2023年度
(大学院) 圏間相互作用特論
2023年度 1学期 月曜 2限 A416教室
次にしめす日程は暫定的なものであり、授業開始後の相談で変更する可能性がある。。
- 【第1回】 2023年 4月 10日 岩崎先生と合同の Introduction。
- 【第2回 ～ 第8回】 人工有害物質が生物圏・食物連鎖を通して水圏環境に影響を及ぼすメカニズム (岩崎先生担当)
- 【第9回 ～ 第15回】世界の陸上生態系を制約する気候要因と地球温暖化に伴うその変化 (増田担当)
- 【第9回】2023年 6月 5日
- なるべくパソコン (rispotに接続可能なもの) を持ってきてください。
- 下にリンクをしめした [植生の分布を制約する気候条件] に目をとおしてください。
- つぎの話題について増田が講義する。
- 陸上バイオームを制約する気候条件 (増田の考えによる整理。
松山・増田 2021 第8章 [植生の分布を制約する気候条件])
- エネルギー あるいは 生育期温度
- 水
- 凍結をもたらす低温
- (その気候要因の基本となる) 地表面熱収支・水収支
(松山・増田 2021 第5章 [地表面のエネルギー収支と海陸分布がもたらす気候の特徴]
のうち、5.2節、5.4節)
- 関連する問題 (概略だけ)
- その他の制約条件 (光、二酸化炭素)
- 地球温暖化に伴う地表面熱収支・水収支の変化
- 地球温暖化に伴って予想される植生の変化
- 温室効果気体以外も考慮した人間活動の植生への影響
- [増田の背景]
- 文献報告の予定をたてる。
- 実習の 2つの案のどちらをやるかを決める。→ 第1案
- 【第10回】 2023年 6月 12日
- 文献紹介 (受講生が読んだ文献について報告する)
- 吉良 竜夫 「暖かさの指数」 (「温量指数」) 関連
- Budyko 『気候と生命』
- 酒井 昭 『植物の耐寒戦略』
- Linux "hamana" をつかいはじめる
- Windows PC を端末にするばあい。TeraTerm, Xming, WinSCP を入れ、Xming を起動してから、TeraTerm の ssh でログインする。
- Mac を端末にする方法は次週
- 【第11回】 2023年 6月 19日
- 文献紹介 (受講生が読んだ文献について報告する)
- Biome (生物群系) について (Chapin ほか 『生態系生態学』 の該当箇所など)
- 潜在自然植生について
- 実習につかうデータについて
- Linux "hamana" をつかいはじめる。
気象庁「メッシュ気候値 2000」の「平均気温」と、作成につかわれた地形標高を見る。
(追って、最低気温 (日最低気温の月平均値)、最高気温、降水量、積雪深、日照時間、日射量も整備する予定。)
- Macを端末にする方法 ... X 機能は XQuartz を入れる。 端末機能は MacOS 常備の terminal でよい。
- python3 (Anaconda) のための初期設定: ホームディレクトリで「cp /home/shared/bashrc .bashrc 」
(コピーさきのファイル名がピリオドではじまることに注意)、ログインしなおす。
- mkdir image ... 画像ファイルを置く場所を確保しておく
- サンプルプログラムをコピー 「cp -r /home/masudako/ex/jma_mesh_clim2000 .」 (空白のあとにピリオド)
「-r」をわすれていたので追加しました。
- cd jma_mesh_clim2000
- python3 map_elev_kanto.py ... 仮に「関東」とした緯度経度範囲の標高の作図
- 「cd ../image」 「display meshclim2000_elev_kanto.png」 ... 結果の図を GraphicsMagick の display コマンドで見る
- 「cd ../jma_mesh_clim2000」で もどる。以下略。
- python3 map_tann_kanto.py ... 年平均気温の作図
- 「cd ../image」 「display meshclim2000_tann_kanto.png」
- python3 map_tmon_kanto.py ... 月平均気温の作図
- 「cd ../image」 「display meshclim2000_temp??_kanto.png」 図のページめくりは 右クリックから next
- 緯度経度範囲を変えるには、merge ではじまる名まえのプログラムを修正して実行。
(結果は /home/shared/jma_mesh_clim2000/bindata にはいる。kanto の部分の名まえを変えておくこと。)
それにあわせて map ではじまる名まえのプログラムも修正して実行。
どこを修正するかは、この日は個別に説明、次週までに文書化する。
- エディタは、emacs を「-nw」オプションつきでつかうのをローカル標準とする。
