2014年度
Inoue T., Nagai, S., Saitoh, T. M., Muraoka, H., Nasahara K. N., Koizumi, H., Detection of the different characteristics of year-to-year variation in foliage phenology among deciduous broad-leaved tree species by using daily continuous canopy surface images, Ecological Informatics, doi: 10.1016/j.ecoinf.2014.05.00, 2014.
Inoue T., Nagai, S., Yamashita, S., Fadaei, H., Ishii, R., Okabe, K., Taki, H., Honda, Y., Kajiwara, K., Suzuki, R., Unmanned Aerial Survey of Fallen Trees in a Deciduous Broadleaved Forest in Eastern Japan, PLoS ONE, 9, 10, doi:10.1371/journal.pone.0109881, 2014.
Inoue T., Nagai S., Kobayashi, H., Koizumi, H., Utilization of ground-based digital photography for the evaluation of seasonal changes in the aboveground green biomass and foliage phenology in a grassland ecosystem, Ecological Informatics, 25, 1-9, doi:10.1016/j.ecoinf.2014.09.013, 2015.
Ghosh, A., Patra, P. K., Ishijima, K., Umezawa, T., Ito, A., Etheridge, D.,M, Sugawara, S., Kawamura, K., Miller, J. B., Dlugokencky, E. J, Krummel, P. B., Fraser, P. J., Steele, P. L., Langenfelds, R. L., Trudinger, C. M., White, J.W., Vaughn, B., Saeki, T., Aoki, S., Nakazawa, T., Variations in global methane sources and sinks during 1910-2010, Atmos. Chem. Phys., 15, 2595-2612, doi: 10.5194/acp-15-2595-2015, 2015.
Miyazaki, K., Eskes, H., Sudo, K., A tropospheric chemistry reanalysis for the years 2005-2012 based on an assimilation of OMI, MLS, TES and MOPITT satellite data, Atmos. Chem. Phys. Discuss., 15, 8687-8770, 2015.
Nagai, S., Saitoh, T.M., Nasahara, K.N., Suzuki, R., 2015. Spatio-temporal distribution of the timing of start and end of growing season along vertical and horizontal gradients in Japan. International Journal of Biometeorology 59: 47-54.
TerraとAqua衛星に搭載されたMODISセンサーで毎日観測した雲被覆の影響がないGreen-Red Vegetation Index (GRVI)を用いて、日本の落葉林を対象に着葉期間の開始日と終了日の時空間分布の変動を2003年から2012年まで調査した。着葉期間の開始日と終了日に関して、落葉広葉樹林は、落葉針葉樹と比べて、緯度に起因した傾度がより大きくみられた。着葉期間の終了日は、着葉期間の開始日と比べて、緯度と標高に起因した傾度がより小さかった。着葉期間の終了日の気温変化に対する感度は、着葉期間の開始日のそれと比べて、かなり小さかった。以上の結果は、衛星で毎日観測した植生指数を用いて、着葉期間の開始日と終了日の時空間分布の変動を緯度と標高に起因した環境傾度に沿って高精度に検出可能であることを示唆した。
Nagai, S., Ishii, R., Suhaili, A.B., Kobayashi, H., Matsuoka, M., Ichie, T., Motohka, T., Kendawang, J.J., Suzuki, R., 2014. Usability of noise-free daily satellite-observed green?red vegetation index values for monitoring ecosystem changes in Borneo. International Journal of Remote Sensing 35(23): 7910-7926.
TerraとAqua衛星に搭載されたMODISセンサーで毎日観測した雲被覆の影響がないGreen-Red Vegetation Index (GRVI)を用いて、ボルネオの植生の時空間分布の変動を2003年から2013年まで調査した。また、マレーシアの熱帯雨林の地上観測サイト（ランビルヒルズ）において、毎日観測した植生や天空の定点画像を用いて、衛星データの地上検証をおこなった。雲被覆の影響がないGRVIの各月の取得日はアジアモンスーンや午前と午後に起因した時空間分布の特性がみられた。サラワクの沿岸部?中央および西カリマンタンでは、各年においてGRVIが0以下を示した地域が多くみられた。これらの地域では、森林伐採後、オイルパームやアカシアのプランテーションに植生が変化していた。以上の結果は、環境変動下における熱帯域の植生の時空間分布の変動を高精度にモニタリングするためには、観測時刻が異なる複数の衛星で毎日観測したGRVIが有用であることを示唆した。
Nagai, S., Yoshitake, S., Inoue, T., Suzuki, R., Muraoka, H., Nasahara, K.N., Saitoh, T.M., 2014. Year-to-year blooming phenology observation using time-lapse digital camera images. Journal of Agricultural Meteorology 70(3): 163-170.
