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development of Masting Synchronization Theory

Research Project

Project/Area Number 20K21347
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 41:Agricultural economics and rural sociology, agricultural engineering, and related fields
Research InstitutionTokyo University of Agriculture and Technology

Principal Investigator

Sakai Kenshi  東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 特任教授 (40192083)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 藤木 大介  兵庫県立大学, 自然・環境科学研究所, 准教授 (30435896)
伴 琢也  東京農工大学, 農学部, 准教授 (20325046)
森山 裕充  東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 教授 (20392673)
Project Period (FY) 2020-07-30 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Keywords豊凶同期 / 時空間カオス / 拡散結合 / 隔年結果 / ピスタチオ / コナラ / ウンシュウミカン / 接ぎ木 / ブナ / 豊凶指数 / カオス振動子 / 集団力学 / 非線形動力学 / 共通ノイズ同期 / マスティング / 豊凶 / 位相同期 / カオス / 菌根ネットワーク / 結合写像格子
Outline of Research at the Start

本研究においては,多年生樹種に統一的に適用可能な豊凶同期理論と解析手法を確立する.カオス同期理論・位相解析法に基づき,豊凶現象解明における振幅同期から位相同期への方法論的パラダイム転換を行い,果樹栽培や森林管理に必要な“樹木個体群の豊凶同期”をより詳細に解析可能とする.また,生理結合によって構成される融合体の数理モデルは,豊凶現象で実際に観測される強い距離相関を再現可能とする.接木の方法,部位によって交換される物質が異なることによって個体間で同相同期と逆相同期の双方が可能な定式化を行う.

Outline of Final Research Achievements

Three types of synchronisation mechanisms are known for tree populations (masting/alternate bearing): indirect coupling by pollen, common noise and direct coupling by physiological fusion. In this study, a unified cooperative model is developed and validated using yield data from Pistachio, Quercus serrata, Beech, Quercus and Citrus Mandarin. In addition, a phase analysis method is proposed, which is effective for the quantitative analysis of masting/alterane bearing data and the estimation of parameters of the developped models.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

樹木堅果および果樹における豊凶同期現象のメカニズム解明は、森林管理、野生動物管理、果樹栽培の効率化などの官憲から重要である。豊凶同期の要因として、花粉結合、微気象による共通ノイズ、植物体同士の何らかの生理融合、およびそれらの組み合わせと考えられる。これらを統一的に記述する数理モデルと実データの空間位相同期解析手法によって、豊凶変動の時空間同期メカニズム解明に有効である点で学術的意義が高い。また、決定論的非線形予測手法による翌年の収量予測、また、同期強度の広域分布の推定など社会的課題解決に有用や手法であり社会的意義も高い。

Report

(5 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (11 results)

All 2024 2023 2022 2021 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 4 results) Presentation (6 results) (of which Invited: 2 results)

  • [Int'l Joint Research] カリフォルニア大学デービス校(米国)

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Journal Article] Constant Production in an Orchard: An interaction-based approach2024

    • Author(s)
      Chauhan Swati、Dixit Shiva、Shrimali Manish Dev、Sakai Kenshi、Prasad Awadhesh
    • Journal Title

      Chaos, Solitons & Fractals

      Volume: 181 Pages: 114639-114639

    • DOI

      10.1016/j.chaos.2024.114639

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Understanding Nature with Chaotic Synchronization and Its Applications on Agriculture2023

    • Author(s)
      酒井憲司
    • Journal Title

      The Journal of The Institute of Electrical Engineers of Japan

      Volume: 143 Issue: 1 Pages: 29-32

    • DOI

      10.1541/ieejjournal.143.29

    • ISSN
      1340-5551, 1881-4190
    • Year and Date
      2023-01-01
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 果樹豊凶の決定論的非線形予測-アンサンブル再構成とLorenz類推法による1年先収量予測-2023

    • Author(s)
      酒井憲司
    • Journal Title

      統計数理

      Volume: 71 Pages: 129-148

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Spatial phase synchronisation of pistachio alternate bearing: Common-noise-induced synchronisation of coupled chaotic oscillators2022

    • Author(s)
      Kenshi Sakai, Patrick H. Brown, Todd S. Rosenstock, Shrinivasa K. Upadhyaya, Alan Hastings
    • Journal Title

      Chaos, Solitons & Fractals

      Volume: 165 Pages: 112764-112764

    • DOI

      10.1016/j.chaos.2022.112764

    • Related Report
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    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 兵庫県全域におけるドングリ豊凶の空間位相同期2023

    • Author(s)
      酒井憲司,藤木大,梶 光
    • Organizer
      数理生物学会2023
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Agrochaology-Chaos, Synchronizations and Networks-2022

    • Author(s)
      Kenshi Sakai
    • Organizer
      数学を用いる生物学:理念・概念・実践と方法論 統計数理研究所
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    • Invited
  • [Presentation] 農業機械と数理モデルー非線形数学、カオスー2022

    • Author(s)
      酒井憲司
    • Organizer
      諸科学集会(特別会) 統計数理研究所
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    • Invited
  • [Presentation] カンキツの隔年結果における遺伝子発現ダイナミクス2021

    • Author(s)
      酒井憲司,林勇歩,森山裕充,伴琢也
    • Organizer
      関東農業食料工学会
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] Large Scale Network Dynamics of Perennial Plants Population2021

    • Author(s)
      Kenshi Sakai
    • Organizer
      農業食料工学会
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  • [Presentation] Spatial synchronization of acorn and wild animals2021

    • Author(s)
      Kenshi Sakai ,Daisuke Fujiki
    • Organizer
      農業食料工学会
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      2021 Research-status Report

URL: 

Published: 2020-08-03   Modified: 2025-01-30  

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