凍土地帯森林での観測に基づくプロセスモデルと衛星データによるメタン収支の広域評価

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 23310009
• Research Institution: Osaka Prefecture University
• Principal Investigator: 原薗 芳信 大阪府立大学, 生命環境科学研究科(系), 客員研究員 (90137240)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 市井 和仁 福島大学, 共生システム理工学類, 准教授 (50345865) ; 植山 雅仁 大阪府立大学, 生命環境科学研究科(系), 助教 (60508373)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2014-03-31
• Keywords: メタンフラックス / 長期連続測定 / ツンドラ植生 / クロトウヒ林 / 衛星リモートセンシング / 広域評価 / プロセスモデル / 永久凍土

Research Abstract

2013年の夏季にはチャンバー法，渦相関法，REA法によるメタン（CH4)フラックスの集中観測を実施し，手法間の相互比較と総合的解析を行った。不規則に強い発生源のある湿地や湖沼などでのフラックス測定では，乾燥空気ベースで濃度測定することがフラックス評価精度を高める上で重要であることを見いだした。北方林のタソックツンドラなど放出源と吸収源が入り交じった観測サイトでは，フラックス自体が微量であるが，風向毎のデータ仕分けや統計的な欠測データ補完などを施すことにより，微気象学的手法によって生態系レベルのフラックスを高精度で評価できることを確かめた。
生育期間を通じたチャンバー測定と微気象学的CH4フラックス観測の総合解析から，凍土地帯の森林では年間収支ではCH4の弱い吸収であるが，凍土融解直後や多量の降雨の後にはCH4が放出されることを確認した。タソックツンドラ特有の微地形である窪みや水たまりでは継続的にCH4が発生したが，コケに覆われた大部分の林床は，CH4の吸収源となっていた。これらの局所的なCH4発生源では，土壌，植生，地下水位等の条件が季節的に変化しCH4フラックスレベルも大きく変化した。観測の継続によりデータ蓄積が進むとともに，フラックスレベル及びその季節変化は明らかになりつつあるが，環境条件との関係などプロセスモデルのパラメータ確定やフラックスの広域評価には未だに不確定性が多く残された。
衛星モデルの広域化では，support vector regression解析を衛星データとタワー観測データに適用し，従来のプロセスモデルより妥当な精度で広域的なCO2 収支を評価できた。本手法をCH4 フラックスへ適用することで広域評価可能である事を確かめた。CH4収支モデルVISITを改良し結果を学術誌に発表したが，広域評価において観測データの不足により不確実性が多く残された。

