水同位体比データ同化システムを用いた大気・陸面水循環過程の詳細解明

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26289160
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 芳村 圭 東京大学, 大気海洋研究所, 准教授 (50376638)
• 研究分担者: 金 元植 国立研究開発法人 農業環境技術研究所, 大気環境研究領域, 主任研究員 (40414502)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 水安定同位体比 / データ同化 / 分校分析 / 蒸発散フラックス / 成分分離 / 気候復元 / 大気循環 / 陸面過程

研究実績の概要

「気候学・気象学及び水文学における水の安定同位体:レビュー」というタイトルの総説論文を発表した（原文は英語；Yoshimura, 2015）。これは、本基盤研究を含めたこれまでの水同位体を用いた研究を、特に観測技術とモデリング技術の進展に伴って急速に拡がっている利用価値に触れつつ、広くレビューするものである。加えて今後の方向性の例として、同位体プロキシデータを用いた気候モデルの直接的な検証と同位体情報を用いたデータ同化の可能性を挙げた。
また、本基盤研究で行っているつくば市真瀬の水田での水同位体観測を継続し、３期分の極めて質の良いデータを入手した。すでに報告した水田における植生経由の蒸散の寄与率については、Water Resources Research誌に投稿した論文が採択され（Wei et al., 2015）、加えて、観測から得られた水蒸気同位体比の変動要因と、大規模な大気中の水蒸気輸送過程との関係を分析し、真瀬上空おける水蒸気へのローカルな地表面から寄与は年平均で16.0±12.3%、夏平均で20.5±12.9%と推算され、大気中の大規模な水蒸気輸送過程が水蒸気同位体比変動の第一の要因であることを明らかにした。この後半部分に関する論文は、Journal of Hydrology誌に投稿し、採択された（Wei et al., 2016）。
さらに、植生のLAIと蒸散寄与率の関係性をヒントに、60以上の文献をあたり、様々な手法で得られた蒸散寄与率とLAIとの関係を調べた。その結果、6つの植生タイプにおけるLAIと蒸散寄与率の関係を定量化した。その式を、植生の全球分布及び水収支式から求めた蒸発散分布に適用することで、蒸散寄与率の全球分布及び平均値を求めた。その結果は、50-60%であり、近年複数発表された同位体比を用いた研究による値よりはかなり小さく、一般的な地表面モデルによる推定値により近い値であった。この研究については、2016年4月現在投稿準備中である。

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

主だった論文を４編出版したほか、関連論文として９編の論文を出版することができた。また、同位体観測も順調に進み、3年分のデータを蓄積することができた。概ね順調に進んでいるとみてよいと考えている。

今後の研究の推進方策

前年度に引き続きつくば市真瀬の試験水田での水蒸気・表層水同位体比観測を継続する。そういったレーザー分光計を用いた水蒸気同位体比観測は世界各地にて行われており、それらのデータを収集し、データ同化システムへの投入データとして整備する。また、同位体領域モデル(IsoRSM)を用いた水同位体比データ同化システムを構築し、全球版で行った理想実験を実施する。さらに、現在のIsoGSMでは地表面モデルにNOAHモデルを用いているが、同位体については蒸発散時の無分別を仮定しており、蒸発・蒸散割合の同定には使えない。従って、IsoMATSIRO(Yoshimura et al., 2006)など、蒸散時の非定常同位体分別過程を組み込んだ同位体陸面モデルをIsoGSMに組み込むか、NOAHに同位体過程を組み込んだIsoNOAHを作成するかのどちらかを選択し、データ同化システムに取り入れる。 最終年度であるため、それぞれの研究項目の成果を論文に取りまとめると同時に、同位体データ同化に関する国際会合を開催する。

