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陸域植生と大気境界層
― 時空間スケール別にみた大気陸面相互作用 ―
檜山 哲哉
（名古屋大学・地球水循環研究センター）
大気境界層
• 大気陸面相互作用を研究する上で、避けては通れない重要な研究対象である。
• 従来の大気陸面相互作用の研究は、日変化など比較的短い時間スケールの、陸面から大気への一方通行的な研究がほとんどであった。
• フラックス計測の精度向上に関する技術的な研究が多かった、という事実は否めない。
（地表面近傍での乱流の空間構造の把握、というオタク的話題も多い。）
Buoyancy(bottom up)
ABL development
Synoptic atmospheric condition(strength of capping = top down or not)
ABL developmentdue to buoyancy flux
(= H + lE)
Land surface conditiondetermine the amount
of H & lE(energy balance)
Cumulus generationat & around
ABL top
日変化スケールでの大気境界層構造（＆ 大気陸面相互作用）
Sensible heat flux(H)
Latent heat flux(lE)
Observation Sites of LAPS and YRiS
LAPSHuaihe River BasinYRiS
Loess Plateau
ウィンドプロファイラによる大気境界層観測
加藤美雄ほか(2003)
Wheat Bare soil Paddy field
Surface Fluxes : H, lE, FCO2 (3 heights)
Surface Condition : LAI, Ts, Tw, Tg
ABL Structure : refractive index, 3-D wind
Flux & ABL Observations
地表面状態の変化 （中国・寿県）
地表面フラックスと大気境界層高度 （日変化）
6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00Time (BST)
-200
0
200
400
600
800
Flux
Den
sity
(W m
-2 ) Rn
H
lE
6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00Time (BST)
-200
0
200
400
600
800
Flux
Den
sity
(W m
-2 )
Rn
H
lE
6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00Time (BST)
0
500
1000
1500
2000
2500
Hei
ght (
m)
6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00Time (BST)
0
500
1000
1500
2000
2500
Hei
ght (
m)
Wheat （31 May, 2004） Paddy (28 June, 2004）
Tanaka et al. (2006)
地表面フラックスの日変化
（＆ 季節変化）
・正味放射量・顕熱フラックス・潜熱フラックス
冬
夏
春
水田
Tanaka et al. (2006)
WPRで測られた
大気境界層高度の日変化
（＆ 季節変化）
（エコー強度から推定）
冬
夏
春
水田
Tanaka et al. (2006)
大気境界層高度と地表フラックス ＆ 総観気象場の鉛直流（ω）
（季節変化）
上向き
下向き
顕熱フラックス（右目盛）大気境界層高度（左目盛）
鉛直
大気境界層研究の諸制約
（制約の種）： （観測の例）
1. 時間的制約： 1日数回のラジオゾンデ観測、等
2. 費用的制約： 晴天日のみの航空機観測、等
3. 場の制約： 平坦均一地表面上のみの事例観測、等
4. 定常性制約： 広域的に同質に観測できない、等
より細かい時空間スケールの現象理解のためには数値モデルとの併用が不可欠である。 （省略）
年々変動スケールでの
陸域植生と大気境界層
• 1964年から1998年までの35年間における
全球平均の雲底高度と雲頂高度の経年変化 （Chernykh et al., 2001）
• 1980年から1999年までの植生の増減傾向（Kawabata et al., 2001）
• 同期間の純一次生産量（NPP）の増減傾向（Sasai et al., 2005）
ラジオゾンデ観測データによる気候学的な
大気境界層と雲（雲底・雲頂）の年々変動
Chernykh et al.(2001)
CARDS: Comprehensive Aerological Reference Data Set1964年～1998年 （全世界で795地点）
Chernykh et al.(2001)
ラジオゾンデ観測データによる気候学的な
大気境界層と雲（雲底・雲頂）の年々変動
Cloud Layer の判別
T”(z) > 0R”(z) < 0
一般に高高度になるに従って湿度センサーの時定数は大きくなる。しかし微分係数であれば雲層判別に対する時定数依存性は小さくなる。
Chernykh et al.(2001)
ラジオゾンデ観測データによる気候学的な
大気境界層と雲（雲底・雲頂）の年々変動
・全球平均の雲底高度と雲頂高度雲底高度： 44 m/10年 の割合で下降雲頂高度： 154 m/10年 の割合で上昇
植生活性の増加と関係？ 大気水蒸気量の増加と関係？
Chernykh et al.(2001)
雲底高度（７月）
ラジオゾンデ観測データによる気候学的な
大気境界層と雲（雲底）の年々変動
雲底低下
植生が活発化!?
植生の増減傾向（1980年から1999年）
Kawabata et al. (2001)
緑色： 植生が活性化してきている地域
Chernykh et al.(2001)
雲頂高度（７月）
ラジオゾンデ観測データによる気候学的な
大気境界層と雲（雲頂）の年々変動
雲頂低下
!?（乾燥化 ?）
モデルの概要と特徴
BEAMSBiosphere model integrating Eco-physiological And
Mechanistic approaches using Satellite data
１：衛星データを利用した診断的モデル
→ より現実的なモデルシミュレーションが可能
２：植物生理学的アプローチを採用
→ 陸域生態系プロセスを正確に表現
既存モデルよりも再現性を高めたモデルを構築し、
高精度な炭素フラックスの推定を目指す！
(Sasai et al., 2005)
解析の詳細
対象領域 : 全球
空間分解能 : 1 °グリッド
時間分解能 : 月別
期間 : 1982/1 – 2000/12
入力データ ;日射量, アルベド ~ NCEP/NCAR再解析データ
降水量, 気温, 水蒸気圧 ~ CRUデータセット
植生分類図 ~ Defries and Townshend (1994)：NOAA/AVHRR
土壌分類図、深さ ~ FAO soil texture group(Zobler,1987;Webb et al.,1993)
衛星データ ~ fPAR/LAI based on GIMMS NDVI(Myneni et al.,1997)
（Sasai et al., 2005）
-10.0 0.0 10.0 (gC/m2/yr)
ＮＰＰ増減傾向＜1982年～2000年 (19年間) の線形トレンド＞
増加減少
Sasai et al. (2005)
Brutsaert and Parlange (1998):Nature, 396, 30. (5 November)
陸域からの蒸発散量 (ET)
→ 過去数十年間で増加傾向
パン蒸発量は減少傾向にあるが、可能蒸発量と実蒸発散量の補完関係によって、実蒸発散量が増加傾向にあることを指摘した。
＃ 本人曰く、正味放射量の減少の影響は、かなり小さいらしい。
（→ Science に投稿予定、とのこと）
大気陸面相互作用研究の synergy― 時空間スケール毎の提言 ―
• 日変化スケール
• 季節変化スケール
• 経年変化スケール
大気境界層を中心に見据えた陸面過程と雲・降水過程の、より有機的な連携研究（→ 乱流構造や乾燥・湿潤対流に関するオタク的研究を含む）
中・長期的な観測とその統計解析（特に、雲底高度、雲頂高度、雲量を中心に）（→ ISCCPデータの活用が必須か？）
気候学的視点での研究陸域： 植生の変化も含めた蒸発散量の長期変化傾向海域： ？？