インターバルカメラを用いて、日本の落葉広葉樹林の地上観測サイト（高山）の植生の様子を2004年から2013年まで毎日観測し、目視と画像解析によりオオヤマザクラの開花フェノロジーの年々変動を調査した。開花のピークでは、フェノロジー画像から抽出した赤のデジタルナンバーは極大値を、赤緑青のデジタルナンバーから計算されるGreen Excess Index (GEI)は極小値をとる傾向がみられた。以上の結果は、赤のデジタルナンバーとGEIは、オオヤマザクラの満開日の年々変動を検出するために有用であることを示唆した。
Miyakawa, T, Y. Kanaya, F. Taketani, M. Tabaru, N. Sugimoto, Y. Ozawa, N. Takegawa, Ground-based measurement of fluorescent aerosol particles in Tokyo in the spring of 2013: Potential Impacts of non-biological materials on autofluorescence measurements of airborne particles, Journal of Geophysical Research-Atmosphere, accepted on Dec 30, 2014
胞子、バクテリア、花粉などの生物を起源とするエアロゾル（バイオエアロゾル）粒子は近年疫学研究的にも気候研究的にも注目を浴びつつある。特に、ある種のバクテリアは、比較的高温で高い氷晶核活性を持つことが知られており、気候変化への重大な影響も示唆されている。バイオエアロゾル粒子の計数手法として、染色蛍光や特徴的な自家蛍光に着目した粒子分析法が近年注目されている。本研究では、粒子を浮遊状態のままレーザー誘起蛍光法を適用し、粒子そのものを改変せずにリアルタイムで粒子の自家蛍光を観測できる装置を開発した。また、東アジア域で初めて実大気運用を実施し、中国北部の砂漠地域から輸送される黄砂粒子に付着した生物起源成分の存在可能性を明らかにしたとともに、この手法の干渉成分の影響などを初めて評価した。
Kondo M., Ichii K., Ueyama M. (2015) Impact of anomalous climates on carbon allocation to biomass production of leaves, woody components, and fine roots in a cool-temperate deciduous forest, Agricultural and Forest Meteorology, 201, 38-50, doi:10.1016/j.agrformet.2014.11.005.
森林生態系は二酸化炭素の主要な吸収源であることから、陸域炭素循環において需要な役割を担っている。しかし、従来の陸域生態系モデルは森林生態系の炭素循環を細部まで再現する精度は無く、観測知見とモデル結果に未だ大きな隔たりが存在する。本研究は観測データによってモデルを制約する「モデル―データ融合」を用い、高山試験地における落葉広葉樹林の炭素循環の再現性向上を試みた。特に、2002年春季と2003年夏季の異なる異常気象が炭素配分に及ぼす影響を評価し、その動態を明らかにした。
Wei Yang, Hideki Kobayashi, Rikie Suzuki, Kenlo Nishida Nasahara, A Simple Method for Retrieving Understory NDVI in Sparse Needleleaf Forests in Alaska Using MODIS BRDF Data, Remote Sens. 2014, 6, 11936-11955; doi:10.3390/rs61211936.
地球観測衛星データから推定される全球の葉面積指数は疎林で不確実性が大きい傾向にある。その大きな理由は、疎林のように開けた樹冠の森林では林床からの反射の寄与が無視できないからである。林床の寄与を定量化するため、本研究では林床植生の正規化植生指数(NDVIu)を簡易的に推定する手法を開発した。この方法では、林床植生のみのNDVIuは、樹冠・林床の２層の植生におけるNDVIよりも観測幾何条件の違いによるNDVIの変動が少ないという理論的な解析結果に基づいている。放射伝達計算に基づくシミュレーション解析と実際の衛星データに基づく解析の結果、開発した推定法を用いて良好な林床NDVIuを算出できることがわかった。今回推定した林床NDVIuは衛星による北方林の葉面積指数推定精度を向上させるための重要な補助情報として利用される。
Siswanto, E., Matsumoto, K., Honda, M.C., Fujiki, T., Sasaoka, K., and Saino, T. (2014), Reappraisal of meridional differences of factors controlling phytoplankton biomass and initial increase preceding seasonal bloom in the northwestern Pacific Ocean, Remote Sensing of Environment, doi:10.1016/j.rse.2014.11.028.
