植生を制約する気候要因の探索

本文は2000年現在のわたしの認識を書いたもので、 英語で書いた Masuda (2000)の要点とほぼ同じです。 文献リストだけ、2017-02-19に、 [2016-11-01づけブログ記事]の表にあげた文献を含むように改訂しました。

生態系の遷移と極相

植生(の定常状態)を制約する気候以外の要因

• 土壌 (侵食; 栄養物質)
• 火
• 火山
• 競争や共生にかかわる生物種の偏り

植生を制約する気候要因

• エネルギー・温度に関するもの
  • 光合成に関与する太陽光
  • 生育期間の温度/エネルギー {E}
  • 凍結しないこと -- 絶対的最低温度 [酒井, Woodward] {T}
  • 温度が高くなりすぎないこと
• 水分に関するもの
  • 絶対的水分量
  • 蒸発を上回る水分供給 {W}

気候要素で決まる「潜在植生」の議論

• 要因を単純化して考える
  • {E}: エネルギー、夏の温度
  • {T}: 冬の温度
  • {W}: 水分条件
• W. Koeppen (1928, 矢沢 1989参照) 気温{T,E}と降水量{W}のしきい値の組み合わせによる「気候区分」。
• L.R. Holdridgeの"average biotemperature"{E} と降水量{W}による"life zones"
• 吉良竜夫 (1949, 吉良 1971参照)の「暖かさの指数」{E} (「寒さの指数」{T}, 「乾燥指数」{W}も)による植生型分布
• H. Walter, H. Lieth (Walter 1973, Box 1995参照): 毎月の気温{E,T}と降水量{W}を使った「気候ダイアグラム」を植生型の参考に使う
• M.I. Budyko, N.A. Efimova, 内嶋善兵衛, 清野 豁(H. Seino): 正味放射{E}と"放射乾燥度" [=正味放射/降水量]{W}で 植生型分布および光合成生産量を説明
• F.I. Woodward, I.C. Prentice: 最低気温{T}, 土壌水分不足[水収支から]{W}, 夏の積算温度{E}による植生型分布
• E.O. Box: 可能蒸発量{E}, 降水量{W}, 最低気温{T}などによる植生型分布

日本についての分布の対比 (野上・大場, 1991: 野上, 1994)

• 国土数値情報とそれに合わせたメッシュデータ (地学雑誌 1990年 特集号参照)
  • 標高 (国土地理院/国土庁) -- 地形図から。
  • 気温、降水量、積雪深の月ごとの気候値 (気象庁 産業気象課) -- 観測点の気象要素と標高データからの地形要素による重回帰。
  • 自然植生 (環境庁 「緑の国勢調査」) -- まず地図を作ってから各格子点周辺((マス目全体でない)の植生を読み取った。群落名を代表的種の組み合わせでつけている。
• 植生データと、気候値の気温から作った「暖かさの指数」との対比

世界についての分布の対比の試み (Masuda, 2000)

• 緯度経度1度程度のメッシュデータ
  • 気温と降水量の気候値 (気象観測点から空間内挿したもの)。 ここでは、Newほか (1999)の0.5度格子データ(陸上のみ)を使う。 (インターネットのhttp://ipcc-ddc.cru.uea.ac.uk/より。) 気温の標高依存性を地域ごとに考慮した内挿になっている。
  • 植生型分布 (既存の地図から読みとったもの) ここでは、Matthews (1984)のものを使う。
• 対比の試み
  • 縦軸: {E} 気温(New)から求めたHoldridgeの年可能蒸発散量
  • 横軸: {W} 年降水量(New)と年可能蒸発散量との比、対数めもり
  • 図幅: 植生型(Matthews)をさらにまとめたもので分ける
• 精度のあやしいところを除く試み
  • Matthewsの「農耕の度あい」のデータで、最高段階(5)の格子は使わない
  • 標高データ(NGDCのGLOBE)で、1度格子内の標高の標準偏差が200 m以上の 格子は使わない。
• 得られた特徴
  • グラフ上の点の分布を大きく分けると、 可能蒸発量 200 mm / 年をさかいに、 比較的温暖な気候と、寒い気候に分けられる。 比較的温暖な気候は、可能蒸発量/降水量 = 1 をさかいに、 湿潤な気候と乾燥した気候に分けられる。
  • Woodland, 潅木地, 砂漠は、寒冷なところと乾燥したところに分かれる。 その中間に草原が来る。
  • 湿潤な気候では森林が見られ、 温暖な(可能蒸発量が多い)ほうから順に、 熱帯雨林、他の常緑樹林、落葉樹林、針葉樹林となる。
  • 乾燥した気候では、比較的湿潤なほうから順に、 落葉樹林、woodland、潅木地、砂漠が見られる。
  • 寒冷な気候では、比較的温暖なほうから順に、 Woodland、潅木地、ツンドラ、砂漠、氷が見られるが、 あまりきれいに分離されない。
• 残された問題
  • 冬の寒さ{T}の扱い
  • エネルギー要因{W}として、Holdridgeの可能蒸発量はあらすぎる。 積算温度と正味放射との対応は、標高が高い(空気量が少ない)ところでは 平地とちがうのではないか? どちらが適当な変数か?
  • 植生データの作成者によるくいちがい(DeFries and Townshend, 1994)、 どのように選択するか?

