Sustainable assessment of global inland lakes using terrestrial water circulation model

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17H04585
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 峠 嘉哉 東北大学, 工学研究科, 助教 (90761536)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 梅田 信 東北大学, 工学研究科, 准教授 (10447138) ; 風間 聡 東北大学, 工学研究科, 教授 (50272018) ; 小森 大輔 東北大学, 工学研究科, 准教授 (50622627) ; 三戸部 佑太 東北学院大学, 工学部, 講師 (60700135)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 大陸性内陸湖 / 陸域水循環モデル / 陸面過程モデル / アラル海 / トゥルカナ湖

Outline of Annual Research Achievements

本研究は，大陸性内陸湖を対象として，過去から将来への水位変動を陸域水循環解析を用いて再現・予測し，並行して水位変動が生じた場合の周辺環境への影響を現地調査・観測から評価することを目的としている．全球の様々な内陸湖を対象とするが，水循環や環境影響の傾向が特徴的な内陸湖を指定内陸湖として選定し，重点的な観測調査や数値解析を行ったのち，全球の様々な内陸湖を対象とした数値解析を行う．本年度は，指定内陸湖流域における現地調査を重点的に行うと共に，衛星解析による水利用の実態把握を行った．
既に深刻な環境破壊が進行したと位置づけられるアラル海流域における現地調査では，旧湖底から過去最大規模の砂嵐が周辺地域を襲ったことが分かった．旧湖底の砂は塩分を含むため，農業被害と呼吸器の健康被害が報告されたが，定量的な被害状況が不明であるため，継続的・重点的な調査が必要であることが確認された．また，年ごとの灌漑領域の変化を推定するための衛星解析を行った．地表面温度日格差について非灌漑条件での陸面過程モデル解析値と衛星解析を比較することで，気象条件では説明できない地表面の冷却を灌漑によるものと想定し，その時系列変化を確認した．また，国際乾燥地農業研究センター（ICARDA）と連携し過去の農業統計データ等の収集や定点観測点の整備・データ回収を行った．
これから縮小すると見込まれるケニアのトゥルカナ湖の現地調査・観測を行った．トゥルカナ湖における過去の水位変動とその影響について情報収集した．現地機関から周辺の気象データや内陸湖の水位データ・水質データや疫学データ等を収集すると共に，渇水年の状況や現地の適応方法の聞き取りを行った．現地機関と連携して，今後気象変化を観測するための観測サイトの選定を行うと共に，内陸湖の塩分濃度観測を開始した．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究では，全球の内陸湖を対象に水循環・環境影響について以下の3点を計画している．(1)水循環や環境影響の傾向が特徴的な指定内陸湖における現状調査と観測記録，(2)陸域水循環モデルを用いた水位変動の再現・将来予測，(3)内陸湖の環境影響評価である．本年度では，アラル海流域とトゥルカナ湖を対象に(1)を重点的に行い，(2)と(3)に向けたデータ収集を行った．アラル海とトゥルカナ湖は，環境影響の進行度が異なる内陸湖として共に指定内陸湖に選定されており，概ね順調に進展している．
(1)については，トゥルカナ湖において過去の水位変動とその影響について調査を行った．水位上昇時に周辺の放牧域を氾濫させるため水質が悪化しており，特に富栄養化による漁獲量の低下が問題視されていた．現状で水位低下は問題視されていなかった．今後，水位変動に伴う水質変化が見込まれることから，塩分濃度の日観測を開始した．アラル海流域では，過去最大規模の砂嵐による農業被害・健康被害が問題視されていた．その被害状況は具体的・定量的に調査されていないため，特に農業影響について国際乾燥地農業研究センター（ICARDA）と連携した衛星解析と農業統計データの収集を確認した．また，砂嵐自体の発生条件を把握するため，土壌乾燥や風速等についても今後の研究が必要である．
(2)については，トゥルカナ湖の過去の水位変動が予測不可能なものであり被害が拡大したことや，現段階でも原因が不明であることが分かったため，過去の水位データや流域の気象データを収集した．次年度にこれらのデータを用いた水循環解析を行う予定である．
(3)の環境影響評価では，環境影響が顕在化を始める環境分岐点を推定するために，現地の水利用状況や湖内の漁業種等について調査を行った．湖の水を漁業・舟運・飲料用等にも用いていたため湖環境の影響範囲が大きいことが確認された

Strategy for Future Research Activity

■今後の研究の推進方策
まず指定内陸湖での研究として，水体から砂漠という大規模な土地被覆変化による気象影響を観測するため，トゥルカナ湖周辺での気象観測を開始する．観測項目は，降水量・気温・風速風向・湿度である．周辺の気象観測所では，降水量と気温のみが観測されており，今後内陸湖の縮小による砂嵐等の発生も考えられることから風速風向や湿度の観測は貴重である．加えて，水位データや周辺河川の流量データを収集し，トゥルカナ湖の過去30年間の水位変動の再現から水循環として水位変動の原因を定量的に推定する．モデルの精度を河川流量や内陸湖の消長から検証し，モデルの改良に努める．前年度に行った，灌漑の有無の年変化を推定する衛星解析手法を改良する．特に乾燥年における灌漑不能地域の特定や灌漑面積の変化を定量的に推定することで，内陸湖流域の水利用の変遷を空間分布も含めて推定でき，陸域水循環解析に利用できる．トゥルカナ湖で開始した塩分濃度の日変化を水位データと比較することで，貯水量から水質を推定できるかの検証を行うとともに，漁獲量等とも比較して現状の塩分濃度が及ぼす生態への影響を把握する．前年度に収集した疫学データについても過去の水位変化との関連性を評価する．
次に，全球の大陸性内陸湖を対象とした水循環解析を開始する．様々な気候帯・地域を網羅して内陸湖を選定し，解析の入力条件として気象・地形データの他に今後の開発計画等の情報を収集するとともに，検証用の水位データを収集する．水位データを入手できない場合にはTOPEX/Poseidonの衛星データを用いる．