課題名

B-4 シベリア凍土地帯における温暖化フィードバックの評価に関する研究

課題代表者名

井上 元 (環境庁国立環境研究所大気圏環境部・地球環境研究グループ上席研究官)

研究期間

平成6−8年度

合計予算額

280,662千円 (うち8年度 94,656千円)

研究体制

(1) シベリアの湿地における温室効果ガス発生量へのフィードバック

   シベリアの自然湿地からのメタン発生総量推定に関する研究(環境庁国立環境研究所)

  凍土からのメタンの発生に対する温暖化影響

(環境庁国立環境研究所、北海道大学、名古屋大学)

(2) シベリアの森林における温室効果ガス発生量へのフィードバック

   森林生態系における一次生産と二酸化炭素収支(農水省林野庁森林総合研究所、北海道大学)

  森林火災が二酸化炭素収支に与える影響の評価(農水省林野庁森林総合研究所)

   環境要因が森林動態に及ぼす影響の解明(環境庁国立環境研究所、茨城大学)

(3) シベリアにおける温暖化検出の手法に関する研究

   シベリアにおける気候変動と物質輸送モデルに関する研究

(環境庁国立環境研究所、筑波大学、東京工業大学)

  リモートセンシング情報の複合利用による地表面観測の高度化に関する研究

(環境庁国立環境研、岩手大学)

   降雨中酸素同位体測定によるシベリアの水循環の研究(環境庁国立環境研究所)

  国内参照フィールドにおけるフラックス広域評価手法の共同研究

(農水省農業環境技術研究所)

(4)航空機による温室効果ガスの測定法の高度化に関する研究

(科学技術庁航空宇宙研究所、環境庁国立環境研究所、東京大学)

研究概要

 本研究においては、第一に現在シベリアの自然が二酸化炭素やメタンの地球規模での変動に及ぼす影響を明かにすることを目的とし(1)シベリアの自然湿地からのメタン発生総量を推定することを目的とし、複雑な自然湿原からの平均的発生量を見積もるための観測、総発生量を推定するための通年観測などを行った。凍土地帯という特殊な地理学的条件で湖沼・湿原などからのメタン発生量の測定を行ない、発生量を決める要因を解析した。また、永久凍土の性状とその融解速度の推定、それに伴うメタンの発生量の推定を行った。(2)シベリアにおける二酸化炭素の収支に関する研究としては、主要樹種の森林の林床植生も含めたバイオマス、年間成長量、土壌中の炭素含有量、落葉量と分解速度、土壌からの二酸化炭素放出量、林内の二酸化炭素フラックス等を測定すると共に、主要樹種の温暖化適応機能を調べ、シベリアの代表的森林について二酸化炭素収支と炭素貯留量を明かにした。シベリアの森林に多発する森林火災が二酸化炭素収支に与える影響を、年輪解析や赤外線ビデオによる樹木の成長状態と被害程度、土壌中や地上の炭素の変化量から推定し、調査・分類した被害地の衛星データをもとに火災地域の識別法の検討を行なった。タイガ・ツンドラ移行帯において植生の変動を支配する環境要因を解析した。

 第二にシベリアにおいてはすでに気候変動が起こっているという指摘もあり、これを明らかにするための観測と観測手法の開発を目的とし以下の二つの研究を行った。

(3)シベリアにおける気候変動とその影響を検出するため、エネルギーや水の循環に係わる観測を行なった。また、水蒸気や温室効果ガスの輸送に関するモデルを開発し、地上や航空機等による実測との比較検討を行なう。気候変動の影響を強く受ける地表面の凍結や含水量を衛星データを複合的に利用することにより推定する手法を開発し、気候変動のメタン発生などへのフィードバックを評価するための手法開発をおこなった。

(4)航空機により温室効果ガスの放出・吸収を評価する目的で、温室効果気体の垂直分布を測定した。また、航空機で風速の鉛直成分を測定するための技術開発をおこない渦相関法で直接的にフラックスを測定した。

研究成果

 94から96年にかけて毎年6月中旬から8月末にかけて、わが国から総勢20名余り、ロシア側からは40名近くの参加者により、シベリア各地における現地調査研究を行い、以下の成果を収めた。

(1)シベリアの自然湿地からのメタン発生の総量推定を行うため、シベリア大低地の南部において、地上観測および航空機観測を行った。メタンの平均的な発生量の見積もり、発生量が地温や長期的に見た水位と正の相関を持つこと、植生との関連もあることなどが明らかになった。ツンドラ地帯での発生量を測定し、地温や融解深との関係を明らかにした。凍土の融解に伴うメタンの直接放出量を見積もった。凍土が融解した出来た湖沼からの発生量を測定した。土壌内プロセスとして、溶存メタンの深度分布やその変動、メタン生成能の深度分布、時間変化などを測定した。

(2)東シベリアのコリマ川下流域において、カラマツの森林ツンドラ生態系の現存量調査、材積成長パターンの解析、活動層を含む永久凍土1mまでの炭素集積量推定を行った。また北緯64度・東経100度のカラマツ林でも同様の調査及び渓流水の分析、カラマツ木部・根系の呼吸を測定した。東シベリアの森林ツンドラ生態系では全現存量が26.6ton/haであり、地下部が約40%を占めていた。年輪の解析から辺材中の年輪数と樹齢には非常に高い相関が0200年の間に認められた。また過去約400年間に成長が旺盛な時期とそうでない時期が回帰的に出現する傾向があった。土壌に集積した有機態炭素量は森林ツンドラ土壌では深さ1mまでに154kgC/m2あると推定された。また窒素集積量は1.22kgN/m2と推定された。高い地下部のバイオマス比率と大きな土壌炭素・窒素集積量が東シベリアの森林ツンドラの特徴と考えられた。火災による焼失林分と対照林分から採取した水にはアンモニア態・硝酸態のいずれの無機態窒素も検出されなかった。これは玄武岩質岩石を母材とする土壌の性質によると考えられた。カラマツ木部の呼吸速度と直径に見られた密接な関係と幹・根形モデルから個体の呼吸速度の推定が可能となった。ヘリコプター慨査により調査地域の簡易航空写真モザイク及び森林タイプ地図を作成した。シベリアのカンバは日本のカンバと比較して高二酸化炭素条件に適応性があると考えられた。

(3)日射、顕熱輸送、潜熱輸送、輻射の測定、地温や気温の垂直分布、水位の変動などを測定し、内陸の湿原での夏期におけるエネルギーバランスを明らかした。可視・近赤外の詳細な衛星画像データにより、湿原や植生の分類を行い、現地での地上探査との比較検討を行った。さらに、マイクロ波の画像データを複合的に利用し、水位や凍結等に関する情報をえる手法を開発した。シベリアにおける水循環のデータとして降雨中のH218Oの測定を目的としたサンプリングのネットワークを作り、新たな分析法を試みた。

(4)航空機により温室効果ガスの立体分布を測定する目的で、二酸化炭素濃度測定のシステムや大気サンプリング装置を開発した。また、航空機で風速の鉛直成分を測定し、渦相関法での二酸化炭素と水蒸気のフラックス測定にわが国で初めて成功した。