change in observed CO2 flux 図-4.7 観測された日射量の変化 49 Change in observed solar radiation 図-4.8 観測された風速の変化 50 Change in observed wind speed 図-4.9 観測された気温の変化 51 Change in observed air temperature 図-4.10 観測された水蒸気圧の変化 52 Change in observed vapor pressure 図-4.11 観測された大気CO2濃度の変化 53 Change in observed atmospheric CO2 concentration 図-4.12 ５日平均された運動量、顕熱、潜熱、CO2フラックスの日変化の推移 54 Variation in mean diurnal change for 5 days of momentum, sensible heat, latent heat and CO2 flux 図-4.13 ５日平均された日射量、風速、気温、水蒸気圧、大気CO2濃度の 日変化の推移 54 Variation in mean diurnal change for 5days of solar radiation, wind speed, air temperature, vapor pressure and atmospheric CO2 concentration 図-4.14 ５日平均のCO2およびH2O交換量の変化 55 Change in mean amount for 5 days of CO2 and H2O exchange 表-4.1 シベリアタイガ・カラマツ林において見積もられたパラメータ (1998/6/8-7/23) 56 Estimated parameters in Larix forest, Siberian Taiga(1998/6/8-7/23) 図-4.15 群落抵抗(Rc)と、光合成有効放射量(Q)、仮想葉温度(T)、飽差(D) の関係(a: Rc-Q, b: Rc-T, c: Rc-D) 56 Relationships between canopy resistance(Rc) and PAR(Q), canopy temperature(T) and vapor pressure deficit(D)(a: Rc-Q, b: Rc-T, c: Rc-D) 図-4.16 パラメータを一定とした場合の計算された潜熱フラックスの変化 57 Change in sensible heat flux calculated with constant parameters 図-4.17 パラメータを一定とした場合の計算されたCO2フラックスの変化 58 Change in CO2 flux calculated with constant parameters 図-4.18 パラメータを一定とした場合の計算された群落抵抗の変化 59 Change in canopy resistance calculated with constant parameters 図-4.19 パラメータを一定とした場合の５日平均された潜熱フラックス、 CO2フラックス、群落抵抗の日変化の推移 60 Variation in mean diurnal change for 5 days of latent heat, CO2 flux and canopy resistance calculated with constant parameters 図-4.20 パラメータを季節変化させた場合の計算された潜熱フラックスの 変化 61 Change in sensible heat flux calculated with seasonally varied parameters 図-4.21 パラメータを季節変化させた場合の計算されたCO2フラックスの変化 62 Change in CO2 flux calculated with seasonally varied parameters 図-4.22 パラメータを季節変化させた場合の計算された群落抵抗の変化 63 Change in canopy resistance calculated with seasonally varied parameters 図-4.23 パラメータを季節変化させた場合の５日平均された潜熱フラックス、 CO2フラックス、群落抵抗の日変化の推移 64 Variation in mean diurnal change for 5 days of latent heat, CO2 flux and canopy resistance calculated with seasonally varied parameters 図-4.24 最小群落抵抗(Rcmin)の季節変化 65 Seasonal variation of minimum canopy resistance(Rcmin) 図-4.25 クロロフィル密度(r)および光量子吸収率(e(1-f))の季節変化, (a: r, b: e(1-f)) 65 Seasonal variation of the density chlorophyll(r) and the fraction of the incident PAR available for PCR/PCO cycles(e(1-f)), (a: r, b: e(1-f))