平成１３年度日本学術振興会未来開拓学術研究推進事業研究成果報告書概要

プロジェクト・リーダー名		研究経費		４５９，７２１千円
氏名・所属研究機関 所属部局・職名	虫明功臣 ・東京大学 ・生産技術研究所 ・教授	内訳	平成　９年度	１０９，４９６千円
			平成１０年度	９６，２４４千円
			平成１１年度	１０９，９８１千円
			平成１２年度	７２，０００千円
			平成１３年度	７２，０００千円

氏名	所属機関・部局・職	研究プロジェクトでの役割分担
沖大幹	東京大学・生産技術研究所・助教授	水循環モデルの構築と水資源評価
柴崎亮介	東京大学・空間情報科学研究センター・教授	土地利用の変化の予測と物質循環研究
喜連川優	東京大学・生産技術研究所・教授	地球環境デジタルライブラリーの構築
安岡善文	東京大学・生産技術研究所・教授	衛星リモートセンシング
川島博之	東京大学・農学生命科学研究科・教授	土地利用と食糧生産変化の評価
鼎信次郎	東京大学・生産技術研究所・助手	水資源評価
安形康	東京大学・生産技術研究所・ResearchAssociate	水循環モデルの構築
越智士郎	東京大学・生産技術研究所・助手	衛星リモートセンシング
Rajan. Kr.	東京大学・生産技術研究所・ResearchAssociate	土地利用の変化の予測と物質循環研究
談国新	東京大学・生産技術研究所・ResearchAssociate	土地利用の変化の予測と物質循環研究
根本利弘	東京大学・生産技術研究所・助手	地球環境デジタルライブラリーの構築
L. Mutenda	東京大学・生産技術研究所・ResearchAssociate	地球環境デジタルライブラリーの構築
Kim Wonsik	東京大学・生産技術研究所・ResearchAssociate	水循環モデルの構築
R. Krishna	東京大学・生産技術研究所・ResearchAssociate	地球環境デジタルライブラリーの構築

水資源の量的制約を定量的に明らかにし、その下での食糧生産（農業生産）の可能性・見通しを示す。具体的には潅漑水の量的制約下で達成可能な食糧生産量（主要穀物）に関するシナリオを作成する。その際、都市や他産業による水利用、施肥に起因する水質悪化制約、あるいは国際市場における価格上昇のような間接的影響も考慮する。同時に、食糧需要量、水需要量（農業以外の水利用も含む）と生産可能量とのバランスを、国・流域別に算定することにより、またそうした制約に対する適応力も考慮することにより「ハイリスク地域」を抽出する。そのうちの主要なものについてはさらに詳細な定量的分析を行う。また、過去、急激な開発に伴って大きな環境変化を蒙った地域も取り上げ、その過程を分析することで、流域管理の方向性に関する基礎的な情報を得る。最終的には、水利用効率の向上、施肥効率の向上、都市などからの汚濁負荷発生の抑制などの対策シナリオに応じて、食糧生産の可能性や水質汚濁負荷がどのように変化するかを試算し、流域管理の基本的な方向性を提案する。これらの研究は、グローバル、アジアスケール、各国・流域スケール（図２）といったマルチスケールにおいて行われる。 最終年度は特に、土地利用・農業生産モデルと水循環・水資源モデルの結合システムの構築、そのシミュレーションと統計値と比較しての妥当性の検証、それらを利用した改良、さらには可能ならば、そのシステムを利用した数十年後の食糧・水危機予測を目的とした。

現在の人口-水資源-食糧という関係を描像し、さらに可能ならば将来像を描くことを目的とする。 ・ 食糧、水の供給能力推定にも、また人間側の消費量の推定にも多くの不確実性があり、それらを排除するのは容易ではないが、リモートセンシングデータに代表される様々な空間データに基づいた、「積み上げ」方式によって、より信頼性の高い推計を食糧生産能力や水資源賦存量について行うことで、水資源制約、土地資源制約、環境制約をより明示的に取り込んだ食糧生産の全球的な将来シナリオを描くことが第一の目的である。 ・ 食糧・水危機に関して、全球レベルでも、また地域レベルでもこれまで以上に不確実性の低いものを提示し、特にそうしたリスクの高い地域をより確実に予測し、リスクの地理的な分布も明らかにすることによって、国際的対応策の検討のための基礎資料を提供する。 ・ あまりに多次元大量の情報から成り立つため掴み所のない地球環境・資源問題をビジュアルかつダイナミックに示すことにできるマルチメディア・ライブラリとしての、先進的なユーザーインターフェースを備えた「地球環境デジタルライブラリ」を一種のデジタル・アースとして開発することが本プロジェクトの第三の目的である。

