2018 Fiscal Year Research-status Report
Development of a new blue carbon ecosystem model to reveal carbon capture and storage function in urban coastal shallow waters
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18K04409
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| Research Institution | Osaka City University |
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Principal Investigator |
相馬 明郎 大阪市立大学, 大学院工学研究科, 教授 (80601096)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 炭素貯留 / 炭素隔離 / 生態系モデル / ブルーカーボン / 炭酸化学理論 / 堆積物 / 浮遊系 / 底生系 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年は，沿岸浅海域の気候変動緩和能を「大気ー海面間のガス交換を介した大気から海洋へのCO2の取込み（吸収）」→「生物生産によるCO2の有機物・炭酸カルシウムとしての固定（隔離）」→「固定化された炭素の永久堆積層への埋没（貯留）」の3つの機能に区分し，各機能を捉える上で重要と考えられる生物・化学・物理過程の選定と，その相互作用により構成される生態系ダイアグラムを構築した．また，選定した各々の生物・化学・物理過程の定式化を行った．次に，定式化した素過程の相互作用に伴う生態系の自律的変化が表現できる数理構造をもって，浮遊生態系ー底生生態系における炭素循環の動態を表現する新しい生態系モデルを開発した．開発したモデルの特徴は，(1)炭酸化学理論とそれに伴う新たなモデル変数（無機態炭素：DIC, 二酸化炭素分圧：pCO2, 全アルカリ度：TA, 及びpH）を組込み，これら変数が，生物・化学過程に伴って変化する仕組みを表現したこと，(2）浮遊生態系ー底生生態系の食物網による炭素隔離能を表現したこと，（3）堆積物内の生物代謝の鉛直微細構造を表現することで堆積物続成過程を明らかにすると同時に，貧酸素化と炭素貯留能の関係性を表現したこと等である．開発されたモデルは東京湾に適用され，通年計算（1年間の計算）が実施された．モデルの検証は，計算値と観測値を比較し，その再現性をもって行った．比較した項目は，植物プランクトン，デトリタス，アンモニア態窒素，硝酸態窒素，リン酸態リン，溶存酸素，大気ー海面間のCO2フラックス，堆積有機物の埋没フラックス等である．モデルは概ね観測値を再現するに至った．
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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
生態系モデルの開発において，浮遊生態系ー底生生態系の相互作用，食物網のモデリング等は，申請者が過去に開発した内湾複合生態系モデルの技術を活用／適用しつつ，更なる改良をすることで順調に遂行した．特に，浮遊生態系ー底生生態系の相互作用においては，本モデルで着目する生物代謝の鉛直方向の変化に関する空間分解能が，浮遊系はmスケール，底生生態系は0.1mmスケールと大きく異なる．今回は，これら空間分解能を同時に表現しつつ，浮遊生態系ー底生生態系の相互作用を解析する新しい計算スキームを考案し，更なる計算速度と精度の向上を図ることに成功した．沿岸生態系の気候変動緩和能を予測・評価する上で重要と考えられる生物・化学・物理過程とその相互作用の組み合わせの検討・考案においては，想定よりも数多くの試行パターンを検討し，当初の想定よりも多くの時間を費やした．特に，炭酸化学理論の導入においては，全アルカリ度（TA）と溶存性無機炭素（DIC)の2変数に，生物・化学過程が及ぼす影響を組み込んだが，(1)生物・化学過程が，全アルカリ度を変化させる仕組み，さらには，(2)溶存性無機態炭素と全アルカリ度からpH，pCO2を安定的に解析する仕組みについては，当初想定よりも時間をかけて検討を行い，そのモデル化に成功した．こうした全体の状況に鑑み，本研究はおおむね順調に進展していると判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究を通じて，炭酸化学理論を組み込んだ新しい生態系モデルが開発された．また，開発されたモデルは東京湾に適用され，東京湾生態系の動態についてのモデル検証が行われた．今後は，検証を終えたモデルを用い，海域の炭素の隔離・貯留能の直接的な評価につながる(1)大気ー海洋間のCO2吸収スラックス，(2)生物生産によるCO2の有機物・炭酸カルシウムとしての固定（隔離），(3)固定化された炭素の永久堆積層への埋没（貯留），ならびに，(4)河川・陸域からの炭素流入，(5)流れ(移流・拡散)による沖合での炭素輸送の時空間変化を明らかにする。また，これまでの研究を通じ，当初，想定されていなかった生物・化学過程による大気ー海洋間のCO2吸収スラックスの影響が大きい可能性が見出された．こうした状況に鑑み，大気ー海洋間のCO2吸収スラックスを支配している生物・化学過程の抽出に焦点をあて，感度解析を実施する．また，貧酸素化と炭素貯留能の関係，生物生産と炭素貯留能の関係についても，構築した生態系モデルを用いた多角的解析から明らかにすることを試みる．
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| Causes of Carryover |
国際会議での発表を予定していたが，論文執筆に時間を割き，昨年度は実施しなかった．また，入力・出力データ処理の作業について外注を見積もっていたが，昨年度は外注しなかった．これら予算は，国際会議での旅費，論文の英文校閲，ワークステーション購入，入力・出力データ処理の発注に活用する予定である．
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[Presentation] The estimation of CO2 flux in Japanese coastal ecosystems using a numerical model2018
Author(s)
Hirotada Moki, Akio Sohma, Hisashi Shibuki, Kenji Toyoda, Anirban Akhand, Kenta Watanabe, Tatsuki Tokoro, Tomomi Inoue, Hiroya Yamano, Masayuki Banno, Yasuyuki Nakagawa, Hiroyuki Matsuda, Tomohiro Kuawe
Organizer
第34回個体群生態学会
Invited
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[Presentation] The estimation of CO2 flux in subtropical coastal ecosystems using a numerical model2018
Author(s)
Hirotada MOKI, Akio SOHMA, Hisashi SHIBUKI, Kenji TOYODA, Anirban AKHAND, Kenta WATANABE, Tatsuki TOKORO, Tomomi INOUE, Hiroya YAMANO, Masayuki BANNO, Yasuyuki NAKAGAWA, Hiroyuki MATSUDA, Tomohiro KUAWE
Organizer
日本地球惑星科学連合2018年大会
Int'l Joint Research
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[Book] Blue Carbon in Shallow Coastal Ecosystems, Carbon Dynamics, Policy, and Implementation.,Chapter 11: "CO2 Uptake in the Shallow Coastal Ecosystems Affected by Anthropogenic Impacts."2019
Author(s)
Tomohiro Kuwae, Jota Kanda, Atsushi Kubo, Fumiyuki Nakajima, Hiroshi Ogawa, Akio Sohma, Masahiro Suzumura
Total Pages
373
Publisher
Springer Nature Singapore Pte Ltd. 2019
ISBN
978-981-13-1294-6
