グローバルな太陽光誘起クロロフィル蛍光の地上観測・モデル・衛星の相互比較

2021 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 18KK0317
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 加藤 知道 北海道大学, 農学研究院, 准教授 (60392958)
• 研究期間 (年度): 2019 – 2022
• キーワード: 衛星データ / リモートセンシング / 光合成 / 渦相関フラックス / 植物生理生態学

研究実績の概要

水田サイトのSIFとGPPの関係は、天候に左右されることがわかった。またredSIF/far-redSIFの割合は、季節方向にあまり変化しないため、水田のようなシンプルな群落構造を持つ生態系タイプでは、物理的構造よりも、生理的機能の方がSIFを制御することが示唆された。また落葉広葉樹林では、多層の上下方向（林冠から上向き、林冠中央部から下向き・上向き、林床から上向き・下向きの５方向）のSIF放出を観測することに成功し、春先は下層から上向きのSIFと生態系GPPとの相関が高いことがわかった。さらに複数サイトで我々の地上SIF観測と、TROPOMI/GOSAT-2等との比較をおこなった。その結果、TROPOMIのような多頻度・高地上分解能の衛星観測との絶対値や季節変化の一致を示したが、一方でGOSAT-2は有効な観測データがごく少なかったために、月平均値で中程度の精度を確認する程度になった。
三次元森林放射伝達モデルFLiES-SIFを利用した研究では、コムギ畑においてSIFが特定の時間帯に放出が小さくなることを観測・モデル両方で確認することができた。これは太陽光・観測角・条列方位の組み合わせで、光学的にSIF放出が低下することを示唆している。また落葉広葉樹および水田でFLiES-SIFによるSIFおよびGPPの推定値は、観測とよく一致し、より高い精度での生態系光合成速度の再現が可能になった。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

地上観測網については、国内の水田・落葉広葉樹林・コムギのサイトからは論文投稿ができた。また、湿地・亜熱帯林についてもデータ解析が進んでおり、論文投稿が予定されている。またFLiES-SIFモデルについては、記述論文は掲載されており、地上サイトでの再現についても、コムギ・落葉広葉樹林で進んでいる。

今後の研究の推進方策

地上観測については、地上-衛星SIF比較と、サイト間比較について解析を進め論文化を目指す。またFLiES-SIFについては、日本全域のSIFおよび光合成の再現を目指す。

研究成果

• [雑誌論文] Area-ratio Fraunhofer line depth (aFLD) method approach to estimate solar-induced chlorophyll fluorescence in low spectral resolution spectra in a cool-temperate deciduous broadleaf forest (2021)
  • 著者名/発表者名: Nakashima Naohisa、Kato Tomomichi、Morozumi Tomoki、Tsujimoto Katsuto、Akitsu Tomoko Kawaguchi、Nasahara Kenlo Nishida、Murayama Shohei、Muraoka Hiroyuki、Noda Hibiki M.
  • 雑誌名: Journal of Plant Research 巻: 134 ページ: 713～728
  • DOI: 10.1007/s10265-021-01322-3
  • 査読あり
• [学会発表] Investigation of the relationship between observed SIF and broadband SIF for the reliable GPP calculation in a cool temperate-deciduous broadleaf forest (2021)
  • 著者名/発表者名: Yuma Sakai, Hideki Kobayashi, Tomomichi Kato, Tomoki Morozumi, Naohisa Nakashima, Kenlo Nishida Nasahara, Tomoko Akitsu, Shohei Murayama, Hibiki M Noda, Hiroyuki Muraoka, Toshiyuki Ohtsuka, Shinpei Yoshitake, Kouki Hikosaka, Haruki Oshio, Yukio Yoshida
  • 学会等名: AGU Fall Meeting 2021
  • 国際学会
• [学会発表] Seasonal variation in Solar Induced chlorophyll Fluorescence from canopy-top, middle and bottom layers as a potential proxy of gross primary productivity in a cool-temperate deciduous broadleaf forest in Takayama, Japan (2021)
  • 著者名/発表者名: Tomoki Morozumi, Tomomichi Kato, Kanokrat Buareal, Naohisa Nakashima, Yuma Sakai, Hideki Kobayashi, Kenlo Nishida Nasahara, Tomoko Akitsu, Shohei Murayama, Hibiki Noda, Hiroyuki Muraoka
  • 学会等名: AGU Fall Meeting 2021
  • 国際学会
• [学会発表] Retrieving solar-induced chlorophyll fluorescence from multilayers in a deciduous forest with low resolution field-measured spectra over the past decade (2021)
  • 著者名/発表者名: Naohisa Nakashima, Tomomich Kato, Tomoki Morozumi, Katsuto Tsujimoto, Tomoko K. Akitsu, Kenlo N. Nasahara, Shohei Murayama, Hiroyuki Muraoka, Hibiki M. Noda
  • 学会等名: AGU Fall Meeting 2021
  • 国際学会
• [学会発表] Ground based observation of solar induced chlorophyll fluorescence using a fine resolution spectrometer across multiple sites in cool temperate to sub-tropical ecosystems, Japan (2021)
  • 著者名/発表者名: Tomoki Morozumi, Tomomichi Kato, Naohisa Nakashima, Buareal Kanokrat, Kitpanuwat Tanatarakeree, Hideki Kobayashi, Yuma Sakai, Katsuto Tsujimoto, Hibiki M. Noda, Yoshiyuki Takahashi, Kentaro Takagi, et al
  • 学会等名: iLEAPS-Japan 研究集会2021
• [学会発表] Seasonal variation in Solar Induced chlorophyll Fluorescence detected by multi-vertical layer spectroscopy in a canopy of cool-temperate deciduous broadleaf forest in Takayama, Gifu (2021)
  • 著者名/発表者名: Tomoki Morozumi, Tomomichi Kato, Katsuto Tsujimoto, Kanokrat Buareal, Naohisa Nakashima, Yuma Sakai, Hideki Kobayashi, Kenlo Nishida Nasahara, Tomoko Akitsu, Shohei Murayama, Hibiki Noda, Hiroyuki Muraoka
  • 学会等名: JpGU Meeting 2021
• [学会発表] Ground-Based Measurement of Solar-Induced Chlorophyll Fluorescence in Wetland by High-Spectral Resolution (2021)
  • 著者名/発表者名: Kitpanuwat Tanatarakeree, Tomomichi Kato, Tomoki Morozumi, Kanokrat Buareal, Masahito Ueyama, Naohisa Nakashima, Hideki Ninomiya, Wu Lan, Takashi Hirano
  • 学会等名: JpGU Meeting 2021