Estimation of photosynthetic activity using solar induced chlorophyll fluorescence in a larch forest: Linkage of modeling and observations
| Project/Area Number |
21K17873
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 63010:Environmental dynamic analysis-related
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| Research Institution | National Institute for Environmental Studies (2022)
Hokkaido University (2021) |
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Principal Investigator |
両角 友喜 国立研究開発法人国立環境研究所, 地球システム領域, 特別研究員 (40866638)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
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| Keywords | リモートセンシング / 放射伝達モデル / 植物生理生態 / クロロフィル蛍光 / 炭素循環 |
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| Outline of Research at the Start |
気候変動の将来予測のために生態系CO2吸収量の観測精度向上が鍵である。そこで陸上植物の光合成による生態系CO2吸収量(総一次生産量)を求めるため、高分解能分光放射計を用いて太陽光誘起クロロフィル蛍光(SIF)リモートセンシングを行う。この際に３次元放射伝達モデルを用いてSIFの林冠幾何・分光特性に起因する林冠構造依存性を解析することで、モデル・観測を融合させたより頑強な光合成推定を目指す。本研究ではユーラシア東部の重要な生態系タイプであり今後変動が注目されるカラマツ林(富士北麓)の観測タワーを利用し、SIFの変動要因と林冠構造依存性を明らかにし生態系CO2吸収量の推定精度を向上させる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
山梨県富士吉田市富士北麓Fluxサイト(FHK:35.4N, 138.8E)の観測タワーにおいて群落の太陽光誘起クロロフィル蛍光（SIF）連続観測を実施し、初夏にメンテナンスと校正を行った。現地個葉測定などモデル入力パラメータ収集を行った。さらに林冠構造の３次元モデルについて基礎データセットを作成し、検証に向けて取り組んでいる。太陽光誘起の条件における林冠構成種カラマツと林床に優占するシダ植物の個葉蛍光スペクトルを取得し、入力とした。蛍光スペクトル形状は同時計測した可視近赤外波長反射スペクトルから導出したクロロフィル濃度指標に応答し、葉の表(入射)側と裏（透過）側でとくに散乱寄与により740nmより長波長側の比率が異なることが分かった。またカラマツとシダとの差も確認され種間にみられる葉の構造に起因すると考察している。群落ではとくに日変化における蛍光の角度依存性について１Dモデルと３Dモデルを比較し、より林床の緑葉面積の相対値が低下し、林冠構造が個々の樹冠を３次元的に再現し複雑になるほど、異方向の検出性に差が生じやすくなることを示した。このモデルは現地観測に基づく個葉蛍光と林冠構造、地上SIF観測をつなぐだけでなく、より観測幾何が動的な衛星観測への検証にも役立つと期待される。この研究の進展について、国際学会での発表を行った。さらに今年度は８月に関東地方猛暑が発生しサイト付近の気象台でも記録的な高温条件がみられ、そのような中でのSIF-気温、大気飽差との関係をまとめた速報として口頭発表等を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
今年度は富士北麓Fluxサイトの高分解能分光放射計によるSIF連続観測と光合成の変動要因の解明について、CO2フラックスおよび微気象データとの解析などを予定していた。コロナ禍のため現地調査が一部十分ではない期間があった。CO2フラックスとの比較解析は期間内に完了しなかった。しかし酷暑年・平常年の２年間のSIFの気象要因応答をまとめ学会に成果発表することができた。太陽光誘起条件の蛍光スペクトル形状を測定し、３次元放射伝達モデル構築を行い、日変化のシミュレーションから群落構造の影響について初期的な考察を行い、国際学会で発表を行った。国際学会への積極的な参加が出来たことで先人研究者からのコメントを得られ、さまざまな機関との研究交流と今後の新規研究の可能性を広げた。このように一部に遅れも含むも全体としては進展した。
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| Strategy for Future Research Activity |
課題において収集した群落データに基づく3次元林冠構造のモデルと1次元的モデルの比較を引き続き行う。幾何配置と分光入力値、蛍光スペクトル形状、蛍光-光応答の感度分析から林冠構造にともなう、林冠上端において検出されるSIFの日変動および季節変動要因を明らかにする。
前年度の猛暑日前後の蛍光と光合成の光利用効率について気象データとともに多変量解析しストレス応答を検出する。またストレス応答について動的な蛍光収率を実装した放射伝達モデルを用いて群落構造・生理要因の解析を行う。さらにカラマツ林全体のCO2吸収量を求め数値モデルを検証する。さらに近年他の観測方法論の研究で提案された群落蛍光離避率の導出や対物距離に伴う大気吸収差の分離についてもあらたに検証を予定する。これらの結果をまとめることで群落構造要因やプロジェクトを通して明らかになった地上SIF観測のさまざまな課題点についてどのように考えていくべきか答えを出したい。研究成果を国内外に発表する。
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Report
(2 results)
Research Products
(6 results)
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[Presentation] Ground based observation of solar induced chlorophyll fluorescence using a fine resolution spectrometer across multiple sites in cool temperate to sub-tropical ecosystems, Japan2021
Author(s)
Morozumi T., Kato T., Nakashima N., Kanokrat B., Tanatarakeree K., Kobayashi H., Sakai Y., Tsujimoto K., Noda H., Takahashi Y., Takagi K., Hirano T., Ueyama M., Ono K., Matsumoto K., Akitsu T.K., Nasahara K.N., Murayama S., Muraoka H.
Organizer
iLEAPS-Japan 研究集会2021
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