４−１　研究計画、目的に対する成果

・ ある土地・地域プロットスケールの土壌と一次生産をモデル化し、主にアメリカの耕作地のみに適用されてきたEPICモデルを、総合的な農業的土地生産モデルとして採用し、世界初の試みとして全球に適用した。この結果、主要穀物毎の収量、灌漑水利用量などを全世界のグリッド毎にモデル推定出来るようになった。Validation以外は統計値に依存しないため、温暖化による影響なども容易に推測可能な技術が構築されたといえる。 ・ 地域レベル土地利用変化モデルを開発し、タイに適用することによって良好な結果を得た。 ・ 全球スケールの炭素・窒素循環モデルを開発し、これにより、植生の変化、農地の拡大による炭素・窒素循環の変化をシミュレートした。また、施肥に起因する窒素による水環境汚染をシミュレートした。 ・ 全球スケール、大陸規模及び地域流域スケールそれぞれに対応した陸域水循環・流出モデルを開発し、それぞれのスケールにおける適切な河川流量・土壌水分量をシミュレートすることを可能とした。この自然水循環量を水資源賦存量とする一方で、統計データを元に全球グリッドベースで水資源需要量(あるいは取水量)を算定し、両者の結合としての世界水資源アセスメントを行った。また、上記の全球EPICにより推定される灌漑必要水量を水資源アセスメントへと導入するための技術開発を行った。 ・ リモートセンシングを中心として超大規模地球環境データベースを格納し、容易に取り出すためのアーカイブシステムを構築し、その実運転を継続的に行っている。また、その高度運用のために、スケーラブルテープアーカイバとホットデクラスタリング手法、ホットレプリケーション手法を開発した。 ・ 多様かつ膨大な量の地球環境データを柔軟かつ実用的に操作するための、データローディングツールの開発、データ検索インターフェースの開発と実装、データ視覚化手法の開発を行った。

４−２　研究計画、目的外の成果

・ 地域的な土地・水問題のケーススタディ領域の一つとしてタイ国の流域を取り上げたが、その首都バンコクを流れるチャオプラヤ川において数十年規模で河川流量が減少していることが発見されたが、その事実が現地の研究機関を動かしつつあるのみならず、現地新聞にも紹介され、一般社会にも影響を与えつつある。 ・ 土地利用変化と、水資源・食糧との関係を探るのも一つの目的であったが、同じくタイの東北部において、一年のある一時期だけであるが、土地利用変化が降水量にまで変化を与えている可能性が強く示唆された。 ・ 各種衛星データの蓄積と公開を継続的に行ってきたが、本研究グループ以外の世界中の多数の研究者に、それぞれの目的において、利用され続けており、今後もメンテナンスさえ行われれば、世界的な利用が継続されるものと考えられる。

４−３　研究成果の展望

本プロジェクトにおいて算定・提示した地球規模の現在および将来にわたる食糧・水資源評価マップは日本ではまったく初めての成果であり、世界的にも国別指標が幅を利かせる中で、0.5度グリッドスケールという極めて先進的な解像度での成果を出したといえる。また、土地生産性モデリングと水循環・水資源モデリングとのカップリングは、研究分野の相違とterminologyの相違を原因として、世界でも行われておらず、その結合への努力と実行、検証は地球資源問題研究の分野に新しい可能性を切り拓いたと考えられる。また、地球環境を対象としたデータベース及びインターネット公開システムは世界中で作成されつつあるが、データローディングツールの欠如による利用可能データの不足や、情報システム科学としては原始的な柔軟性に欠ける検索インターフェースなどを原因として、未だ十分実用的なシステムが存在していなかったといえるが、これらの改善によって、現時点において世界でもっとも高度な地球環境データベースシステムのプロトタイプを構築し得た。 ここまで開発した基盤を元にして、世界中から誰もがアクセス可能で、それぞれが想定する将来条件において、柔軟な形式で、食糧と水と土地の将来像を予測し、その結果をVisualizeするシステムの構築が次代の挑戦課題であろう。それによって初めて、真にダイナミックな人類社会の将来予測像を描くことができるようになるからである。

