共同研究報告書


研究区分 一般研究

研究課題

 複雑ネットワーク理論を援用した森林生態系の環境応答モデルの簡約化
新規・継続の別 新規
研究代表者／所属 静岡大工
研究代表者／職名 教授
研究代表者／氏名 横沢正幸

研究分担者／氏名／所属／職名
　
氏　　名
所　　属
職　　名

1

 中河嘉明 国立環境研 ポスドク

2

 原登志彦 北大低温研

研究目的 　人間活動に起因する地球規模の気候変化が懸念され、そのような変化を評価・予測するために、地球システムモデルが作成・利用されている。そこでは、植物個体の新規加入と成長、枯死、競争をともなう3Dの個体群ダイナミックスによる森林の更新や遷移過程を考慮する必要がある。一方、計算環境が格段に向上した現代においても、空間明示で個体ベースのDGVMを組み込んだ地球システムモデルは、扱いにくいのが現状である。以上から本研究では、樹木個体の空間不均一性を簡約化した形式で個体群ダイナミクスのモデル化を行うことを目的とする。
サイズ分布の時間変化の比較　　
研究内容・成果 　本研究では、植物個体の空間配置構造を陽に考慮せずに、植物サイズの成長を精度良く記述する簡約化モデルスキームを開発するために、長期にわたる毎木センサスデータを利用し、空間明示個体ベースモデルより簡約なギャップモデルとサイズ構造モデルの補正方法を開発した。補正方法として、パラメータ調整する方法と補正項を導入する2つの方法を調べた。具体的な項目はつぎのとおりである。
　1）北海道の久保・池田の森林で測定された毎木データ(胸高直径と位置)を整理したデータベースを作成する。
　2）ギャップモデルとサイズ構造モデルを包括的に扱うために、これらのモデルを平均場個体ベースモデルに変換を行う。これによってパッチサイズを変えるだけでギャップモデルとサイズ構造モデルの両方を統一的に調べることが出来る。
　3) 空間構造を表現するための補正項をつくる。補正項は2つのサイズクラス間の競争の強さを補正する。
　4) 上のデータベースを利用して、空間明示個体ベースモデルと平均場個体ベースモデルのパラメータを推定する。補正項を導入した平均場個体ベースモデルのパラメータを推定する。
　5）パッチサイズごとのパラメータや補正項の定量的なパターンを解析することで、補正方法の法則を見出した。
　結果として、モデルの仮定するパッチサイズごとに最適な補正項やパラメータ値は異なり補正が必須であることが分かった。これは、ギャップモデルやサイズ構造モデルが植物個体の空間配置を考慮しないことに因る。具体的には、これらのモデルでは2つの仮定を適用している。1つ目は平均場近似であり、個体はどこに存在しようと同じパッチ内にいる他個体から同じ強さの競争の影響を受ける。2つ目はパッチ（プロット）外にいる個体からの競争の影響は受けないことである。パッチサイズが大きいモデルの再現性は主に前者の仮定によって下げられ、パッチサイズが小さいモデルの再現性は主に後者の仮定によって下げられる。このためパッチサイズの大きさによって再現性を補正する最適な補正項やパラメータの値は異なるのである。また、補正項をモデルに導入する方法において、パッチサイズごとの最適な補正項の定量的な構造に一定の法則があることが見出された。補正項において、一定サイズ以上の個体からの競争の影響のみを考慮することがモデルの再現性を向上させたが、パッチサイズに伴い、考慮すべき植物サイズも増大した。これは平均場近似を仮定しているため、その仮定から大きく逸脱する比較的小さな個体の影響を省略することで再現性が改善するためだと考えられる。また、補正項を導入する方法ではパッチサイズが小さい時、個体サイズと平均サイズの再現性が共に最大化された。最後に、これらのモデルに推定された補正項を導入することで、空間明示個体ベースモデルとほぼ同じサイズ分布を再現することができた（図）。
サイズ分布の時間変化の比較　　
成果となる論文・学会発表等 中河嘉明・横沢正幸・伊藤昭彦・原登志彦、競争ネットワークのハブ個体による植物個体群ダイナミクスの再構成、日本物理学会、大阪大学、2017年3月