多様な人工衛星データを利用して、西部北太平洋における植物プランクトン分布の季節変動やブルームの開始メカニズムに関する南北の違いを明らかにした。植物プランクトン分布は、冬季は北緯31度以南（以北）の海域において、また春季と秋季には北緯35度以南（40度以北）の海域において、栄養塩（光）によって制限された。夏季は西部北太平洋のほとんどの海域において栄養塩によって制限された。植物プランクトンブルームの開始は、北緯31度以南は混合層の発達、北緯31度から40度の間は混合層の発達停止、また北緯40度以北は混合層の浅化（いわゆるスヴェルドラップメカニズム）に関連していた。
Takashima, H., Y. Kanaya and H. Irie, Spatiotemporal inhomogeneity in NO2 over Fukuoka observed by ground-based MAX-DOAS, Atmospheric Environment, 100, 117-123, doi:10.1016/j.atmosenv.2014.10.057 , 2015.
福岡市においてMAX-DOAS観測を二方位で実施し、大気汚染物質であるNO2濃度の時空間分布に関する不均一性を検討した。二方位における、高度0-1kmの範囲での日最高濃度出現時刻の違いや、高度1-2kmでの極大時刻の遅れなどを見出し、海陸風循環などの風系・輸送場の変化との対応付けを行った。MAX-DOAS法による３次元的な連続測定は、都市部での物質輸送・混合過程の理解増進のために有力な方法であることが確かめられた。
Honda, M. C. and H. Kawakami: Sinking velocity of particulate radiocesium in the northwestern North Pacific, Geophysical Research Letters, 41, 3959–3965, doi:10.1002/2014GL060126. (2014)
福島第一原子力発電所事故後、西部北太平洋亜寒帯の観測定点K2の水深約500m, 4810mに設置した時系列式セジメントトラップで捕集された沈降粒子中の放射性セシウムを測定した。その結果、海洋へ供給された福島原発事故由来の放射性セシウムのほとんどは溶存態として存在していること、粒状態セシウムの沈降速度は1日あたり約50mであること、放射性セシウムは鉱物粒子に吸着されている可能性が高いこと等が明らかになった。
Miyazaki, K., Eskes, H. J., Sudo, K., and Zhang, C.: Global lightning NOx production estimated by an assimilation of multiple satellite data sets, Atmos. Chem. Phys., 14, 3277-3305, doi:10.5194/acp-14-3277-2014, 2014.
雷による窒素酸化物（NOx）の生成（LNOx）は、オゾン量および大気酸化能に影響し、対流圏化学・気候システムにおける重要な要素の一つとして認識されている（IPCC, 2013）。温室効果気体の大気中の動態を明らかにするためにも、LNOxの高精度な推定が望まれている。本研究では、大気組成濃度の衛星観測情報を統合利用する先駆的なデータ同化計算に基づき、従来の推定手法における重大な問題点を指摘し、全球総量で6.3 Tg N/年という独自の推定値を得た。
Matsui, H., M. Koike, Y. Kondo, A. Takami, J. D. Fast, Y. Kanaya, and M. Takigawa (2014), Volatility basis-set approach simulation of organic aerosol formation in East Asia: implications for anthropogenic-biogenic interaction and controllable amounts, Atmos. Chem. Phys., 14, 9513-9535.
有機エアロゾルは微小エアロゾルの主成分である。しかしながら、その生成過程は極めて複雑であり、従来のモデル研究ではその濃度や生成量を大幅に（場所によっては1桁程度も）過小推定してきた。本研究では、有機化合物の揮発性とその酸化過程に着目した有機エアロゾルモデルを開発し、領域3次元モデルWRF-chemに導入した。アジア域の二次有機エアロゾル濃度の再現性を大幅に改善し、その動態を明らかにした。
Matsui, H., M. Koike, Y. Kondo, J. D. Fast, and M. Takigawa (2014), Development of an aerosol microphysical module: Aerosol Two-dimensional bin module for foRmation and Aging Simulation (ATRAS), Atmos. Chem. Phys., 14, 10315-10331.