４−４　本事業の趣旨に鑑み、果たした役割

上述のような、 ・ 0.5度グリッドスケールという極めて先進的な解像度での地球規模の現在および将来にわたる食糧・水資源評価マップ ・ 土地生産性モデリングと水循環・水資源モデリングとのカップリング ・ データローディングツールと、柔軟性な検索インターフェースの実装による実用的な地球環境データベース及びインターネット公開システムのプロトタイプの構築。 に代表される成果は、近い将来実現されると期待されるダイナミックな人類社会の将来予測像を描くことができるシステム：すなわち、世界中から誰もがアクセス可能で、それぞれが想定する将来条件において、柔軟な形式で、食糧と水と土地の将来像を予測し、その結果をVisualizeするシステム：の構築へとつながる必要不可欠の基盤技術である。この次世代システムが完成することによって初めて、真に人類の未来可能性が土地・食糧・水資源の相互作用の視点（あるいは人間と自然資源の相互作用の視点）から描けるようになるからである。科学技術の未来のみならず、人類の未来を開拓するための技術開発研究に貢献したと考えられる。

A.学術雑誌論文（Journal Papers）

全著者名	論文名
須崎純一，柴崎亮介	植生指標とテクスチャを併用したLandsat TM画像からの畑領域抽出手法
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
写真測量とリモートセンシング	37	5	54-62	1998

全著者名	論文名
須崎純一，柴崎亮介	確率ミクセルモデルに基づいたスペクトル特性ならびに被覆混合比推定手法
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
写真測量とリモートセンシング	38	3	44-59	1999

全著者名	論文名
須崎純一，柴崎亮介	ミクセルの存在とトレーニングデータの代表性を考慮した時系列低空間分解能画像を用いた土地被覆分類手法
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
写真測量とリモートセンシング	40	3	14-24	2001

全著者名	論文名
須崎純一，柴崎亮介，岩男弘毅	時系列低空間分解能画像からの情報を活用した複数シーンの高空間分解能画像分類
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
写真測量とリモートセンシング	40	5	4-16	2001

全著者名	論文名
越智士郎，柴崎亮介	DEM(GTOPO30)とDCWを用いた落水線図作成アルゴリズムの開発
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
写真測量とリモートセンシング	38	3	60-68	1999,,

全著者名	論文名
平野勇二郎，茅　陽一，柴崎亮介	都市ヒートアイランド現象の空調・給湯用エネルギー消費への影響評価
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
土木学会論文集	629	VII-12	83-96	1999,,

全著者名	論文名
Junichi Susaki and Ryosuke Shibasaki	Variance gain index for detection of boundary points in discrete one-dimensional data
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
International Journal of Remote Sensing	???	???	???	in press

全著者名	論文名
S. Priya, R. Shibasaki	Assessing biologically degraded soils: a GIS approach
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
Agricultural Engineering Journal	8	2	139-148	1999

全著者名	論文名
S. Priya, R. Shibasaki	Quantification of soil loss and its detection using GIS and remote sensing technology
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
Asian-Pacific Remote Sensing and GIS journal	33	1	44-56	1999

全著者名	論文名
B.L. Lin, A. Sakoda, R. Shibasaki, N. Goto, M. Suzuki	Modelling a global biogeochemical nitrogen cycle model in terrestrial ecosystem
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
Ecological Modeling	135	1	91-112	2000

全著者名	論文名
B.L. Lin, A. Sakoda, R. Shibasaki, M. Suzuki	A modelling approach to global nitrate leaching caused by anthropogenic fertilization
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
Water Resource	43	3	404-413	2000

全著者名	論文名
S. Ochi, A. Hirakoba, R. Shibasaki, S. Murai	Estimation of macroscopic crop productivity using remote sensing - case study for asian countries
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
Asian Journal of Geoinfomatics	2	2	60-67	2000

全著者名	論文名
S. Priya, R. Shibasaki	National spatial crop yield simulation using GIS-based crop production model
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
Ecological modeling	136	1	113-129	2001

全著者名	論文名
Guoxin TAN and Ryosuke Shibasaki	The study of integrating GIS with epic model: methodology and application
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
Journal of the Japan Society of Photogrammetry & Remote Sensing	40	3	pp4-13	2001

全著者名	論文名
Guoxin Tan and Ryosuke Shibasaki	Monthly climatologically aided global interpolation of weekly air temperature and precipitation
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
Theory and Application of GIS, Japan	10	1	???	2002

全著者名	論文名
沖 大幹, 鼎 信次郎	回転楕円体を考慮した地球表面の緯度経度直交格子内面積の算定
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
水文・水資源学会誌	10	???	371-374	1997

