流域スケールへの適用に向けた大気-森林動態モデルの開発

开发适用于流域尺度的大气-森林动态模型

• 批准号: 17710002
• 负责人: 戸田 求
• 金额: $ 2.3万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17710002/
• 关键词: 環境変動; 大気-生物圏相互作用; 生態系モデリング; 森林動態; 気象学; 生物圏現象

平成19年度、申請者はそれまでに開発を進めてきた大気-森林動態モデルを用いた数値実験を進めてきた。落葉針葉樹林を対象に、温度上昇や大気C02濃度の増加が森林群落の純一次生産量(NPP)、生態系純生産量(NEP)および森林動態に及ぼす影響に関する気候変化実験がその一つであった。そこでは、3-5℃の気温上昇における高CO2の影響は樹木成長を高め、群落全体のNPP、NEPが現在の気候条件で得られた結果よりも増加し、森林生態系は炭素吸収源としての機能を高める可能性があることを示した。これはすでに論文化された。これを流域スケールでの水・炭素循環の再現と将来の気候変化に伴うこれらの予測を行うため、亜寒帯域を対象とした数値実験を行った。その結果、気候変化(温度上昇とC02上昇)に伴い樹木成長が高まるが、寒冷圏土壌からの炭素放出量もまた増大し、森林生態系全体の炭素吸収機能は現在と比べて低下する可能性のあることが示唆された。しかし、これは土壌炭素動態の取り扱いに敏感であり、この検討が将来の寒冷陸域生態系における炭素動態を定量的に評価するためには重要であることがわかった。更なる詳細な解析を行い、本年度に投稿される見通しである。別の数値実験では、森林を形成する各樹木個体の生態的機能としての葉群構造の違いが、群落内の競争過程や森林の現存量、NPPを決定する重要な要因であることを示した。葉群構造、すなわち、一樹木個体あたりの葉面積密度の鉛直分布が群落下部に集中しているタイプや上部に集中しているタイプで構成される森林群落では、群落内の小個体の生存を可能とする光環境が生まれ、その結果樹木個体間の競争が弱くなる。その場合には、樹木個体間の競争一密度効果によって生じる最終的な群落全体的現存量が最大になることを示した。一方で、葉群が上下方向に均一に分布したタイプの個体で形成される森林群落では、群落内の光環境が悪く小個体が生存していくためには厳しい光環境条件を生み出す。その結果、個体間の競争は厳しくなる。この条件のときに、最終的な群落全体的現存量は最小になることがわかった。さらに、この数値シミュレーションから得られる厳しい個体間競争を呈する葉群条件を示す変数値が、実際の森林群落で得られることがわかった。このことは、その森林がより厳しい個体間競争の元で形成されていることを示唆している。この内容に関する論文は現在すでに投稿中である。

2007财年，申请人利用迄今为止开发的大气-森林动力学模型进行了数值实验。一个例子是针对落叶针叶林的气候变化实验，以研究温度和大气二氧化碳浓度升高对森林群落净初级生产（NPP）、净生态系统生产（NEP）和森林动态的影响。在那里，温度升高3-5°C的高CO2效应将促进树木生长，使整个群落的NPP、NEP比当前气候条件下获得的结果增加，并且森林生态系统将起到碳汇的作用。它有潜力增强以下功能这已经作为论文发表了。在亚北极地区进行了数值实验，以重现盆地规模的水和碳循环，并结合未来的气候变化进行预测。结果，树木的生长会随着气候变化（温度和CO2的增加）而增加，但冰冻圈土壤的碳排放也会增加，整个森林生态系统的碳吸收能力可能会比现在下降。有。然而，这对土壤碳动态的处理很敏感，并且发现这项研究对于定量评估未来寒冷陆地生态系统的碳动态具有重要意义。预计今年将进行更详细的分析并提交报告。在另一个数值实验中，我们表明，叶群结构的差异（形成森林的单棵树的生态功能）是决定群落内竞争过程、森林剩余量和NPP的重要因素。在叶群结构（即每棵树的叶面积密度的垂直分布）集中在群落或顶部的森林群落中，群落内的小个体有可能生存。创造一个减少个体树木之间竞争的光照环境。在这种情况下，我们表明，由树个体之间的竞争和密度效应引起的整个群落的最终丰度最大化。另一方面，叶簇垂直分布的个体形成的森林群落，群落内的光环境较差，为小个体的生存创造了恶劣的光环境条件。结果，个体之间的竞争变得激烈。结果发现，在这些条件下，群落的最终总生物量最小化。此外，还发现，通过该数值模拟获得的表示个体之间表现出激烈竞争的叶群状况的变量值可以在实际的森林群落中获得。这表明森林是在个体之间激烈竞争的情况下形成的。目前正在提交有关该主题的论文。

项目成果

Simulating the soil carbon dynamics of a larch forest with stand development.

模拟林分发育的落叶松林的土壤碳动态。

• 发表时间: 2007
• 作者: Toda;M.;Yokozawa;M. and T. Hara
• 通讯作者: M. and T. Hara

Foliage profile of the individual tree determines competition, self-thinnin, g biomass and NPP of a forest stand: a simulation study based on Cryptomeria japonica inventory data

单树叶片轮廓决定林分的竞争、自疏、克生物量和NPP：基于日本柳杉清查数据的模拟研究

• 期刊: Annals of Botany (Submitted)
• 作者: Toda M.;Yokozawa M.;Sumida A.;Watanabe T.;Hara T
• 通讯作者: Hara T