３次元森林構造に蛍光分布情報を付加した新しい光環境―光合成モジュールの開発

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25281014
• 研究機関: 国立研究開発法人海洋研究開発機構
• 研究代表者: 小林 秀樹 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 地球表層物質循環研究分野, 主任研究員 (10392961)
• 研究分担者: 井上 智晴 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 地球表層物質循環研究分野, ポストドクトラル研究員 (20608822) ; 市井 和仁 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 地球表層物質循環研究分野, 主任研究員 (50345865) ; 永井 信 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 地球表層物質循環研究分野, 主任研究員 (70452167) ; 楊 偉 千葉大学, 環境リモートセンシング研究センター, 特任助教 (80725044)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: リモートセンシング / 生態系モデル / 太陽光励起クロロフィル蛍光 / フェノロジー / 林床植生 / 極域環境変動 / 炭素循環

研究実績の概要

（テーマ１）２０１５年８月にアラスカ州フェアバンクス郊外のクロトウヒ疎林を訪問し、分光計HR4000とMiniPPMを用いてクロトウヒの林床植生のクロロフィル蛍光(SIF)輝度と光合成活性の調査を行った。また、平成２６年度末に設置した地表面分光連続観測装置のデータ回収とデータ解析を行い、夏季の林床植生のSIF、光合成活性及び、ブロードバンド分光反射率を比較した。また、小型のタイムラプスカメラ(ラズベリーパイ)を設置し、林床の変化の様子を連続モニターした。
（テーマ２）前年度に引き続きSIF計算用の放射伝達モデル（FLiES）の開発と修正を行い、モデル構築を完了した。また、３次元森林景観を用いてSIFの感度解析を実施し、樹冠SIF輝度の観測角度依存性や陽葉、陰葉別の寄与、葉面積指数との関係、波長による違い、SIF放射の林内での多重散乱効果などについて調査し、衛星観測で利用される近赤外の樹冠SIF輝度においては多重散乱効果の寄与が直接蛍光放射と比較して、最大３０％近くに達することが明らかとなった。
（テーマ３）１次元、３次元スキームにおけるSIFシミュレーション値の比較を行った。１次元スキームは水平均一の葉群景観とし、３次元スキームと同じ放射伝達モデル(FLiES)で比較した。この比較の結果、１次元スキームで計算されるSIFは、同じ葉面積条件下では後方散乱方向を中心に過大推定する傾向があることが明らかとなった。また、SIFシミュレーションを全球で実施し、GOME-2によるSIFの衛星観測値及びサポートベクター回帰で推定した全球総光合成量（GPP）の結果と比較した。その結果、本研究で構築したモデルは、全球の衛星SIF及びGPPの季節変化と良好な一致をみた。しかし、開発したモデルは衛星のSIF推定値よりも大きめに計算されることが明らかとなった。

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額が生じた理由

27年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

27年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] アラスカ大学フェアバンクス校(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: アラスカ大学フェアバンクス校
• [国際共同研究] Helmholtz Centre Potsdam(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: Helmholtz Centre Potsdam
• [雑誌論文] Latitudinal gradient of spruce forest understory and tundra phenology in Alaska as observed from satellite and ground-based data (2016)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi H, A. Yunus, S. Nagai, K. Sugiura, Y. Kim, B. V. Dam, H. Nagano, D. Zona, Y. Harazono, S. Bret-Harte, K. Ichii, H. Ikawa, H. Iwata, W. C. Oechel, M. Ueyama, and R. Suzuki
  • 雑誌名: Remote Sensing of Environment 巻: 177 ページ: 160-170
  • DOI: 10.1016/j.rse.2016.02.020
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Understory CO2, sensible heat, and latent heat fluxes in a black spruce forest in interior Alaska (2015)
  • 著者名/発表者名: Ikawa H, T. Nakai, R. C Busey, Y. Kim, H. Kobayashi, S. Nagai, M. Ueyama, K. Saito, H. Nagano, R. Suzuki, L. Hinzman
  • 雑誌名: Agricultural and Forest Meteorology 巻: 214-215 ページ: 80-90
  • DOI: 10.1016/j.agrformet.2015.08.247
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] DIRECTIONAL EFFECT OF CANOPY SCALE SUN-INDUCED CHLOROPHYLL FLUORESCENCE: THEORETICAL CONSIDERATION IN A 3-D RADIATIVE TRANSFER MODEL (2015)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi, H
  • 雑誌名: Proceedings of IGARSS 2015 巻: - ページ: 3413 - 3415
  • DOI: 10.1109/IGARSS.2015.7326552
  • 謝辞記載あり
• [学会発表] Satellite and ground-based monitoring of terrestrial ecosystem structure and phenology in Arctic and sub-Arctic regions (2016)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Hideki, Yang Wei, Yunus Ali, Nagai Shin, Ono Yuhsaku, Sugiura Konosuke, Nasahara Kenlo, Kim Yongwon, Van Dam Brie, Nagano Hirohiko, Zona Donatella, Harazono Yoshinobu, Bret-Harte Syndonia, Ichii Kazuhito, Ikawa Hiroki, Iwata Hiroki, Oechel Walter, Ueyama Masahito, Suzuki Rikie
  • 学会等名: Arctic Observing Summit 2016
  • 発表場所: アラスカ大学フェアバンクス校・米国アラスカ州フェアバンクス
  • 年月日: 2016-03-16
  • 国際学会
• [学会発表] Linking AsiaFlux and GOSAT Observation for Terrestrial CO2 Cycle Studies (2016)
  • 著者名/発表者名: Ichii K. Kondo M., Ueyama M., Saigusa N
  • 学会等名: AsiaFlux Mini Workshop on Remote Sensing and Ecological/Environmental Monitoring
  • 発表場所: 国立台湾大学・台湾台北市
  • 年月日: 2016-03-03
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Potential Application of Space-borne Vegetation LiDAR Products to Ecosystem Structures and Terrestrial Carbon Cycle Studies (2016)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Hideki, Yang Wei, Ono Yuhsaku, Ichii Kazuhito, Nasahara Kenlo
  • 学会等名: International Workshop on Vegetation Lidar and Application from Space
  • 発表場所: 京都大学・京都府京都市
  • 年月日: 2016-01-06
  • 国際学会
• [学会発表] Global simulation of canopy scale sun-induced chlorophyll fluorescence with a 3 dimensional radiative transfer model (2015)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Hideki, Yang Wei, Ichii Kazuhito
  • 学会等名: AGU fall meeting 2015
  • 発表場所: モスコーンセンター・米国カリフォルニア州サンフランシスコ
  • 年月日: 2015-12-18
  • 国際学会
• [学会発表] Recent pattern of seasonal and interannual variability inferred from data-driven global terrestrial net CO2 exchange (2015)
  • 著者名/発表者名: Kondo M., Ichii K
  • 学会等名: AGU Fall Meeting 2015
  • 発表場所: モスコーンセンター・米国カリフォルニア州サンフランシスコ
  • 年月日: 2015-12-16
  • 国際学会
• [学会発表] Upscaling terrestrial CO2 fluxes in Asia using an integrated database of eddy-covariance measurements (2015)
  • 著者名/発表者名: Ichii K., Ueyama M., Kondo M., Saigusa N., Alberto M.C., Kitamura K., Kotani A., Kominami Y., Maeda T., Mizoguchi Y., Shimizu T., Yasuda Y
  • 学会等名: Joint conference of the AsiaFlux Workshop 2015 and ISPRS
  • 発表場所: The Indian Institute of Tropical Meteorology・インド・Pune市
  • 年月日: 2015-11-27
  • 国際学会