全著者名	論文名
沖 大幹, 西村 照幸, ポール ディルマイヤー	グローバルな河川流路網情報(TRIP)を利用した年流量による 地表面数値モデルの検証について
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
水文・水資源学会誌	10	???	416-425	1997

全著者名	論文名
Jha, R., S. Herath, S., K. Musiake	Development of IIS Distributed Hydrological Model and its Application in Chao Phraya River Basin, Thailand
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
Annual Journal of Hydraulic Engineering, JSCE	41	???	227-232	1997

全著者名	論文名
Jha, R., S. Herath, S., K. Musiake	Application of IIS Distributed Hydrological Model in Nakon Sawan Catchment, Thailand
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
Annual Journal of Hydraulic Engineering, JSCE	42	???	145-150	1998

全著者名	論文名
虫明 功臣	人間-水循環系におけるバランスとサステナビリティ
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
生産研究	50	12	22-26	1998

全著者名	論文名
仲江川 敏之, 沖 大幹, 虫明 功臣	土壌水分量を既知とした後方散乱係数からの地表面粗度の逆推定について ---粗度因子の提案---
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
水文・水資源学会誌	11	???	603-606	1998

全著者名	論文名
鼎 信次郎, 沖 大幹, 虫明 功臣	領域気候モデルを用いた土壌水分が降水に与える影響の分析
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
水文・水資源学会誌	11	???	482-491	1998

全著者名	論文名
鼎 信次郎, 沖 大幹, 虫明 功臣	気候システムにおける土壌水分
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
水文・水資源学会誌	11	???	508--514	1998

全著者名	論文名
仲江川 敏之, 沖 大幹, 虫明 功臣	線形化モデルによる地表面熱フラックスの集約化 I: 領域平均地表面フラックス算定式と集約化規範の導出
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
水文・水資源学会誌	11	???	201-209	1998

全著者名	論文名
仲江川 敏之, 沖 大幹, 虫明 功臣	線形化モデルによる地表面熱フラックスの集約化 II: 不均一な領 域における地表面熱フラックスの集約化
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
水文・水資源学会誌	11	???	210-220	1998

全著者名	論文名
T. Oki and Y. C. Sud	Design of Total Runoff Integrating Pathways (TRIP) A global river channel network
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
Earth Interactions	2	???	???	1998

全著者名	論文名
鼎 信次郎, 江守 正多, 沖 大幹, 虫明 功臣	領域気候モデルにおける土壌水分と大気下層パラメータとの相互関係
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
水工学論文集	42	???	85-90	1998

全著者名	論文名
仲江川 敏之, 沖 大幹, 虫明 功臣	Philip 式による浸透量の領域平均算定式と集約化規範の導出
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
水工学論文集	42	???	175-180	1998

全著者名	論文名
T. Oki, T. Nishimura, and P. Dirmeyer	Validating land surface models by runoff in major river basins of the globe using Total Runoff Integrating Pathways (TRIP)
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
J. Meteor. Soc. Japan	77	1B	235-255	1999

全著者名	論文名
沖 大幹, 虫明 功臣	グローバルな河川流量データセットの構築と年河川流出量の変動特性の解析
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
水工学論文集	43	???	151-156	1999

全著者名	論文名
仲江川 敏之, 沖 大幹, A. S. Herath, 虫明 功臣	集約化規範を用いた飽和透水係数のサンプルスケールが浸透量算定に与える影響
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
水工学論文集	43	???	109-114	1999

全著者名	論文名
瀬戸 心太, 仲江川 敏之, 沖 大幹, 虫明 功臣	TRMM-PR を用いた土地被覆ごとの後方散乱係数特性
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
水工学論文集	43	???	223-226	1999

全著者名	論文名
沖 大幹	グローバルな水循環と河川
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
気象研究ノート	195	???	53-71	1999

全著者名	論文名
Silva A., Herath S. and Musiake, K.	Assessment of Energy Consideration in the Description of Hydrological Processes Modeling
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
Annual Journal of Hydraulic Engineering	44	???	163-168	2000

全著者名	論文名
Dutta, D., Herath, S. and K. Musiake	Flood Inundation Simulation in a River Basin Using a Physically Based Distributed Hydrologic Model
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
Hydrological Processes	14	3	497-520	2000

全著者名	論文名
Jha, R., Herath, S. and K. Musiake	River Network Solution for a Distributed Hydrological Model and Applications
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
Hydrological Processes	14	3	575-592	2000

