次世代陸域モデルの構築による地球人間系の水・エネルギー・物質循環の定量評価

河川や湖沼といった陸域表層水は，陸地から海洋に水や熱，物質を輸送する経路である．本研究では，その役割を全球で評価するために，全球の河川・湖沼における水温・水質を統合的に計算する数値モデルを開発し，それを用いて陸域表層水がその下流部・沿岸部に及ぼす影響を定量評価した．■モデル開発の概要：(1) 陸上の上流・下流の位置関係等を定義する全球河道網データセットにおいて，湖沼やダムの位置，面積等を自動で表現するシステムを開発した，(2) 河川・湖沼においてそれぞれ水温・水質を計算するモジュールを河川流下モデルに結合した，湖沼は鉛直1次元を仮定し，河川・湖沼の移流で質量・熱量が保存する．■得られた科学的知見の概要：(1) 河川水温と氾濫の関係を明らかにした．氾濫は水面面積の増加と河道水深の低下をもたらし，特に後者は河川水温の上昇に寄与する．この表現によってメコン川等，乾季と雨季それぞれに水温のピークをとる河川の水温の再現性を向上させた，(2) 空間解像度約90mの地形データセット（標高等）と湖沼分布データセットを組み合わせることで，各湖沼の上流域面積を保存しながら河道・湖沼網が構築できることを明らかにした，(3) 湖沼の熱動態を表現することで，その下流部における河川水温の過小評価が改善されることを示した，(4) 本研究の水質スキームは全球で観測される水質（特に溶存酸素）を良好に再現し，また水中での化学変化や生物活動の表現は，アンモニアやリン酸といった項目の過大評価を大幅に改善することを示した．

河川や湖沼といった陸域表層水は，陸地から海洋に水や熱，物質を輸送する経路である．本研究では，その役割を全球で評価するために，全球の河川・湖沼における水温・水質を統合的に計算する数値モデルを開発し，それを用いて陸域表層水がその下流部・沿岸部に及ぼす影響を定量評価した．■モデル開発の概要：(1) 陸上の上流・下流の位置関係等を定義する全球河道網データセットにおいて，湖沼やダムの位置，面積等を自動で表現するシステムを開発した，(2) 河川・湖沼においてそれぞれ水温・水質を計算するモジュールを河川流下モデルに結合した，湖沼は鉛直1次元を仮定し，河川・湖沼の移流で質量・熱量が保存する．■得られた科学的知見の概要：(1) 河川水温と氾濫の関係を明らかにした．氾濫は水面面積の増加と河道水深の低下をもたらし，特に後者は河川水温の上昇に寄与する．この表現によってメコン川等，乾季と雨季それぞれに水温のピークをとる河川の水温の再現性を向上させた，(2) 空間解像度約90mの地形データセット（標高等）と湖沼分布データセットを組み合わせることで，各湖沼の上流域面積を保存しながら河道・湖沼網が構築できることを明らかにした，(3) 湖沼の熱動態を表現することで，その下流部における河川水温の過小評価が改善されることを示した，(4) 本研究の水質スキームは全球で観測される水質（特に溶存酸素）を良好に再現し，また水中での化学変化や生物活動の表現は，アンモニアやリン酸といった項目の過大評価を大幅に改善することを示した．