エアロゾルの気候影響評価において最も本質的な物理量となるエアロゾルの数濃度・粒径分布・混合状態（各粒子の化学組成）を微物理・化学過程に基づいて表現する3次元エアロゾルモデルを開発した。大気中での粒子生成過程（新粒子生成）、有機エアロゾルの生成過程、凝縮・凝集過程による混合状態の変化、など不確定性の大きな過程を同時に計算できるモデルであり、このような詳細なモデルによって初めて、実大気中のエアロゾルの重要な特徴が説明できることを示した。
Miyakawa, T., N. Takeda, K. Koizumi, M. Tabaru, Y. Ozawa, N. Hirayama, and . Takegawa, A New Laser Induced Incandescence Mass Spectrometric Analyzer (LII-MS) for Online Measurement of Aerosol Composition Classified by Black Carbon Mixing State, Aerosol Science and Technology, 48:8, 853-863 (2014)
大気中のブラックカーボンは太陽光を効率的に吸収し、大気を加熱する効果を持つが、その程度は粒子の物理特性（サイズなど）・共存物質の化学組成などに強く依存する。本研究では、ブラックカーボンを含有する粒子のサイズ分布と化学組成を同時に定量する手法の開発を行い、初期評価結果をとりまとめた。このような手法は、世界的に見ても稀であり、今後の実大気展開とそれにより明らかになるブラックカーボンの実大気における役割の解明が期待される。
Kanaya, Y., Irie, H., Takashima, H., Iwabuchi, H., Akimoto, H., Sudo, K., Gu, M., Chong, J., Kim, Y. J., Lee, H., Li, A., Si, F., Xu, J., Xie, P.-H., Liu, W.-Q., Dzhola, A., Postylyakov, O., Ivanov, V., Grechko, E., Terpugova, S., and Panchenko, M.: Long-term MAX-DOAS network observations of NO2 in Russia and Asia (MADRAS) during the period 2007–2012: instrumentation, elucidation of climatology, and comparisons with OMI satellite observations and global model simulations, Atmos. Chem. Phys., 14, 7909-7927, doi:10.5194/acp-14-7909-2014, 2014.
日本・中国・韓国・ロシアでの地上からのリモートセンシング観測網（MAX-DOAS）データを用いてOMI衛星データの検証を行ったところ、大気汚染ガスである二酸化窒素（NO2）の衛星観測に3～5割の過小評価があり、その原因の一つが、大気中に共存する微小粒子PM2.5などのエアロゾルが、衛星観測のプローブ光（対象を検出するための光）である太陽光の経路を撹乱し、地表付近のNO2を観測されないように覆い隠してしまう「シールド効果」である可能性を示した。
Patra, P. K., M. C. Krol, S. A. Montzka, T. Arnold, E. L. Atlas, B. R. Lintner, B. B. Stephens, B. Xiang, J. W. Elkins, P. J. Fraser, A. Ghosh, E. J. Hintsa, D. F. Hurst, K. Ishijima, P. B. Krummel, B. R. Miller, K. Miyazaki, F. L. Moore, J. Mühle, S. O’Doherty, R. G. Prinn, L. P. Steele, M. Takigawa, H. J. Wang, R. F. Weiss, S. C. Wofsy, D. Young, Observational evidence for interhemispheric hydroxyl parity, Nature, 513, 219-223, 2014.
活性酸素の一つであり、温室効果ガスや大気汚染物質の大気中での寿命に大きな影響力を持つ「水酸基(OH)ラジカル」の南北半球における大気中濃度の比率について、最新のモデルと観測を用いて初めて多面的な評価を行った。これまで化学輸送モデルを用いた研究成果などから、化学物質の排出量が多い北半球の方が南半球よりもOHラジカル濃度が高いと考えられてきたが、本研究の結果、南北半球の平均濃度はほぼ同じであることが明らかになった。これまでの地球温暖化予測研究で用いられてきた大気中の温室効果ガスや化学汚染物質等の排出量を見直す必要がある。
Sato H, Ito A, Ito A, Ise T, Kato E, Current Status and Future of Land Surface Models Soil Science and Plant Nutrition, DOI: 10.1080/00380768.2014.917593 (2014).
陸面過程モデルは、植生の分布や機能の気候変動に伴った変化をシミュレートする。本総説論文では、そのような陸面過程モデル研究における現状をまとめ、その限界を指摘し、そして今後成られるべき研究について取りまとめた。
Matsumoto, K., M. C. Honda, K. Sasaoka, M. Wakita, H. Kawakami, and S. Watanabe (2014), Seasonal variability of primary production and phytoplankton biomass in the western Pacific subarctic gyre: Control by light availability within the mixed layer, Journal of Geophysical Research: Oceans, 119(9), 6523-6534, doi:10.1002/2014JC009982.
西部北太平洋亜寒帯海域の時系列観測点における各季節の一次生産量を見積もった。一次生産量は夏に増加する顕著な季節変動を示すが、夏でも海霧によって日射が遮られることが多く、一次生産量は年間を通して日射量と高い相関を示しており、光コントロールであることを明らかにした。また、冬季は一次生産量が低いにもかかわらず高い植物プランクトン現存量が認められた。活発な冬季混合は捕食者密度を希釈するが混合層内の光利用能を低下させる。しかし、晩冬にかけての日射量増加によって混合層内の光利用能が高まり、より深い混合層でも植物プランクトンが増殖して高い現存量をもたらすことを示した。