[3年生の気象合同ゼミのページ] とそこからのリンクを参照。
- 【第12回】 2023年 6月 26日
- 「暖かさの指数」「寒さの指数」を計算する。
- hamana の /home/masudako/ex/jma_mesh_clim2000/ に つぎのプログラムを追加した。
- wici_kanto.py: 「関東」の暖かさの指数と寒さの指数を計算する。
- その計算結果が /home/shared/jma_mesh_clim2000/bindata/{wi_kanto.r4l,ci_kanto.r4l} にある。
- map_wi_kanto.py: 「関東」の暖かさの指数を地図上に作図する。
- 単純に結果を再現する実行手順
- cd jma_mesh_clim2020 (または自分がつけた作業ディレクトリ名)
- cp /home/masudako/ex/jma_mesh_clim2000/map_wi_kanto.py . (スペースのあとにピリオド)
- python3 map_wi_kanto.py
- 寒さの指数を作図してみてほしい。
- 図の階級わけと色をくふうしてみてほしい。
- 緯度経度範囲を変えたいばあいは、merge, wici, map をそれぞれ変更して実行する。
(中間結果を /home/shared の下に置くので、kanto と区別できる名まえをつけてほしい。)
- 「暖かさの指数」「寒さの指数」をテキストファイルで書きだす (プログラム例 write_wici_kanto.py 6月26日授業中に暫定版をつくった)
- 「暖かさの指数」「寒さの指数」のヒストグラムをつくる (プログラム例 hist_wi_kanto.py 6月26日授業中に暫定版をつくった)
- 文献追加: 福井 英一郎 編 (1953) 『自然地理 II』 (生物地理の章は実質的に吉良による) [内容]
- 情報追加: 国立環境研究所「日本全国標準土地利用メッシュデータ」(このページの「実習第1案」のところに追加した)
- 【第13回】 2023年 7月 3日
- 文献追加: 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 (1): 36-49.
[ページ画像]
- [hamana に置いたデータとそれをつかうプログラム例]
- 環境省 自然環境保全基礎調査 の植生メッシュデータを見る。
- hamana の /raid/jp_veg/meshdata/ の下にデータを展開してある。
- veg_c02/ ... 凡例など
- veg04m01/veg04mesh.csv ... 第4回植生調査に基づくメッシュデータ
- veg05m01/veg05mesh.csv ... 第5回植生調査に基づくメッシュデータ
- hamana の /home/masudako/ex/jp_veg/ の下にいくらかのプログラム例と作業結果例がある。
- syuyaku.py ... veg05mesh.csv を読み、各升目の メッシュコード、経度、緯度、集約コードを書きだす。
(ただし集約コードが「A」ではじまるものは「A」をはずしてけた数の少ない整数にしている。)
- syuyaku_veg05.txt ... syuyaku.py の結果
- codes.txt ... syuyaku_veg05.txt に出現する集約コードのリスト
- count.awk ... 集約コードの出現数をかぞえる Awk プログラム
- count.txt ... syuyaku_veg05.txt での各集約コードの出現数
- syuyaku_veg05_count.csv ... veg_c02/veg_syuyaku.csv に count.txt の情報をかきたしたもの (日本語文字コード Shift_JIS)
- syuyaku_veg05_count_utf8.csv ... 同上 (文字コード UTF-8)
- map_syuyaku1_kanto.py ... syuyaku_veg05.txt のうちの1種類の集約コードの出現位置を
「関東」の緯度経度範囲について地図上に表示してみたもの (matplotlib の plot で marker を打っている)
- map_syuyakum_kanto.py ... 同様、複数の集約コードをいっしょにあつかう
- 次回までに、集約コードによる選択で、その升目の暖かさの指数をひきだすプログラム、
それによって植生型ごとの暖かさの指数のヒストグラムをつくってみるプログラムを用意する予定。
- 【第14回】 2023年 7月 10日
- 文献追加: 津沢 (1990) ... 植生メッシュデータをつくった人による解説。(野上教授が編集を担当した「メッシュデータ」の特集号にのった。)
- 増田による整備
- 気候データの作業 /home/masuda/ex/jma_mesh_clim2000 の下
