熱帯アジア気象水文データベースの 構築とその応用例: タイ・チャオプラヤ川を対象とした土地利用 変化が河川流量に与える影響の シミュレーション 安形康(JST-CREST,東大生産研) 金元植(延世大学) 鼎信次郎(東大生産研) 沖大幹(総合地球環境学研究所) 虫明功臣(東大生産研) Aug. 2, 2002 第6回水資源に関するシンポジウム 1 GAME-Tデータセット • 国際気象水文プロジェクトGAME-Tの一貫 – タイをはじめとする東南アジアが対象 • ルール:収集した現業データ+集中観測結果の 全てを公開 • Internetで公開開始 – http://hydro.iis.u-tokyo.ac.jp/GAME-T/ • CD-ROM出版(Agata ed., 2002年6月) Aug. 2, 2002 第6回水資源に関するシンポジウム 2 現業データ 東南アジア諸国について,数百点の雨量データ タイについて,数百点の流量データ (1998年中心) Aug. 2, 2002 第6回水資源に関するシンポジウム 3 流量データ • タイ国RID(王立灌漑局)から データ提供 • 数百点の日流量(1980~), 水位 – チャオプラヤ川,メコン川流域 • 当地域の水資源研究にとって 貴重なデータ Aug. 2, 2002 第6回水資源に関するシンポジウム 4 タイの水資源 • 本シンポジウム発表 No.90参照 • 主要河川の流量が1970 年代後半から長期低落 傾向 – 流出高200mm→155mm • 原因不明.究明が 急務 Aug. 2, 2002 ↑バンコク水源地点の年流量. GAME-T DBより 第6回水資源に関するシンポジウム 5 土地利用変化 • 20世紀後半,広大な森林伐採・農地拡大 • 9月の雨が減っている地点が多い: 地域気象モデルにより,森林伐採との密接な 関係が指摘(Kanae et al., 2001) • 地表面水文過程も土地利用変化に影響されて いるのではないか? Aug. 2, 2002 第6回水資源に関するシンポジウム 6 目的 • 土地利用変化シナリオを与えた LSMシミュレーションにより, • タイ・チャオプラヤ川の河川流量が, 流域の土地利用変化によって どのように変化するか検討 Aug. 2, 2002 第6回水資源に関するシンポジウム 7 データとモデル • モデル – 地表面水熱モデルSiB2-paddy(新井ほか2000) – 河川ルーティングは行わない – 灌漑も考慮しないが天水田の水深は上限を設ける • データ – フォーシング:1度グリッド気象データ(ISLSCP-1) • 降水・風・気温・湿度・気圧, 1987-88 – ターゲット:ナコンサワン地点日流量(GAME-T DB) – 補助データ:主ダム放流量・流入量 (GAME-T DB未公開データ) Aug. 2, 2002 第6回水資源に関するシンポジウム 8 SiB2-original (Sellersら) • オリジナルSiB2では,水田の水熱バランスを 表現できない -2 Energy Flux (W m ) 800 600 ■潜熱(観 測) □潜熱(計 算) Rn-Obs lE-SiB H-SiB G-SiB lE-Obs H-Obs G-Obs W-Obs 400 200 0 -200 0 Aug. 2, 2002 6 12 Time (h) 18 第6回水資源に関するシンポジウム 24 9 SiB2-paddy • オリジナルSiB2では 地表面に水体がない Rn z2 • 水田に適合させる ため,水体モデルを 加えた →SiB2-paddy r1 r2 z1 Canopy layer r3 Gc lEc+Hc lEw+Hw Dw Dg W Water layer Soil surface layer Root zone Aug. 2, 2002 lE+H 第6回水資源に関するシンポジウム Gg Gd 10 SiB2-paddy • SiB2-paddyは,水田の熱水収支を 正しく表現する→タイではこちらを使うべき -2 Energy Flux (W m ) 800 ■潜熱(観 測) 600 400 Rn-Obs lE-SiB H-SiB G-SiB W-SiB lE-Obs H-Obs G-Obs W-Obs □潜熱(計 算) 200 0 -200 0 Aug. 2, 2002 6 12 Time (h) 18 第6回水資源に関するシンポジウム 24 11 土地利用変化シナリオ • • 流域は,1度×1度の