Evaluation of forest CO2 fixing when a leaf is attached to trees using the ground and satellite SIF observations

• Project Area: Digital biosphere: integrated biospheric science for mitigating global environment change
• Project/Area Number: 22H05704
• Research Category: Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Transformative Research Areas, Section (IV)
• Research Institution: National Institute for Environmental Studies
• 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)
• Project Period (FY): 2022-06-16 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2023: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000); Fiscal Year 2022: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
• Keywords: クロロフィル蛍光 / 地上リモートセンシング / 衛星観測 / 森林生態系 / 炭素循環 / 高分解能植生反射スペクトル / 高波長分解能スペクトル

Outline of Research at the Start

気候変動の緩和のために二酸化炭素（CO2）吸収量の広域における現状把握は急務である。これまでCO2吸収量の広域遠隔推定には、季節的な葉（およびその色素）の量の変化をとらえる植生指数が用いられたが、展葉後の比較的短い期間の変動や常緑樹など葉の変化が少ない対象においては適用が困難であった。一方、太陽光誘起クロロフィル蛍光(SIF)はより短期の光利用効率や光化学系のストレス応答を反映する。本課題では常緑・落葉など異なる３つの森林生態系観測タワーにおいてSIF―CO2吸収量―生態系タイプの関係を解析し、衛星データを利用することで“葉のついた状態のCO2吸収量の変動”について広域的に明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

国内の森林を代表する落葉針葉樹林(富士北麓)・落葉広葉樹林(高山)・常緑広葉樹林(与那)について、CO2吸収量の季節変化を求めるために地上と衛星の２段階のスケールにおける植生リモートセンシングの解析を行った。光合成の際に発せられる太陽光誘起クロロフィル蛍光SIFの放射輝度値を用いることで、従来用いられる植生指数では比較的検出しにくい、樹木の葉の着いた状態のCO2吸収量の変動について導出する方法を確立した。地上タワーにおける可視近赤外高分解能分光観測のデータでは、展葉期の正規化植生指数は0.7から0.9で飽和に近い変動を示しており、一方SIFは0.2―1.5 mW m-2 nm-1 sr-1程度の大きな変動を示し、光合成有効放射吸収量APARと総一次生産量GPPに対して高い相関を示した。本課題では常緑・落葉の異なる生態系区分におけるSIFとCO2吸収の応答を解析し、GOSAT-2 TANSO FTS-2 SIFの視野角内フットプリント土地被覆の数値化とともに生態系区分に基づくスケーリングを提案できた。２３年度には公募班・計画班との苫小牧研究林観測キャンペーンにおける個葉分光測定の協力実施や、ミズナラの優占する研究林内タワーのSIFとは異なる植物生理プロセスに反応する指標の光化学反射指数PRIの日変化の比較を通して研究対象間の交流に貢献し将来の共同研究にむけた機運を高めることができた。今年度は地上SIFと衛星SIFの季節変動についての国際学会の発表を行っており今後成果をまとめ発表を行っていく。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Forest Research Institute Malaysia(マレーシア)
• [Journal Article] Contributions of the understory and midstory to total canopy solar-induced chlorophyll fluorescence in a ground-based study in conjunction with seasonal gross primary productivity in a cool-temperate deciduous broadleaf forest (2023)
  • Author(s): Morozumi Tomoki、Kato Tomomichi、Kobayashi Hideki、Sakai Yuma、Nakashima Naohisa、Buareal Kanokrat、Nasahara Kenlo Nishida、Akitsu Tomoko Kawaguchi、Murayama Shohei、Noda Hibiki M.、Muraoka Hiroyuki
  • Journal Title: Remote Sensing of Environment Volume: 284 Pages: 113340-113340
  • DOI: 10.1016/j.rse.2022.113340
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 森林・農地における太陽光誘起クロロフィル蛍光(SIF)観測とモデリングの進展 (2024)
  • Author(s): 両角友喜, 野田響, 小林秀樹, 加藤知道
  • Organizer: 日本農業気象学会2024 年全国大会
• [Presentation] Seasonal pattern of solar-induced chlorophyll fluorescence in three forest types observed on multiple platforms (2023)
  • Author(s): Tomoki Morozumi, Hibiki Noda, Tomomichi Kato, Hideki Kobayashi, Yoshiyuki Takahashi, Hiroyuki Muraoka, Kazuho Matsumoto
  • Organizer: Asiaflux 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Full-spectral observation of leaf-level chlorophyll fluorescence to bridge the gap between tower and satellite observed solar-induced chlorophyll fluorescence (SIF) in a temperate deciduous forest and a subtropical evergreen forest in Japan (2023)
  • Author(s): Morozumi T., Noda H., Kato T., Kobayashi H., Takahashi Y., Matsumoto K.
  • Organizer: The iLEAPS OzFlux Joint Conference 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 太陽光誘起クロロフィル蛍光(SIF)による光合成モニタリング：鉛直多層―高分解能分光の研究とその展望 (2023)
  • Author(s): 両角友喜
  • Organizer: 第7回流域圏保全研究推進セミナー
  • Invited
• [Presentation] Evaluation of GOSAT-2 SIF with ground-based SIF in three common vegetation (2022)
  • Author(s): Morozumi T., Noda H., Kato T., Kobayashi H., Sakai Y., Nakashima N., Buareal K., Ono K., Nasahara K.N., Akitsu T.K., Murayama S., Muraoka H.
  • Organizer: IWGGMS-18
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] To what extent did understory vegetation contribute to the sun-induced chlorophyll fluorescence observed above the forest? (2022)
  • Author(s): Morozumi T., Kato T., Kobayashi H., Sakai Y., Nakashima N., Buareal K., Nasahara K.N., Akitsu T.K., Murayama S., Noda H., Muraoka H.
  • Organizer: INTECOL2022
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 太陽光誘起クロロフィル蛍光の観測で捉えた 落葉樹林の林床の寄与 ～二酸化炭素吸収の鉛直分布を把握～
  • URL: https://www.nies.go.jp/whatsnew/20221207/20221207.html