積雪生態系における二酸化炭素動態モデル

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要約

積雪のある畑地等における積雪層中の二酸化炭素の移動をモデル化した。気象条件・積雪条件および土壌条件を与えることにより、任意の時刻の積雪下二酸化炭素濃度、あるいは大気への二酸化炭素放出量等が予測できる。

• 担当:北陸農業試験場・水田利用部・気象資源研究室
• 連絡先:0255-26-3234
• 部会名:生産環境
• 専門:農業気象
• 対象:
• 分類:研究

背景・ねらい

土壌表面の微細気象は積雪が加わることにより大きく変化し、越冬する冬作物はさまざまな影響をうける。この影響の一つに、ガス組成の変化がある。積雪は土壌から発生する二酸化炭素の大気への拡散を抑制し、積雪層の下部では通常よりも高濃度の二酸化炭素濃度が維持される。さらに、融雪水が積雪層内を流下する際に二酸化炭素を溶解し、地下浸透あるいは地表面流下の形で積雪層内より運び去る。これらの現象を定量的に把握することは越冬作物の生理を研究する上での基礎的資料となるため、重要である。また、地球規模での二酸化炭素循環を考える上でも、陸地面積の約20%を占める季節的積雪地帯での二酸化炭素の動態を把握することが重要であるが、上述のような積雪の影響を考慮した二酸化炭素動態モデルは未だない。

成果の内容・特徴

• モデルは鉛直一次元の拡散モデルで、土壌層と積雪層の2層からなる。
• モデルに入力する要素は、地温,積雪深,積雪重量,降水量である。(図1)積雪のガス拡散係数は積雪密度の1次近似を用いているため、入力要素のうち積雪深と積雪重量は積雪相当水量(積雪を融かした場合の水量)で代用できる。これによって既存の積雪層消長モデルが使用できるようになる。
• 地温から二酸化炭素発生量を見積もる係数は、適用地点毎にそれぞれ実測または推定によって求める必要がある。ただし、積雪期間中に数回積雪層内の二酸化炭素濃度の値が得られれば、係数の推定が可能である。
• モデルの出力は、任意時間,任意深さにおける二酸化炭素濃度(図2)、積雪から大気に放出される二酸化炭素フラックス(図3)、融雪水に溶解される二酸化炭素量(図3)などである。

成果の活用面・留意点

• 本モデルの検証観測は、融雪水の大半が地表面流去する重粘土地帯でおこなった。このため、融雪水によって土壌中に輸送された二酸化炭素が再び発生源に加わる現象は微少だと見なして、土壌呼吸由来の二酸化炭素発生量とこれとは区別していない。したがって融雪水の地下浸透量が多い砂質土壌地帯等で本モデルを適用する場合は注意が必要である。
• 本モデルでは、氷板や飽和した滞水層などの極端にガス拡散係数が低い層の出現は考慮していないため、適用にあたっては留意されたい。

具体的データ

図1:モデルの概念図

図2:積雪深の変化(上段)と、それに伴う積雪層底部における二酸化炭素濃度の変化(下段)

図3: 図2と同期間における、土壌から発生する二酸化炭素量と大気中に放出される二酸化炭素量とを積算した量。両者の差(図中の矢印)が、融雪水によって溶解・移流された量となる。

その他

• 研究課題名:積雪下環境の実態とその成立機構の解明
• 積雪生態系における二酸化炭素循環過程の解明
• 予算区分 :経常、科振調(重点基礎)
• 研究期間 :平成8年度(平成3～7年)