| Project/Area Number |
19KK0167
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| Research Category |
Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 41:Agricultural economics and rural sociology, agricultural engineering, and related fields
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
宇波 耕一 京都大学, 農学研究科, 准教授 (10283649)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
AbuZreig Majed 鳥取大学, 国際乾燥地研究教育機構, 特命教授 (00835671)
竹内 潤一郎 京都大学, 農学研究科, 准教授 (20362428)
泉 智揮 愛媛大学, 農学研究科, 准教授 (40574372)
真常 仁志 京都大学, 地球環境学堂, 准教授 (70359826)
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| Project Period (FY) |
2019-10-07 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥18,330,000 (Direct Cost: ¥14,100,000、Indirect Cost: ¥4,230,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2020: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
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| Keywords | 雨水ハーベスティング / 肥沃な三日月地帯 / 脆弱性 / ヨルダン / イラク |
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| Outline of Research at the Start |
雨水ハーベスティングは，比較的小規模なスケールにおいて自然の降水を生物生産に変換する過程である。これまでの研究で，過酷な塩性乾燥環境下にあるヨルダン地溝帯に，砂漠の洪水を灌漑用水に変換する自律分散型灌漑スキームを構築した。また，冷涼なヨルダン高地，高温乾燥と寒冷湿潤の対極が著しいイラク北部でも，農業気象を自動観測している。本研究では，ヨルダン高地にマイクロ集水域での水分捕捉を行う実験圃場を新設しつつ，実験科学上の知見を数理科学の方法論にもとづいて記述，普遍化することにより，雨水ハーベスティングが，肥沃な三日月地帯全域における水と農業の脆弱性を克服するために有効であることを明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，塩性乾燥環境下にあるヨルダン地溝帯の死海沿岸部から冷涼なヨルダン高地，さらには，イラクのニネベ平原を含むメソポタミアへとつづく，肥沃な三日月地帯を対象としている。肥沃な三日月地帯における水と農業の脆弱性に対して頑強な地域を実現するため，雨水ハーベスティング(RWH)が実行可能なソリューションとなりうるという仮説を置く。その仮説を検証するため，肥沃な三日月地帯の各地域における脆弱性の因果律を明らかにし， RWHに関する科学的方法論を構築することを目的とする。
研究サイトとして，ヨルダンにGhor Mazrah (Gサイト)，Rabba (Rサイト)，Irbid (Iサイト)の3箇所，イラクにMosul (Mサイト)の1箇所を置く。Gサイト，Rサイト，Mサイトでは，これまでの科研費研究などで設置してきた実験観測施設の運用を継続している。Iサイトでは，本研究においてRWH施設のプロトタイプを新たに構築しつつある。
COVID-19パンデミック関連の事情により，研究分担者であったAbu-Zreigは鳥取大学を9月末に退職し，ヨルダン科学技術大学へ復職した。その他の研究分担者と研究代表者は，研究サイトへ渡航することができなかった。しかしながら，2019年度中にヨルダンの多地点から収集した水サンプルについて安定同位体分析を行い，水物質循環の全容を把握することができた。IサイトのRWH施設については，Abu-Zreigが研究協力者として実験観測を担当しているほか，舞鶴市内の京都大学実験場に模型を構築して対照実験を行っている。
理論面に関しては，RWH最適制御に資する降水時系列のモデル化，GサイトやIサイト周辺の流域における流出解析，ニネベ平原の天水農地における旱魃リスクの回避，塩性乾燥環境における浸透流や植物生育のモデル化など，多岐にわたるテーマに関して論文が出版された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
RWHは，比較的小規模なスケールにおいて自然の降水を生物生産に変換する過程である。これまですでに，過酷な塩性乾燥環境下にあるヨルダン地溝帯のGサイトに，砂漠の洪水を灌漑用水に変換する自律分散型灌漑スキームを構築している。また，冷涼なヨルダン高地のRサイト，高温乾燥と寒冷湿潤の対極が著しいイラク北部のMサイトでも，農業気象を自動観測している。2020年度には，ヨルダン北部のIサイトの実験オリーブ園に，マイクロ集水域での水分捕捉を行うRWH施設を新設した。また，舞鶴市内の京都大学実験場にその模型を構築して対照実験を行っている。Gサイトでは，集水域土壌，貯水池貯留水，受益農地土壌水，試験作物に施している液肥などについて窒素の安定同位体分析を行い，窒素循環に関するいくつかの仮説を検証した。また，老朽化しているRサイトの観測装置を更新する準備を行った。
COVID-19パンデミックの状況下で，現地調査についてはやや遅れが生じているものの，理論的側面の研究についてはオンライン会議を活発に行うことにより，以下のとおり顕著な進展がみられた。1) マイクロ集水域での水分捕捉を行うRWH施設の最適制御へ適用することを前提とした，降水時系列のマルコフ連鎖モデルを開発した。2) 流出解析において，上下界を与える線型分数階微分方程式という新たな概念を導入した。3) 地表流のモデル化で多用されるキネマティックウェーブについて，厳密な数理解析を行った。4) 塩性乾燥環境における浸透流や植物生育に関し，実験・実測を行い，非線型系としての取り扱いを試みた。5) 天水農地における旱魃リスクの回避に資する連続干天日数のマルコフ連鎖モデルを構築するため，係数退化型特異拡散方程式と称する偏微分方程式に支配される全変動流を応用した。なお，5) については，京都大学ウェブサイトから成果を発信した。
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| Strategy for Future Research Activity |
実証試験では，Mohawesh（研究協力者）とAlasasfa（研究協力者）がGサイトとRサイトを，Abu-Zreig（研究協力者）がIサイトを，Fadhil（研究協力者）がMサイトを管理する。宇波（研究代表者），泉（研究分担者，若手研究者），真常（研究分担者），竹内（研究分担者）は，COVID-19パンデミックの影響による制限が解除され次第，ヨルダンへ渡航し，調査を行う。その折に，Fadhilをイラクからヨルダンへ招へいし，共同調査と研究打ち合わせを行う。また，宇波，Mohawesh，Fadhilは，トルコで11月下旬に開催される国際会議に参加予定である。一方，京都大学実験場に構築したIサイトのRWH施設の模型，ならびに，栄養塩循環過程においてGサイトやRサイトと相似性を有する滋賀県甲賀市の研究対象地域を活用し，海外渡航制限による研究遂行の遅れを最小限に抑える。
理論面の研究としては，2020年度までに，流出解析，RWHによる旱魃リスクの回避，作物生育過程のモデル化などに関し，全変動流や分数階微分方程式の概念を用いた方法論の構築において顕著な成果があった。それらを踏まえつつ，2021年度は，浸透現象，蒸発散現象，生物資源生産動態の最適制御に関しても，飛躍的な進展を目指す。多孔質媒体方程式や曲率流を用いることにより，サイトによって異なるさまざまな土において生じる浸透現象と蒸発散現象について，特異性をうまく記述できるようになることが期待される。生物資源の最適生産や地域の持続的開発を目的としたRWHの運用のため，非凸最適化，解の爆発や分岐が起こる非線型系などに着目しつつ最適戦略を導出していく。とくに，Mサイトを含むニネベ平原におけるRWHのオプションについて，イラク側よりいくつかの具体案が提示されており，実行可能性についての科学的検討を進める。
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