共同研究報告書


研究区分 一般研究

研究課題

 耕地生態系と大気環境の相互作用の解明
新規・継続の別 継続（H29年度から）
研究代表者／所属 農業・食品産業技術総合研究機構
研究代表者／職名 ユニット長
研究代表者／氏名 桑形恒男

研究分担者／氏名／所属／職名
　
氏　　名
所　　属
職　　名

1

 丸山篤志 農業・食品産業技術総合研究機構 上級研究員

2

 小野圭介 農業・食品産業技術総合研究機構 上級研究員

3

 伊川浩樹 農業・食品産業技術総合研究機構 主任研究員

4

 石田祐宣 弘前大学大学院理工学研究科 准教授

5

 渡辺力 北大低温研 教授

研究目的 本研究では観測に基づいた植物生理・群落微気象の知見とこれまで我々が発展させてきた大気が植生に与える影響のモデリングを組み合わせることで、耕地生態系から大気へ与えるフィードバック作用を定量化することを目的とする。近年、寒冷地を中心に地球温暖化が進行し、農耕地の気象環境や作物の生産への影響が顕在化している。さらに温暖化によって作物の栽培適地が高緯度地帯まで移動し、同地域の物質循環や局地気象の形成に大きな影響をおよぼすことが予想される。本研究はこれらの問題に対処するために必須の基礎的なプロセスについて扱う。
　　
研究内容・成果 （1）昨年度までに構築した群落熱収支と大気の熱・水輸送に関する結合モデルのスキームを改良し、大気境界層内の3次元的な温度・湿度環境と群落熱収支とフィードバックが再現できるようにした。さらに複数の土地利用に対する熱収支サブモデルを導入することで、対応する各土地利用における局地気象環境の評価が可能となった。
（2）（1）で改良した結合モデルを用いて、土地利用（水田面積）の変化と大気CO2濃度の上昇が、都市と水田域における地域気象環境に与える相互影響について調べた。夏季の晴天日における関東・甲信越を対象としたシミュレーションでは、大気CO2濃度の上昇による水田微気象（熱収支）の変化が、それによって生じる熱的局地循環の変化を通して、水田地帯ばかりでなく周辺の都市域の気温や湿度にも影響を与えることが示された。ここで得られた成果は原著論文として発表するとともに、3/12にプレスリリースを実施した。
上記のシミュレーションに加えて、東北地方北部（津軽平野）を対象とした、冬季の夜間の熱的局地循環（斜面下降流）と一般風の相互作用が冷気形成におよぼす影響に関する数値実験もあわせて実施した。
（3）低温研における対面形式でのミーティングは、コロナ禍の影響で2年続けて中止となった。その代わりに2月にオンライン形式のミーティングを実施し、（1）〜（2）の共同研究内容の中心とした各メンバーからの話題提供に加え、来年度以降の研究の展開について議論した。
　　
成果となる論文・学会発表等 [1] Ikawa， H.， Kuwagata， T.， Haginoya， S.， Ishigooka， Y.， Ono， K.， Maruyama， A.， Sakai， H.， Fukuoka， M.， Yoshimoto， M.， Ishida， S.， Chen， C.P.， Hasegawa， T.， and Watanabe， T. (2021) Heat-mitigation effects of irrigated rice-paddy fields under changing atmospheric carbon dioxide based on a coupled atmosphere and crop energy-balance model， Boundary-Layer Meteorology， https://doi.org/10.1007/s10546-021-00604-6
[2] 伊川浩樹 (2021) 水田は、周辺地域の気温の上昇を緩和しているが、その効果は大気CO2の増加により低下する， プレスリリース (農研機構， 北海道大学)， 2021年3月12日.
[3] Ikawa， H. Kuwagata， T. Hasegawa， T.， Chen， C.P.， and Watanabe， T. (2021) From the Tsukuba FACE experiment to the regional atmosphere， ISAM2021.