- csv_to_csv_temp.py ... 気温のもとのメッシュデータCSV を全国ぶん読み、CSVで書きだす。
- temp.csv ... その結果の CSV データ。40メガバイト。各行が地点に対応。
- 列0 (A): メッシュコード (8けたの整数)
- 1-2 (B-C): 経度、緯度 (度、小数8けたまで)
- 3-14 (D-O): 各月の気温 (℃、小数1けたまで)
- 15 (P): 各月の気温 (℃、小数1けたまで)
- wici.py ... temp.csv をもとに、暖かさの指数と寒さの指数を計算する。
- wici.csv ... その結果の CSVデータ。18メガバイト。
- 列0-2 (A-C): temp.csv と同様
- 3-4 (D-E): 暖かさの指数、寒さの指数 (℃・月、小数1けたまで)
- 植生データの作業 /home/masuda/ex/jp_veg の下
- syuyaku_tocsv.py ... メッシュデータ CSV を読み、経度・緯度と集約コードを追加して CSV で書きだす。
- veg05.csv ... その結果の CSV データ。17メガバイト。各行が地点に対応。
- 列0-2 (A-C): temp.csv と同様
- 3 (D): 集約コード (整数。もとの「A」をはずして5けた以下の整数にした)
- 4 (E): 群落コード (文字列。数字が主だがアルファベットもふくむ)
- map_syuyakum_kanto_from_csv.py ... veg05.csv から、指定された集約コードの地点を地図上に表示する。
図を png ファイルに出す。
- map_syuyaku70106_kanto.png ... その結果の例。(集約コード 70100 .. 70106。ファイル名には便宜上、最後に指定したものがはいっている。
- くみあわせ作業 /home/masuda/ex/jp_veg_clim の下
- (上記の map_syuyakum_kanto_from_csv.py をここにも置く)
- merge_hist.py ... wici.csv と veg05.csv をメッシュコードでつきあわせ、指定した集約コードを抽出し、
その地点群について、暖かさの指数のヒストグラムをつくってみる例。
wici.csv と veg05.csv は /home/masudako の下にあるまま読むのでコピーしておく必要はない。
ひとまず、ヒストグラムを図としてえがく機能 (pandas の hist) と、
数表とする機能 (numpy histogram) を、並列に入れておいた。両者は独立なので、一方だけを生かせばよい。
図は、いまのところ、複数のコード群のヒストグラムをかさねられるようにはなってない。
- wi_hist_konara.png ... その結果の画像ファイル (書きだされたときのファイル名は wi_hist.png)。
- wi_hist_konara.txt ... その結果のテキストファイル (標準出力の redirect による)
- やってみてほしいこと
- cp -r /home/masudako/ex/jp_veg_clim .
- cd jp_veg_clim
- map_syuyakum_kanto_from_csv.py の jcodesel で指定する集約コード群を修正して python3 で実行
- 関東以外の地方をみるには、lonmin, lonmax, latmin, latmax の値を変える。
- merge_hist.py の「dfsub =」で指定する集約コード群を修正して python3 で実行
- (グラフの形は仮のもの。同じ軸に複数の群のヒストグラムをかさねたいのだが、
いまのプログラムの修正ではできず、グラフ作成パッケージ matplotlib の機能をえらんでつかう必要がある。)
- [注] 暖かさの指数を地図に表示するプログラム (6月26日に紹介) は関東地方用。次回までに汎用に書きかえたい。
- [2023-07-12] 増田によるプログラムの改訂: 暖かさの指数そのほかの気候変数を地図に表示するプログラムをつくりなおしました。
- 6月26日に紹介したものは関東地方用でしたが、今度は、緯度経度範囲を自由にえらべるようにしました。
- hamana の /home/masudako/ex/jma_mesh_clim2000/ の下にある map_*_region.py です。
ただし * のところは、wi:暖かさの指数、ci:寒さの指数、tann:年平均気温、tmon:月平均気温 (12枚の図をつづけてつくる)、elev:標高です。
- hamana にログインし、作業用ディレクトリに cd してから「cp /home/masudako/ex/jma_mesh_clim2000/map_*_region.py .」
(空白のあとにピリオド) を実行したあと、「python3 map_wi_region.py」などを実行してみてください。
