衛星観測データと数値モデルを用いた全球陸域土砂動態の解明

利用卫星观测数据和数值模型阐明全球陆地沉积物动态

基本信息

批准号：
18J00585
负责人：
鳩野美佐子
金额：
$ 2.33万
依托单位：
Hiroshima University (2020)Tohoku University (2018-2019)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は全球土砂動態モデルの精度検証およびダム操作の導入に向けたプログラム修正を行った。これまで開発を進めてきた全球土砂動態モデルは特定の河川における浮遊砂輸送量の季節変動等はよく再現できていたが、世界中の河川から海洋へと流出する浮遊砂輸送量の合計値を過去推計値と比較すると大きく過小評価されていた。そこで、モデル自体の改良すべき要素も複数存在するが、過去推計値を精査したところ過去推計値の欠点も2つ発見した。一つは浮遊砂輸送量は様々な要因により大きく変化しうるため、時系列変動をもたない過去推計値はシミュレーション結果と直接比較することが妥当ではない点である。もう一つは限られた観測値を基に観測網の乏しい流域に外挿しているため、観測値に偏りがある場合はそれがそのまま合計値に反映されてしまう点である。これらの結果はProgress in Earth and Planetary Scienceに論文として発表している。ダム操作の導入に関してはE3SMに含まれている土砂モデルを参考にVoisin et al. (2013)のスキームを採用し、ダムの位置情報などの境界条件も同じものを使用して全球土砂動態モデルへ導入した。土砂に関してはダム内の土砂捕捉率をBrune (1953)を参考に推定した。アメリカ合衆国を対象にシミュレーションを行ったところ、特にミシシッピ川流域の本川では流量が減少しており、浮遊砂輸送量は流量より広範囲で減少する傾向にあった。これは主に浮遊砂輸送量が増える洪水期にダム操作により出水が緩和され、流量が減ることにより年平均浮遊砂輸送量の減少につながったと考えられる。現段階ではアメリカのみを対象としたシミュレーションを行ったが、全球スケールに拡張し地理的要因等によるダム導入の影響評価を今後の課題とする。

今年，我们已经验证了全球沉积物动力学模型的准确性，并修订了该计划以引入大坝操作。到目前为止已经开发的全球沉积物动力学模型已经能够很好地复制特定河流中浮动沙子传输量的季节性变化，但是当比较从世界各地的河流到过去估计的浮动沙子运输总量时，它被大大低估了。因此，在模型本身中需要改进几个因素，但是经过仔细检查过去的估计，我发现了过去估计值的两个缺点。一个是，由于各种因素，浮动沙运输的量可能会有所不同，因此不适合直接比较没有时间序列波动与模拟结果的过去估计值。另一点是，基于有限的观察值，观测值被推断到具有稀缺观察网络的盆地，因此，如果观察值存在偏差，则将直接反映在总价值中。这些结果已在地球和行星科学中发表。关于引入大坝操作，Voisin等人的方案。（2013年）根据E3SM中包含的沉积物模型采用（2013年），并使用相同的边界条件（例如DAM位置信息）将其引入全球沉积物动力学模型中。关于沉积物，使用Brune（1953）估算了大坝内的沉积物捕获率。在美国进行了模拟，在密西西比河盆地的主要河流中，流速尤其降低，而浮动沙运输的量倾向于在较大的范围内减少。人们认为，在洪水季节，浮动沙运输量增加，流量减少，导致平均年度浮动沙子运输量减少，这是这种情况下，水坝的运营减轻了洪水季节的水流。在此阶段，仅在美国进行了模拟，但未来的挑战将是扩展到全球范围，并评估由于地理因素的介绍的影响，等等。