Current Status of Research Progress

Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Permafrost thaw affects boreal deciduous plant transpiration through increased soil water, deeper thaw, and warmer soils. (2013)
  • Author(s): Cable, Jessica M., K. Ogle, W. R. Bolton, L. P. Bentley, V. Romanovsky, H. Iwata, Y. Harazono, and J. Welker
  • Journal Title: Ecohydrology Volume: - Pages: -
  • DOI: 10.1002/eco.1423
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A variation in the fraction of absorbed photosynthetically active radiation, and a comparison with MODIS data in burned black spruce forests of interior Alaska. (2013)
  • Author(s): Iwata, Hiroki, Y. Harazono, and M. Ueyama
  • Journal Title: Polar Sci., Volume: 7 Pages: 113-124
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The role of permafrost in water exchange of a black spruce forest in Interior Alaska (2013)
  • Author(s): Iwata, Hiroki, Y. Harazonoa, M. Ueyama
  • Journal Title: Agric. Forest Meteorol Volume: 161 Pages: 107-115
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Climatic gradient of snow pack physical property for large-scale climate modeling examined by observations and snow physical model (2013)
  • Author(s): Saito, Kazuyuki, S. Yamaguchi, H. Iwata , Y. Harazono, K. Kosugi, Michael Lehning, Martha Shulski
  • Journal Title: Polar Science Volume: - Pages: -
  • DOI: 10.1016/j.polar.2012.02.003
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Growing season and spatial variations of carbon fluxes of arctic and boreal ecosystems in Alaska. (2013)
  • Author(s): Ueyama, M., Iwata, H., Harazono, Y., Euskirchen, E. S., Oechel, W. C., and Zona, D
  • Journal Title: Ecological Applications Volume: 28 Pages: 1798-1816
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] High-precision measurements of the methane flux over a larch forest based on a hyperbolic relaxed eddy accumulation method using a laser spectrometer (2013)
  • Author(s): Ueyama, M., Takai, Y., Takahashi, Y., Ide, R. Hamotani, K., Kosugi, Y., Takahashi, K. and Saigusa, N
  • Journal Title: Agric. Forest Meteorol Volume: 178 Pages: 183-193
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Upscaling terrestrial carbon dioxide fluxes in Alaska with satellite remote sensing and support vector regression. (2013)
  • Author(s): Ueyama, Masahito, Ichii, K., Iwata, H., Euskirchen, E. S., Zona, D., Rocha, A. V., Harazono, Y., Iwama, C., Nakai, T. and Oechel, W. C.
  • Journal Title: J. Geophys. Res. Biogeosciences Volume: 118 Pages: 1-15
  • DOI: 10.1002/jgrg.20095
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Autumn warming reduces the CO2 sink of a black spruce forest in interior Alaska based on a nine-year eddy covariance measurement. (2013)
  • Author(s): Ueyama, Masahito, Iwata, H., and Harazono, Y
  • Journal Title: Global Change Biol. Volume: - Pages: -
  • DOI: 10.1111/gcb.12434
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Delayed responses of an Arctic ecosystem to an extremely dry summer: impacts on net ecosystem exchange and vegetation functioning (2013)
  • Author(s): Zona, Donatella, Lipson, D. A., Richards, J. H., Phoenix, G. K., Liljedahl, A. K., Ueyama, M., Sturtevant, C. S. and Oechel, W. C
  • Journal Title: Biogeosciences Discussion Volume: - Pages: 19189-19217
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 2013 年に観測された春季の低温および夏季の高温・乾燥がアラスカ内陸部の永久凍土帯に生育するクロトウヒ林のCO2収支に及ぼした影響 (2014)
  • Author(s): 永野博彦，原薗芳信，岩田拓記，植山雅仁
  • Organizer: 日本農業気象学会2014年大会
  • Place of Presentation: 北海道大学，札幌
  • Year and Date: 20140317-20140320
• [Presentation] 温帯ヒノキ林樹冠上におけるメタンフラックスの年々変動 (2014)
  • Author(s): 坂部綾香・小杉緑子・植山雅仁・鱧谷憲・高橋けんし・岩田拓記・伊藤雅之・奥見智佳・安宅未央子
  • Organizer: 日本農業気象学会2014年大会
  • Place of Presentation: 北海道大学，札幌
  • Year and Date: 20140317-20140320
• [Presentation] 微気象学的手法を中心とした生態系スケールでのメタン交換の解明 (2014)
  • Author(s): 岩田拓記，原薗芳信，小杉緑子，植山雅仁，坂部綾香，永野博彦，奥見智佳，間野正美，小野圭介，高橋けんし，宮田明
  • Organizer: 日本農業気象学会2014年大会
  • Place of Presentation: 北海道大学，札幌
  • Year and Date: 20140317-20140320
• [Presentation] Soil carbon efflux in black spruce forest after forest fire, interior Alaska (2014)