全著者名	論文名
Nakaegawa, T., Taikan Oki, and Katumi Musiake	The Effects of Heterogeneity within an Area on Areally Averaged Evaporation
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
Hydrological Processes	14	3	465-479	2000

全著者名	論文名
Yang, D., S. Herath, and K. Musiake	Comparison of Different Distributed Hydrological Models for Characterization of Catchment Spatial Variability
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
Hydrological Processes	14	3	403-416	2000

全著者名	論文名
仲江川敏之，瀬戸心太，S.A. Romshoo，小池雅洋，弘中貞之，沖 大幹，虫明功臣	能動型マイクロ波リモートセンシングによる土壌水分計測のための土壌水分を既知とした地表面粗度効果の逆推定アルゴリズム
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
日本リモートセンシング学会誌	20	2	39-52	2000

全著者名	論文名
新井崇之，金 元植，沖 大幹，虫明功臣	熱帯水田へのSiB2の適用と水田スキームの導入
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
水工学論文集	44	???	175-180	2000

全著者名	論文名
平林由希子, 瀬戸心太, 鼎信次郎, 沖大幹, 虫明功臣	TRMM-PRによる後方散乱係数を利用したグローバルな土地情報の分析
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
水工学論文集	44	???	259-264	2000

全著者名	論文名
鼎 信次郎, 沖大幹, 虫明功臣	インドシナ半島を対象とした全球気候モデルによる地表面パラメータ変化が降水に与える影響に関する数値実験
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
水工学論文集	44	???	37-42	2000

全著者名	論文名
Pathirana, A., S. Herath and K. Musiake	On the Scaling Properties of a Stochastic Rainfall Model
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
Annual Journal of Hydraulic Engineering	44	???	1-6	2000

全著者名	論文名
Miyaoka, H. Matsuyama, and T. Oki	Validation of the Output from JMA-SiB Using the Combined Water Balance Method and a River Routing Scheme -- A Case Study in the Mackenzie River Basin
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
J. Geophys. Res.	104	D24	31,199-31,206	2000

全著者名	論文名
Pham ,T.N., D. Yang, S. Kanae, T. Oki, K. Musiake	Application of RUSLE Model on Global Soil Erosion Estimates
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
Annual Journal of Hydraulic Engineering	45	???	811-816	2001

全著者名	論文名
Kanae S., T.Oki, K.Musiake	Impact of Deforestation on Regional Precipitation over the Indochina Peninsula
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
Journal of Hydrometeorology	2	1	51-70	2001

全著者名	論文名
Tosiyuki Nakaegawa, Taikan Oki, and Katumi Musiake	Aggregation criteria for surface heat balances in a heterogeneous area based on a linear model
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
Advances in Water Resources	24	???	1159-1171	2001

全著者名	論文名
Taikan Oki, Yasushi Agata, Shinjiro Kanae, Takao Saruhashi, Dawen Yang, and Katumi Musiake	Global Assessment of Current Water Resources using Total Runoff Integrating Pathways
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
Hydrol. Sci. J.	46	???	983-996	2001

全著者名	論文名
根本 利弘, 迫 和彦, 喜連川 優, 高木 幹雄	部分マイグレーション機構を有する三次記憶ファイルシステムPFSの8ミリテープアーカイブ装置への実装とその性能評価
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
電子情報通信学会論文誌	J81-D-I	6	747-754	1998

全著者名	論文名
根本 利弘, 喜連川 優	スケーラブルテープアーカイバにおけるテープマイグレーションを用いた負荷分散手法とその評価
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
電子情報通信学会論文誌	J82-D-I	1	53-69	1999

全著者名	論文名
生駒 栄司, 新井 崇之,金 元植,沖 大幹,喜連川 優	陸面植生モデルワークベンチの開発と熱帯水田観測データの適用
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
水文・水資源学会誌	13	4	291-303	2000

全著者名	論文名
生駒 栄司, 沖 大幹, 喜連川 優	内容・空間・時間に基づいた地球環境データ検索インターフェースシステムの構築
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
情報処理学会論文誌:データベース	42	TOD8	43-55	2001

全著者名	論文名
根本 利弘, 喜連川 優	ホットレプリケーション：三次記憶システムにおける高アクセス頻度データの複製クラスタリング
学術雑誌名	巻	号	ページ	発行年
情報処理学会論文誌	43	5	???	2002(In press)