東京大学生産技術研究所の山崎大准教授らの研究チームは、斜面に沿った水の流れと植生分布を同時に扱う新しい陸面モデル^*1を開発しました。この手法により、降水が土壌水分として蓄えられるのか、蒸発・蒸散として大気に戻るのか、あるいは流出するのかといった分岐を、従来よりも現実に近い形で再現できるようになりました。

地球と大気の間では、雨や雪、日射、蒸発散を通じて水とエネルギーが常にやり取りされており、これが地域の気候や生態系を形づくっています。こうした相互作用を数値的に再現するために用いられるのが陸面モデルです。しかし多くの陸面モデルでは、斜面水動態、つまり水が斜面に沿って移動する基本的な地形効果が十分に考慮されてきませんでした。

実際の陸域では、水は丘から谷へと流れ、場所によって湿りやすさが異なるため、斜面内で植生分布が大きく変わります。本研究の筆頭著者である李 庶平 特任研究員は、次のように語ります。「雨の後に水がどこへ動き、どのような植生が成立するかは斜面の地形に強く依存します。しかし従来の陸面モデルでは、その関係が十分に表現されていませんでした」

本研究では、この関係を陸面モデルの中で表現するため、地表を複数の標高帯に分け、丘から谷への水の移動を明示的に計算する新しいスキームを導入しました。さらに、水分状態に応じて植生が分布する仕組みを組み込むことで、斜面内の不均一な植生景観を再現できるようにしました。

このモデルを用いて、アフリカ大陸全域を対象とした10年間のシミュレーションを実施し、斜面水動態や植生分布の扱い方が異なる4つの設定を比較しました。その結果、斜面に沿った水の流れと斜面依存の植生分布を考慮した場合に、蒸発散・流出・土壌水分の再現性が最も高くなることが示されました。特に、赤道付近の河岸林や湿地帯が分布する地域で、その違いが顕著に現れました。

斜面の水動態と植生分布の影響を調べるシミュレーション実験の概念図
[1]水動態なし・均一植生分布（Homogeneous）
[2]水動態なし・斜面非依存の不均一植生分布（Tiled）
[3]水動態あり・斜面非依存の不均一植生分布（Hillslope-Water）
[4]水動態あり・斜面依存の不均一植生分布（Hillslope-Veg）

責任著者の山崎准教授は次のように説明します。
「水の動きと植生分布は、実際の陸域では強く結びついています。本研究は、その関係を地球規模の陸面モデルの中で一体として扱えることを示しました。特に土壌水分については、観測データとの整合性が大きく改善されています」

本研究成果は、気候変動が水循環や生態系に与える影響をより正確に評価するための基盤となるだけでなく、干ばつや洪水といった自然災害リスクの予測、持続可能な土地・水管理への応用も期待されています。

李 庶平 特任研究員の「もしかする未来」

この研究は、１年前に発表した「斜面水動態に影響された不思議な植生景観を世界各地で発見」をさらに発展させたものです。世界各地の様々な気候帯で見られる「斜面型植生景観」に着目し、その植生分布が水とエネルギーの循環にどのような影響を与えるか、また、それらをモデルでどう再現できるかを検討しました。その結果、斜面の水動態と植生分布を精緻にモデル化することで、アフリカで全体的に蒸発散・流出量の増加と土壌水分の減少傾向が顕著に発見しました。この新しいモデルは、気候予測や自然災害リスク評価の精度向上に貢献し、気候変動が生態系や人間社会に及ぼす影響を理解するうえで大きな一歩になることが期待されます。

*1　大気と陸面の間での水とエネルギーの交換を予測するため、陸面での物理過程を再現するツール

The article, “Resolving Land Cover Heterogeneity Along Hillslope Improves Simulation of Terrestrial Water and Energy Budgets”, is published in Water Resources Research at DOI: 10.1029/2025WR040706.

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【紹介研究者】
山崎 大（東京大学 生産技術研究所 准教授）
専門分野：全球陸域水動態

　研究室HP