グリッド11個(ISLSCP) からなるとする 下流平野部の土地利用を 変更するシナリオ群を設定 – E98° E101° N20° T T S T S O N15° 標準実験1+シナリオ3 Aug. 2, 2002 第6回水資源に関するシンポジウム T S S O A Nakhonsawan Paddy Crop Forest 12 土地利用変化シナリオ • • • • Ctrl T T S T S S T S S S A T S S S T S S S P Ctrl:下流1グリッドのみ 畑 A3:畑を3グリッドに拡張 P1:下流の畑を水田に P1 P3:P1の水田を3グリッド T T 拡張 Aug. 2, 2002 第6回水資源に関するシンポジウム A3 T T S T S A P3 T T S S A A T T S S T S S P P P T:熱帯林,S:草地, 13 A:畑,P:水田 Ctrlランによる日流量再現度検証 Obs 4 Ctrl -1 Obs: 175 mm year -1 Ctrl: 162 mm year 赤:計算流量 青:補正流量 3 -1 • ダム放流量データ によって 流量を補正 その補正した 流量をSiB2-paddy が再現できることを 確認 Runoff (mm hour ) • 2 1 0 Dry -1 0 Rainy 100 200 Dry 300 400 Rainy Dry 500 600 DOY Aug. 2, 2002 第6回水資源に関するシンポジウム 14 700 各シナリオにおける年間水収支 • 年流量(mm): 最大80mm減少 観測 • • Ctrl P1 畑が増えると 流量が減る(A3) 水田だと もっと減る(P3) Aug. 2, 2002 A3 P3 第6回水資源に関するシンポジウム 15 各シナリオにおける年間 流量と蒸発散量 • • 畑・水田が増えると蒸散が増える さらに,水田が増えると蒸発が増える 蒸散 流量 Aug. 2, 2002 遮断 蒸発 P1 P3 Ctrl A3 第6回水資源に関するシンポジウム 16 各シナリオにおける 雨季の蒸発散量 • • 水田が増えると雨季に蒸発が増える 原因:開放水面の存在,水を抜いた後も豊富な土壌水分 蒸散 流量 Aug. 2, 2002 蒸発 遮断 Ctrl P1A3 P3 第6回水資源に関するシンポジウム 17 各シナリオにおける 乾季の蒸発散量 • • 畑も水田も,乾季に蒸散が増える 原因:充分な土壌水分,豊富な日射,強い飽差 蒸散 遮断 蒸発 流量 Ctrl P1A3P3 Aug. 2, 2002 第6回水資源に関するシンポジウム 18 結果のまとめ 雨季 畑が増える 水田が 増える 乾季 蒸散が 増える 蒸発が 増える 蒸散が 増える •特に灌漑等を考えずとも,土地利用変化が水熱収支を 変化させ,蒸発散が増大することが示された. Aug. 2, 2002 第6回水資源に関するシンポジウム 19 まとめ • 熱帯アジア気象水文観測プロジェクトGAME-Tの一貫と して,現地の現業観測データを大量に含むデータセットを 構築,公開した • 熱帯水田に適合する陸面水文モデルをタイ・チャオプラ ヤ川に適用し,農耕地増加と流域水収支項の変化との 関係を検討した. • 草地→畑・水田という土地利用変化だけで 水熱収支が変化し,蒸発散が増大することが 示された. Aug. 2, 2002 第6回水資源に関するシンポジウム 20 今後の課題 • 森林伐採の場合にはどのような変化が生ずるか • 過去の土地利用変化データを用いて, チャオプラヤ川における1975~1994年の 流量減少を定量的に説明できるか • 世界最大のコメ輸出国であるタイの水資源の 安全をどのように保障しながら土地利用政策を 立案するか Aug. 2, 2002 第6回水資源に関するシンポジウム 21 -1 T (mm hour ) P1 A3 P3 Dry Rainy Dry RainyDry 0.9 0.6 0.3 0.0 W2 0.1 • 各シナリオにお ける, 0.0 -1 E (mm hour ) -0.1 – – – – 0.9 0.6 0.3 0.0 0.1 W1 土壌水分の 季節変化 0.0 蒸散 根層土壌水分 表面蒸発 表層土壌水分 のCtrlとの差 -0.1 0 100 Aug. 2, 2002 200 300 400 DOY 500 600 700 第6回水資源に関するシンポジウム 22
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