日平均地温・積算蒸発量を簡易に推定できる熱収支モデル

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要約

アメダス等のルーチン気象観測データから簡易に日平均地温・積算蒸発量を評価できる熱収支モデルを開発した

  • 担当:北海道農業試験場・農村計画部・気象資源評価研究室
  • 連絡先:011-857-9234
  • 部会名:農村計画(農業物理)
  • 専門:農業気象
  • 対象:
  • 分類:研究

背景・ねらい

北海道や東北のような寒冷地帯において,農耕地の地温は作物の生育に大きく影響する重要な気象要素であるが,直接測定を除きデータを得ることはできない。また,農耕地の土壌水分の評価や水文学等の分野においてはルーチン気象観測データから精度よく蒸発量を推定することが重要な課題となっている。そこで,アメダス等の入手容易な気象データから簡易にかつ高い精度で日平均地温と積算蒸発量を推定する方法を開発する。

成果の内容・特徴

年平均地温が深さに依存せずほぼ等しい事実より,任意の厚さを持つ土壌表面の地中層の地中温度の日平均値を推定するモデルを開発した(図1)。降雨量が大きく変化しない期間の平均蒸発効率を与えることにより,ルーチン気象観測データから,土壌表面の日平均地温や数日以上の蒸発量の積算値を精度よく容易に求めることができる。このモデルの特徴は,1.のようである。

  • a)地表からある深さδまでの土壌表層の日平均地温を熱収支を評価しながら推定する方法であり,地中熱流量を時間微分することによってモデルが簡易になっている。
    b)用いる気象データ(日単位)は,日照時間(日射量),気温,風速,降水量,水蒸気圧である。
    c)必要なパラメータは,土壌の熱的パラメータ(体積熱容量,熱拡散係数),アルベド,バルク係数,蒸発効率,年平均気温である。モデルに与えるパラメータは概略値で十分であり,また,熱伝導方程式を解く場合と異なり,土壌の熱的パラメータや初期値は,必要な土壌層のみ設定すればよい。初期値は推定により与えることもできる。
  • このモデルを裸地面の熱収支観測(場所:北海道農試,土壌条件:湿性黒色火山性土,表層20cmが耕起がよく耕起された状態)により検証した結果を図2に示す。検証期間中,土壌水分量は大きく変動していたが(表層2cmで8～35%),この期間表層土壌水分量と密接な関係がある蒸発効率を一定とおいた時も,地温の計算値は推定誤差RMSEが1°C以内で観測値と良く一致した。この検証で適用できた土壌表面の厚さδはおよそ50cm以内であった。また,蒸発効率の設定を降水量が大きく変化しない期間に一定値を与えることによって積算蒸発量の推定値も観測値と良く一致した(図3)。以上の結果は,逆にこのモデルより土壌表層の地温が既知であれば蒸発効率や積算蒸発量を未知として求められることも示している。

成果の活用面・留意点

現在,検証は裸地のみである。植生地や凍結土壌等への適用は今後の課題である。

具体的データ

図1 モデルの概要

図2 日平均地温の推定結果

図3 積算蒸発量の推移

その他

  • 研究課題名:アメダスデータによる耕地地温の推定手法の開発
  • 予算区分 :経常
  • 研究期間 :平成6年度(平成4年～7年)
  • 発表論文等:Simple method for estimating evaporation from a bare soil surface by
                      using the Force-Restore Modal. The Second International Study confe-
                      rence on GEWEX in Asia and GAME (1995).