気候変動下の地表面限界領域における熱及び物質の移動に関する研究

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土壌は自然生態系や作物生産の基盤であり、気候変動が土壌中の水や熱の動態、有機物分解速度などに及ぼす影響の検討は重要である。本研究では、(1)地上部の気候変動が土壌中の水・熱動態に及ぼす影響、(2)(1)に基づき、土壌中の水分・地温分布の変化がCO_2の生成・移動に及ぼす影響を検討し、気候変動が土壌中の水・熱及びCO_2動態に及ぼす影響をシステムとして定量的に明らかにすることを目的とした。前年度から引き続き、西東京市の裸地条件の農地土壌における、地上部の微気象、土壌中の水分・温度・CO_2濃度の連続測定を行い、土壌中の水・熱・CO_2移動モデル検証のためのデータセットを蓄積した。そして、室内実験と逆解析に基づき土壌中の水・熱・CO_2移動シミュレーションのための土の物理性パラメータセットを得た。このパラメータセットと気象庁などの公開気象データから作成した境界条件を用い、HYDRUS-1Dモデル(Simunek et al., 2008)で土壌中の水-熱・CO_2移動シミュレーションを行い、研究対象地の現象を再現した。土壌中のガスの通り道である間隙の体積割合を表すパラメータを、対象地の圃場の実測値と一致させることで、シミュレーションの精度を上げることができた。前年度、全球気候モデル(GCM)に基づく将来の気候予測値を空間・時間ダウンスケーリングして作成した気候シナリオを用いて、将来の気候下における土壌中水・熱・CO_2動態シミュレーションを行った。その結果、対象地では、2071～2100年に、地表面から深さ100cmまでの土壌領域において、6月は土層全体で土壌水分量が増加すると同時に下方への浸透量も増加し、9月は、蒸発フラックスの微増で上層の乾燥が促進されること、また、年間の積算CO2生成量が現在の1.3倍になることなどが考えられた。Simunek et al., Vadose Zone J. 7:587-600