研究成果

• [雑誌論文] Historical dynamical downscaling for East Asia with the atmosphere and ocean coupled regional model (2016)
  • 著者名/発表者名: Ham, S., K. Yoshimura, H. Li
  • 雑誌名: J. Meteor. Soc. Japan 巻: 94 ページ: 199-208
  • DOI: 10.2151/jmsj.2015-046
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Assessing future climate changes in the East Asian summer and winter monsoon using Regional Spectral Model (2016)
  • 著者名/発表者名: Ham, S., J.-W. Lee, K. Yoshimura
  • 雑誌名: J. Meteor. Soc. Japan 巻: 94 ページ: 69-87
  • DOI: 10.2151/jmsj.2015-051
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Verification of isotopic compositions of precipitation simulated by a regional isotope circulation model over Japan (2016)
  • 著者名/発表者名: Tanoue, M., K. Ichiyanagi, and K. Yoshimura
  • 雑誌名: Isotopes in Env. Health Studies 巻: 未定 ページ: 未定
  • DOI: 10.1080/10256016.2016.1148695
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Understanding the variability of water isotopologues in near-surface atmospheric moisture over a humid subtropical rice paddy in Tsukuba, Japan (2016)
  • 著者名/発表者名: Wei, Z., K. Yoshimura, A. Okazaki, K. Ono, W. Kim, M. Yokoi, C.-T. Lai
  • 雑誌名: J. Hydrol. 巻: 533 ページ: 91-102
  • DOI: 10.1016/j.jhydrol.2015.11.044
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 高解像度河川氾濫過程の導入が大気大循環モデルの推計値に及ぼす影響 (2016)
  • 著者名/発表者名: 鳩野美佐子, 芳村圭, 荒川隆, 山崎大, 沖大幹
  • 雑誌名: 土木学会論文集B1(水工学) 巻: 72 ページ: 未定
  • 査読あり
• [雑誌論文] 平成27年9月関東・東北豪雨による茨城県常総市における鬼怒川洪水に関する調査及び考察 (2016)
  • 著者名/発表者名: 芳村 圭, 中村晋一郎, 鳩野美佐子, 向田清峻, 石塚悠太, 内海信幸, 木口雅司, 金炯俊, 乃田啓吾, 牧野達哉, 鼎信次郎, 沖大幹
  • 雑誌名: 土木学会論文集B1(水工学) 巻: 72 ページ: 未定
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Development and implementation of river-routing process module in a regional climate model and its evaluation in Korean river basins (2015)
  • 著者名/発表者名: Lee, J.-W., S.-Y. Hong, J.-E. E. Kim, K. Yoshimura, S. Ham, M. Joh
  • 雑誌名: J. Geophys. Res. Atmos. 巻: 120 ページ: 4613-4629
  • DOI: 10.1002/2014JD022698
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Partitioning of evapotranspiration using high frequency water vapor isotopic measurement over a rice paddy field (2015)
  • 著者名/発表者名: Wei, Z., K. Yoshimura, A. Okazaki, W. Kim, Z. Liu, M. Yokoi
  • 雑誌名: Water Resour. Res. 巻: 51 ページ: 3716-3729
  • DOI: 10.1002/2014WR016737
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Stable water isotopes in climatology, meteorology, and hydrology: A review (2015)
  • 著者名/発表者名: Yoshimura, K.
  • 雑誌名: J. Meteor. Soc. Japan 巻: 93 ページ: 513-533
  • DOI: 10.2151/jmsj.2015-036
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Modeling low salinity waters along the coast around Japan using a high resolution river discharge data set (2015)
  • 著者名/発表者名: Urakawa, S., M. Kurogi, K. Yoshimura, and H. Hasumi
  • 雑誌名: J. Oceanography 巻: 71 ページ: 715-739
  • DOI: 10.1007/s10872-015-0314-4
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Recent contrasting winter temperature changes over North America linked to enhanced positive Pacific North American pattern (2015)
  • 著者名/発表者名: Liu, Z., Z. Jian, K. Yoshimura, N. H. Buenning, C. J. Poulsen, and G. J. Bowen
  • 雑誌名: Geophys. Res. Let. 巻: 42 ページ: 7750-7757
  • DOI: 10.1002/2015GL065656
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The GRENE-TEA model intercomparison project (GTMIP): overview and experiment protocol for Stage 1 (2015)
  • 著者名/発表者名: Miyazaki, S., Yoshimura, K., et al.
  • 雑誌名: Geosci. Model Dev. 巻: 8 ページ: 2841-2856
  • DOI: 10.5194/gmd-8-2841-2015
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A semi-Lagrangian advection scheme for radioactive tracers in the NCEP Regional Spectral Model (RSM) (2015)
  • 著者名/発表者名: Chang, E.-C. and K. Yoshimura
  • 雑誌名: Geosci. Model Dev. 巻: 8 ページ: 3247-3255
  • DOI: 10.5194/gmd-8-3247-2015
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Late-glacial to late-Holocene shifts in global precipitation δ18O (2015)
  • 著者名/発表者名: Jasechko, S., A. Lechler, F. S. R. Pausata, P. J. Fawcett, T. Gleeson, D. I. Cendón, J. Galewsky, A. N. LeGrande, C. Risi, Z. D. Sharp, J. M. Welker, M. Werner, and K. Yoshimura,
  • 雑誌名: Clim. Past 巻: 11 ページ: 1375-1393
  • DOI: 10.5194/cp-11-1375-2015
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 平成27年9月関東・東北豪雨による茨城県常総市における鬼怒川洪水に関する調査及び考察 (2016)
  • 著者名/発表者名: 芳村 圭・中村晋一郎・鳩野美佐子・向田清峻・石塚悠太・内海信幸・木口雅司・金 炯俊・乃田啓吾・ 牧野達哉・鼎信次郎・沖 大幹
  • 学会等名: 第６０回水工学講演会
  • 発表場所: 東北工業大学（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-03-15 – 2016-03-15
• [学会発表] 雲量データ同化による観測インパクト (2015)
  • 著者名/発表者名: 芳村圭, 取出欣也
  • 学会等名: 日本気象学会2015年度秋季大会
  • 発表場所: 京都テルサ（京都府京都市）
  • 年月日: 2015-10-28 – 2015-10-28
• [学会発表] 広域陸面モデリングの最前線～気候変動下の渇水リスクの求め方～ (2015)
  • 著者名/発表者名: 芳村圭
  • 学会等名: 平成27年度公開シンポジウム「気候変動のリスクを知る～リスク情報の使われ方～」
  • 発表場所: 一橋講堂（東京都千代田区）
  • 年月日: 2015-10-13 – 2015-10-13
• [学会発表] Validation of RCMs by using water isotope information (2015)
  • 著者名/発表者名: Yoshimura,K.
  • 学会等名: International Workshop on Issues in downscaling of climate change projection
  • 発表場所: エポカルつくば（茨城県つくば市）
  • 年月日: 2015-10-07 – 2015-10-07
  • 国際学会
• [学会発表] 水同位体情報を用いた水循環過程や古気候変動の解明 (2015)
  • 著者名/発表者名: 芳村圭
  • 学会等名: JpGU2015
  • 発表場所: 幕張メッセ（千葉県幕張市）
  • 年月日: 2015-05-27 – 2015-05-27
  • 招待講演
• [学会発表] 全球高解像度シミュレーションに向けた地表面過程モデリング (2015)
  • 著者名/発表者名: 芳村圭
  • 学会等名: 日本気象学会2015年度春季大会
  • 発表場所: エポカルつくば（茨城県つくば市）
  • 年月日: 2015-05-24 – 2015-05-24
  • 招待講演