  • Author(s): Kim,Yongwon, Y. Kodama, Y. Harazono, and H. Iwata
  • Organizer: Third International Symposium for Arctic Research (ISAR-3),
  • Place of Presentation: Tokyo, Japan
  • Year and Date: 20140115-20140118
• [Presentation] Estimation of C loss by fire in a burned black spruce forest in interior Alaska using radiocarbon (2014)
  • Author(s): Kondo, Miyuki, M. Uchida, Y. Shibata, H. Iwata, Y. Harazono
  • Organizer: Third International Symposium for Arctic Research (ISAR-3),
  • Place of Presentation: Tokyo, Japan
  • Year and Date: 20140115-20140118
• [Presentation] Simulating carbon and water fluxes at Arctic and boreal ecosystems in Alaska by optimizing the modified BIOME-BGC with eddy covariance data (2013)
  • Author(s): Ueyama, Masahito, Kondo, M., Ichii, K., Iwata, H., Euskirchen, E. S., Zona, D., Rocha, A. V., Harazono, Y., Nakai, T. and Oechel, W. C
  • Organizer: AGU Fall meeting,
  • Place of Presentation: San Francisco USA
  • Year and Date: 20131209-20131213
• [Presentation] Estimation of Carbon loss by fire in a burned black spruce forest in interior Alaska using radiocarbon (2013)
  • Author(s): Kondo, Miyuki, M. Uchida, Y. Shibata, H. Iwata, Y. Harazono
  • Organizer: AGU-2012 fall meeting
  • Place of Presentation: San Francisco, USA
  • Year and Date: 20131203-20131207
• [Presentation] Carbon balance and environmental variability in the Arctic –Does high-latitude warming increase ecosystem biomass? (2013)
  • Author(s): Ueyama, Masahito
  • Organizer: 日本農業気象学会近畿支部2013年大会
  • Place of Presentation: 大阪市
  • Year and Date: 20131130-20131130
• [Presentation] Empirical upscaling of CO2 balance over Arctic ecosystems in Alaska (2013)
  • Author(s): Ueyama, Masahito, Ichii, K., Iwata, H., Nakai, T. and Harazono. Y
  • Organizer: 日本気象学会2013 年秋季大会
  • Place of Presentation: 仙台市
  • Year and Date: 20131112-20131115
  • Invited
• [Presentation] Workshop Report: Evaluation of Methane exchange in the Arctic and sub-Arctic Terrestrial Ecosystem (2013)
  • Author(s): Yoshinobu Harazono, Katey Walter Anthony, Hirohiko Nagano, Kazuhito Ichii, and Masahito Ueyama
  • Organizer: 2013，2013年度 第４回極域科学シンポジウム
  • Place of Presentation: 国立極地研，立川
  • Year and Date: 20131111-20131115
• [Presentation] Eddy covariance observation of methane exchange in a boreal and a temperate forest ecosystems. Synthesis Workshop on Carbon Budget and Forest Ecosystem in Asian Monitoring Network (2013)
  • Author(s): Iwata, Hiroki, Y. Harazono, Y. Kosugi, M. Ueyama, M. Mano, K. Ono, A. Sakabe, H. Nagano, K. Takahashi, and A. Miyata
  • Organizer: Synthesis Workshop on Carbon Budget and Forest Ecosystem in Asian Monitoring Network
  • Place of Presentation: Gifu, Japan
  • Year and Date: 20131024-20131026
• [Presentation] Turnovertime of soil organic carbon in permafrost using radiocarbon and their application for determining long and short therms carbon balances case study in Alaskan tundra and boreal forest. (2013)
  • Author(s): Kondo, Miyuki, M. Uchida, M. Utsumi, G. Iwahana, K. Yoshikawa, H. Iwata, Y. Harazono, T. Nakai, K. Tanabe, Y. Shibata,
  • Organizer: The 19th International symposium on Poler Science
  • Place of Presentation: Incheon, Korea
  • Year and Date: 20131016-20131019
• [Presentation] The belowground C balances in Alaskan boreal and tundra ecosystems: Insights from radiocarbon-based C accumulation rates and turnover times (2013)
  • Author(s): Kondo, Miyuki, M. Uchida, M. Utsumi, G. Iwahana, H. Iwata, Y. Harazono, T. Nakai, K. Tanabe, Y. Shibata
  • Organizer: 5th EAST ASIA AMS SYMPOSIUM
  • Place of Presentation: Daejeon, Korea
  • Year and Date: 20131015-20131018
• [Presentation] Importance of long-term and ground truth observations on the regional carbon budget evaluation by Satellite remote sensing (2013)
  • Author(s): Harazono, Y., H. Iwata, M. Ueyama,M. Otsuki, T. Iwata and H. Nagano
  • Organizer: JpGU meeting-2013
  • Place of Presentation: Makuhari, Chiba
  • Year and Date: 20130521-24
• [Remarks] UAF North Campus Site Data Charts
  • URL: http://www.iarc.uaf.edu/wrmet/data
• [Remarks] CH4 Workshop
  • URL: http://www.iarc.uaf.edu/en/workshops/2013/ch4