2016 Fiscal Year Annual Research Report
A study on the mechanism of canopy interception using stable isotopes of water
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15H04520
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| Research Institution | Forestry and Forest Products Research Institute |
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Principal Investigator |
村上 茂樹 国立研究開発法人森林総合研究所, 森林防災研究領域, 十日町試験地長 (80353879)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
服部 祥平 東京工業大学, 物質理工学院, 助教 (70700152)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 樹冠遮断 / 飛沫蒸発 / 水安定同位体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
台風の通過による64.5mmの降雨を含む3降雨について、雨水の水安定同位体分析を行った。これまでの分析では、林外雨、樹冠通過雨、樹幹流の順に次第に水安定同位体比が大きくなる傾向を示していた。今回のサンプルのうち温暖前線の通過に伴う降雨においては、林外雨と樹冠通過雨の値がほとんど同じで、樹幹流の値が最小であった。しかも、これら3種類の雨水における酸素18と重水素の同位体比が約10時間にわたってほぼ一定となっていた。これは雨水の樹体表面からの蒸発によって樹冠通過雨、及び樹幹流の同位体比が林外雨に比べて増加するとの考え方に反する。
左記のような矛盾はあるものの、林外雨の水安定同位体比と林内雨（樹冠通過雨と樹幹流の和）の水安定同位体比の差から、樹体からの表面蒸発を算出することを試みた。計算に用いたデータは、プラスチック製クリスマスツリーを用いた予備実験の際に得られたものである。クリスマスツリー実験では、樹冠通過雨と樹幹流をまとめて林内雨として測定している。表面蒸発の算出には動的分別を仮定したCraig-Gordon式を用いた。測定によると、降雨中の相対湿度は約95%であった。計算結果では湿度が100%に近づく場合、林内雨の水安定同位体比が林外雨よりも小さくなる場合もあることが分かった。すなわち、当初想定した林内外の水安定同位体比の差からは、表面蒸発の計算ができない。この結果は、左記の矛盾の説明にもなっている。
次に、平衡分別を仮定してRayleigh式（この場合、表面蒸発が過大評価となる）で表面蒸発を計算し、これとタンクモデルを組み合わせて樹冠遮断を計算した。結果は樹冠遮断の測定値の45%にしかならなかった。この値は過大であり、実際の表面蒸発はこれよりも小さい。樹冠遮断による蒸発は樹体からの表面蒸発と飛沫蒸発の和であることから、飛沫蒸発が主要な蒸発メカニズムであると考えられる。
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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
台風や温暖前線、寒冷前線、及び冬型の気圧配置等、様々な起源の降雨において林内外の水安定同位体比を測定した。表面蒸発の計算を試みる段階になって、高湿度下では当初の想定通りの計算ができないことが判明した。表面蒸発の正確な値は算出できなかったが、得られたデータとタンクモデルを組み合わせることにより、その最大値を推定することはできた。その結果、やはり表面蒸発のみでは観測された樹冠遮断が説明できず、飛沫蒸発が主要な蒸発メカニズムであるとの結論となった。
タンクモデルによる解析が実施できたこと、及び表面蒸発ではなく飛沫蒸発が主要な樹冠遮断メカニズムであるとの結論を得たことから、ほぼ予定通りの進捗とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
スギ林で得られたデータは、樹体からの表面蒸発の計算には利用できない。しかし、林内雨の水安定同位体比がなぜか予想外に小さいことを指摘する論文が複数出ており、今回の結果はこの謎を説明できるデータとして有用である。本来の目的からは離れるが、このデータを用いて林外雨、樹冠通過雨、及び樹幹流の水安定同位体の分別に関する解析を行えば、新たな研究が展開できる可能性がある。
樹冠遮断による蒸発は、樹体表面からの蒸発と飛沫蒸発から成る。水収支による樹冠遮断観測では、この両方の蒸発を測定している。本研究の当初の目的は、水安定同位体を用いて樹体表面からの蒸発を推定し、樹冠遮断観測で得られた値との差から飛沫蒸発を算出することであった。この目的のためには、湿度約80%以下の条件下で人工降雨によって樹冠遮断観測を行うことが適切であると判断される。この程度の湿度においては先に述べたCraig-Gordon式による表面蒸発の推定が可能と考えられる。具体的には、湿度変化の少ない屋内でクリスマスツリーを用いた樹冠遮断実験と採水を行う。
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