参考文献

• Box, E.O., 1981: Macroclimate and Plant Forms. Dr. W. Junk, The Hague, 258 pp.
• Box, E.O., 1995: Climatic relations of the forests of east and south-east Asia. Vegetation Science in Forestry (Box. E.O. et al. eds.), Kluwer, 23 - 55.
• ブディコ、エム・イ(Budyko, M.I.)、1971; 内嶋善兵衛、岩切 敏 訳、1973-74: 気候と生命(上・下)、東京大学出版会、計488 pp.
• Budyko, M.I. ed., 1963: 地表面熱収支地図帳[ロシア語]。Mezhvedomstvennyi Geofizicheskii Komitet, Moskva.
• Cleveland, W.S., 1985: The Elements of Graphing Data. Wadsworth, 323 pp.
• DeFries, R.S. and Townshend J.R.G. 1994: Global land cover: comparison of ground-based data sets to classifications with AVHRR data. In: Environmental Remote Sensing from Regional to Global Scales, edited by G. Foody and P. Curran. (U.K.: John Wiley and Sons).
• Efimova, N.A., 1967: 植物生産力と放射要因[ロシア語]。Gidrometeoizdat, Leningrad, 216 pp. (未見、内嶋・清野 1987で引用)
• Emanuel, W.R., Shugart, H.H. and Stevenson, M.P., 1985: Climatic change and the broad-scale distribution of terrestrial ecosystem complexes. Climatic Change, 7, 29 - 43.
• Holdridge, L.R., 1947: Determination of world plant formations from simple climatic data. Science, 105, 367 - 368.
• Holdridge, L.R., 1967: Life Zone Ecology. Tropical Science Center, San Jose, Costa Rica. (未見、Emanuel et al., 1985で引用)
• 川喜田 二郎, 1999: 環境と人間と文明と。古今書院, 228 pp.
• 榧根 勇、1989: 水と気象。朝倉書店、180 pp.
• 吉良竜夫、1949: 日本の森林帯。 吉良(1971)に収録。
• 吉良竜夫、1971: 生態学からみた自然。河出書房新社、295 pp. [読書メモ]
• Köppen, W., 1918: Klassifikation der Klimate nach Temperatur, Niederschlag und Jahresablauf. Petermanns Geographische Mitteilungen, 64, 193 - 203, 243 - 248.
• Köppen, W., 1928: Die Schwankungen der jährlichen Regenmenge. Meteorologische Zeitschrift, 45, 281 - 291. (未見、矢沢 1989で引用)
• 近藤純正、1989: 平衡蒸発量と地表面蒸発。水文・水資源学会誌、 2(2), 25 - 32.
• Lieth, H., 1975: Modeling the primary productivity of the world. Primary Productivity of the Biosphere (Lieth, H. and Whittaker, R.H. eds.), Springer, 237 - 263.
• Lieth, H. and Box, E.O., 1972: Evapotranspiration and primary productivity. Publications in Climatology, 25(2), 37 - 46. (未見、Lieth, 1975で引用)
• Manabe, S., 1969: Climate and the ocean circulation. 1. The atmospheric circulation and the hydrology of the earth's surface. Monthly Weather Review, 97, 739 - 805.
• 増田耕一、1992: メッシュデータによる世界の植生と気候の対比。 重点領域研究「近代化による環境変化の地理情報システム」 平成3年度総合報告書, 1, 15 - 22.
• Masuda, K., 2000: A note on the climatic factors controlling the global distribution of vegetation. Geogr. Rep. Tokyo Metropolitan Univ., 35, 21 - 30. [本文へのリンク]
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• Matthews, E., 1984: Vegetation, land-use and seasonal albedo data sets: Documentation of archieved data sets. NASA Tech. Memo., No. 86107, 12 pp.
• New, M., Hulme, M. and Jones, P., 1999. Representing twentieth-century space-time climate variability. Part I: Development of a 1961--90 mean monthly terrestrial climatology. J. Climate, 12, 829 -- 856.
• 野上道男、1990: 暖かさの指数と流域蒸発散量。地学雑誌、99, 682 - 694.
• 野上道男、1994: 森林植生帯分布の温度条件と潜在分布の推定。 地学雑誌, 103, 886 - 897.
• 野上道男、大場秀章、1991: 暖かさの指数からみた日本の植生。科学, 61, 36 - 49.
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• 酒井 昭. 2003: 植物の耐寒戦略. 北海道大学図書刊行会。
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• 内嶋善兵衛、清野 豁、1987: 世界における自然植生の純一次生産力の分布。 農業環境技術研究所・九州農業試験場、102 pp.
• 内嶋善兵衛、清野 豁、1988: 植物生産力と気候条件。科学, 58, 705 - 713.
• UNESCO, 1973: International Classification and Mapping of Vegetation. UNESCO, Paris. (未見、Matthews, 1983で引用)
• Walter, H., 1973: Vegetation of the Earth. English University Press & Springer.
• Walter, H. & Lieth, H., 1967: Klimadiagramm-Weltatlas. Jena: Gustav Fischer Verlag.
• Woodward, F.I., 1987: Climate and Plant Distribution. Cambridge Univ. Press. [日本語版あり: 内嶋善兵衛 訳, 古今書院]
• 矢沢 大二, 1989: 気候地域論考。 古今書院, 738 pp.

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