- 緯度経度範囲の変更は、プログラム内で (現状ではプログラムテキストの終わりに近いところにある)
lonmin, lonmax, latmin, latmax にあたえる数値 (東経・北緯、単位:度) を変えればできます。
なお (プログラムのはじめに近い draw_a_contour_map の はじめにある) dlontick, dlattick で
図の枠の外に経度・緯度の数値をかく間隔 (単位:度) を指定しており、それも変えたほうがよいこともあります。
- (なお、この一連のプログラムで読むデータは /home/shared/map_jma_mesh_clim2000/bindata/*_all.r4l です。
それを作成したプログラムは /home/masudako/ex/ にある merge_{elev,tann,tmon}_all.py と wici_all.py です。)
- のこりの回でやりたいこと
- 野上 (1994), 野上・大場 (1991) や 吉良「日本の植生帯」、津沢 (1990)、
あるいは 国立環境研「日本全国標準土地利用メッシュデータ」を参考に、
植生分類を集約し、暖かさの指数の軸に各類の頻度や相対頻度のヒストグラムをつくる。
- さらにできればやってみたいこと
- 気温から、ソーンスウェイトの可能蒸発散量、ホルドリッジの average biotemperature を
計算し、同様にやってみる。
- 降水量を併用し、吉良・川喜田の (あるいは他の人の) 乾湿度指数を計算して、その分布や頻度をみる。
- 【第15回】 2023年 7月 24日 いちおうのまとめ
- 増田より
- 自分で実際にデータをつかって植生と気候の関係を検討する時間をこれまでにとれなかったので、
実質的な議論ができなくて残念。今後、ほそぼそながら継続して考えたい。(ただしデータを変更するかもしれない。)
- 吉良さんの考えがよくまとまっている、福井 編 (1953) 『自然地理 II』の生物地理の章 (今西・吉良、実質吉良氏の著作) を読んだ。
暖かさの指数と乾湿指数の2次元の軸に格子状に線を引いた気候の「区分」をし (第84図 266-267ページ)、
同じ形にかいた「世界の生態系区分」の図 (第85図 28ページ) と対応させている。
吉良さんよりやや若い世代の地理の気候学者にいわせれば、これは「気候区分ではない」。
(降水の有無の線は区分になりうる。降水=蒸発もなりうるが、降水=2×蒸発は等値線にすぎず区分線ではない。)
また、1980年代以後に研究者になったわたしの感覚では、2次元空間に点をうてばよく、格子線をひく必要はない。
しかし、1970年代以前、方眼紙に点をうって解析し、さらに印刷原図になる鮮明な図をつくるてまは大きく、
ます目での集計で代用させたくなるのはもっともかもしれない。
- Holdridge は 角度60度でまじわる3つの直線群によるハチの巣型のダイアグラムをつくっている。
(たとえば Wikipedia 英語版 [[Holdridge life zones]] 参照)。
1辺は average biotemperature といい、0℃未満を0℃でおきかえた平均気温で、
積算温度とは量の次元がちがうが実質的に同じである。
もう1辺は降水量で、この2辺は原則として対数めもり (値はゼロになりうるので厳密でないところがあるが) なので、
第3辺が average biotemperature と降水量との比にあたり、吉良・川喜多の乾湿指数と対応する。
今西・吉良 (1953) は Holdridge を参考文献にあげておらず、実際に見ていないのだろうが、
同時期にほぼ同じ考えに達していたことになる。
- ただし、今西・吉良 (1953) は暖帯林と温帯林を区別し、東アジアでは前者は常緑、後者は落葉が主だが、
北アメリカでは前者も落葉が主で区別がわかりにくいことを指摘している。
この点ではアメリカにいたHoldridgeと感覚がちがっていると思うが、まだ確認していない。
- Holdridge (1967) の (であるにちがいない) PDF ファイルがみつかった。
https://reddcr.go.cr/sites/default/files/centro-de-documentacion/holdridge_1966_-_life_zone_ecology.pdf
(ただし、サイト https://reddcr.go.cr/
REDD+ (Reduction of emissions from deforestataion and forest degradation) Costa Rica
のトップからのリンクがわからず、どういう趣旨でおかれたのかわからない。)
なお、Holdridge (1947) Science は有料で、わたしは最初の1ページ以外読みかえすことができていない。
1967年に Holdridge は average biotemperature の定義を修正し、高温がわを 30℃でうちどめにしている。
植物の活性という意味ではもっともだが、
エネルギー収支・水収支の観点からは数量が大きくかわってしまい、定義をまぜてつかうと危険だ。
それならば降水量もうちどめにする必要があると思う。
実習第1案: 日本の植生と気候の関係
野上 (1994) が、ます目の大きさ 約 1 km (「国土数値情報 3次メッシュ」) の緯度経度格子データで、
植生の種類と「暖かさの指数」との対応を見た。
これを、ほぼ同じ (やや新しい) データで再現してみる。
(それから、そこからの発展を考える。)
- 【[考慮しておくべき問題] 日本の緯度経度の基準が、2002年に、旧「日本測地系」から
「世界測地系」に変更された。地上の位置にして数百メートルのずれがある。】
- 環境省「自然環境保全基礎調査」 (「緑の国勢調査」) による 植生図データ。
環境省 生物多様性センター https://www.biodic.go.jp/ のサイトにある。
基礎調査は第7回までおこなわれているが、
現在公開されているメッシュデータは [外]
https://www.biodic.go.jp/dload/mesh_vg.html
のページにある
第4回 (1988-1992) と 第5回 (1992-1996) のもの。
作成時期からみて、緯度経度は旧日本測地系によっているはず。
- [2023-06-26 追加] 国立環境研究所 「日本全国標準土地利用メッシュデータ」。
第4, 5回 環境省 自然環境保全基礎調査 の植生調査データから集約したもの。
https://www.nies.go.jp/biology/data/lu.html のページに説明があり、申請によって利用できる。
- 気象庁 メッシュ気候値。
- 国土数値情報 標高
文献
実習第2案: 世界の陸上の植生と気候の関係
全球の陸上の植生、地表面での放射、降水量の格子データにもとづいて、
Budyko の放射乾燥度のダイアグラム
(横軸: 放射乾燥度 = 正味放射/降水量。縦軸:正味放射。) をつくってみる。
いずれも緯度経度 1度格子のものをつかう予定。
ます目の値か 格子点の値か が一致しないばあいは、植生のほうにあわせ、気候変数を空間内挿する。
- 植生データ (主としてリモートセンシングによる)
- Ramankutty, N., Foley, J.A., Hall, F.G., Collatz, G.J., Meeson, B.W., Los, S.O., Brown De Colstoun, E. and Landis, D.R. 2010. ISLSCP II potential natural vegetation cover. ORNL DAAC, Oak Ridge: Tennessee, U.S.A.
doi: 10.3334/ORNLDAAC/961 .
- 緯度経度 0.5度格子 と 1度格子。
- [関連する論文] Ramankutty, N., and J.A. Foley, 1999: Estimating historical changes in global land cover: Croplands from 1700 to 1992.
Global Biogeochemical Cycles, 13, 997-1027. doi:10.1029/1999GB900046 .
- 放射データ (リモートセンシングと放射伝達計算による): NASA Langley Research Center による GEWEX SRB (Surface Radiation Budget)
- 降水量データ (主として雨量計観測値による): GPCC (Global Precipitation Data Centre、ドイツ気象庁の部門)
実習の計算機についての案
- Linux (Ubuntu) をOSとする計算機 "hamana" 上で Python 言語のプログラムを動かす。
(気圏環境学演習と共通、気象の3年生セミナーと計算機はちがうが同様。)
- パソコンを端末とする。
Windows ならば、ソフトウェア TeraTerm (端末)、Xming (グラフィックス)、WinSCP (転送) を利用する。
この目的に適したノートパソコンを持っていない人には貸し出すことができる。
- 時間の制約から、増田が用意したプログラムを少しだけ書きかえて実行する形になる。
Linux上のエディタ (emacs または ほかの何か) の操作が必要になる。
気象以外の人むけの端末操作・エディタ操作の指導の時間をとる。
- 各自のパソコン上で Excel で操作してもよい。
データをExcelで読める形にする技術指導はするが、Excelでの解析や作図の指導はしない。
増田担当分の参考書
- 松山 洋、増田 耕一 編, 2021: 『大気と水の循環』。朝倉書店, 136 pp. ISBN 978-4-254-16076-5.
[読書メモ]
... 第1～6章、8章を増田が書いた。
(更新) 2023-07-24
増田 耕一 (MASUDA Kooiti)