平成15年度に実施した所沢市立中学校での自然環境問題をテーマとした中学校-大学が連携した総合的な学習の時間の授業プログラムの実践結果を活動記録等を基に分析を行った。当初想定していた環境教育に関する調べ学習の支援という方針の改変と同時に、生徒が接する道具(Wiki (Webブラウザで簡単に情報の追加/編集が行えるシステムの総称、共同作業や情報共有に適している)による共有ノートや壁新聞)の改変や導入が、中学校側と大学側との授業デザインの統合過程と強く関係していることが明らかになった。各学校や学級で既に蓄積されてきた道具や媒体のあり方を含めて検討し、既存の道具等と組み合わせで利用することで、異なる組織間の協調的な授業デザインが促進される可能性が示唆されるとともに環境教育に関するモデル的なカリキュラムの開発につながった。上記分析結果および各種調査での知見を統合し、インターネットを活用した環境教育カリキュラムの開発を行った。また、当該カリキュラムを実施する上で必要となるWWWをベースとした環境教育システムの構築を行った。本システムの機能としてAjax (Asynchronous Java Script+XML : Java ScriptをつかってWebブラウザとサーバ間XMLをやり取りするパラダイム。サーバとブラウザのシームレスな連携が実現可能となる)を用い世界地図上に児童・生徒が撮影した画像とコメントを貼付けることができる「成長する図鑑」機能を実装した。成長する図鑑とは児童・生徒が自ら調査収集した情報を追加しながら内容を充実(成長)させることができる画像システムであることから命名したものである。そして評価のため本システムを所沢市の7校の小中学校の教員に試用していただき、良好との評価を受けた

本研究課題では，全球気候モデル（GCM）の出力値を，研究代表者らが開発した植物生産力モデルに入力値ために，適切な時空間スケールにダウンスケールする手法を開発した。ダウンスケールした気候データを植物生産力評価モデルに入力し生産力を推定し，それを観測された気候値を入力値とした場合に推定された生産力と比較した。ダウンスケールした気候データを入力値として推定された生産力は，観測された気候データを入力値とした場合に比べて大きい傾向がみられた。続いて，GCMと観測データとの平均バイアスを補正したところ，補正前と比べ観測値との誤差は小さくなったものの，依然として多くの観測サイトで生産力を過大に推定していた。

本研究課題では，研究代表者らが開発した植物生産力モデルのパフォーマンスを評価し，修正および改善すべき点を模索した。シミュレーションの結果をFLUXNETで公開されている観測データと比較した結果，このモデルは生産力の時間変動と葉の生長の季節変化をよく再現できていたものの，草原サイトでは森林サイトに比べ再現性は低かった。さらに，生産力と気候の年々変動との関係を観測データと比較したところ，生育時期ごとに気候に対する植物に応答を正しく表現できていた。シミュレーションでは生産力が土壌含水量に対してより強く応答する傾向があり，水環境が植物の生産力に及ぼす影響をモデルに正しく反映させる必要があることが示唆された。

本研究課題では，人間の生命維持に欠かせない潜在的な食料生産力を簡易的に評価するための植物生産力モデルを開発した。このモデルは，一般気象要素を主な入力値して，生物物理学的，生理生態学的なプロセスにもとづいて植物生産力を推定する。このモデルを検証した結果，温度・水などのストレスに応じて葉の生長を表現することで，気候資源にもとづいて生産力を評価できることを確認した。このモデルで推定された生産力や蒸発散量の季節変動は，さまざまな気候帯で観測された変動とよく一致していた。半乾燥域ではフェノロジーをうまく再現できず生産力の推定誤差が大きくなる場合があったことから，土壌水分が葉の生長に及ぼす影響の表現を中心にモデルの改良が求められる。

本研究課題では、自然植生の生産力にもとづく作物収量評価の基幹となる、植物生産力モデルの理論的基礎を構築した。本モデルでは、気象データを入力値として植物の生産量を推定し、それをもとに植物の生長をモデル内部で計算した。また、生物化学的なアプローチと群落の熱収支・水収支的なプロセスを組み合わせ、生産量と蒸発散量などの整合性がとれるまで計算を繰り返すことにより、光合成や蒸散に関係する経験式やパラメータが少なくて済むようにした。その結果、従来型の経験式に強く依存しなくても、植物の生産力をより理論的に推定できた。本モデルにより、植生タイプごとの現実的な生産量や蒸発散量の時間的挙動を再現できた。

本研究課題では、潜在生産力モデルの基幹となる植物生長モデルを開発した。本モデルは、生物化学的、生物物理学的なプロセスにもとづいて生産量と蒸発散量を推定することに特徴がある。両者の計算値と葉の気孔開度との整合性がとれるまで計算を繰り返すことで、光合成や蒸散に関係する経験式やパラメータを減らした。その結果、群落の熱収支とともに生産量や蒸発散量の日変化をよく推定できた。また、分配モデルと結合することで、植生の観測データを入力しなくても、植物の生長の季節変化を再現できた。

都市化の進行にともなって気温が上昇するヒートアイランド現象は、熱中症などの健康リスクを高めることが懸念されてきている。気温上昇を緩和するという手法として、近年頻繁に用いられているのがベランダや屋上の小規模緑化である。実際に数十平方メートル以上の比較的大規模な屋上緑化については、これまでも夏季に周辺の気温を緩和する効果が確認されているが、ベランダ緑化や小規模な屋上緑化を想定した場合の熱収支的な解析研究は非常に少ない。そこで本研究では、数平方メートルという比較的小規模な緑化が付近の温熱環境（温度や熱収支）に与える影響について観測を行った。上記の観測を行うため、春季から秋季にかけて、早稲田大学所沢キャンパス100号館5階のE552実験室北側のベランダに約1.5m四方のシバの緑化区を新たに設置し、緑化区と非緑化区のそれぞれの温湿度と蒸発散量、および日射量等の各気象要素について、各種気象観測機器を用いて継続的に観測した。また、規模の異なる緑化域との比較のため、同じ所沢キャンパス内の学生会館前にも同様の観測装置を設置した。春季から秋季を通じて、小規模な緑化区のシバは、従来の大規模な緑化区とほぼ変わらない生育をしていることが蒸発散量や各熱収支項目から確認された。しかしながら、小規模緑化区の高さ1.5mの距離では、付近の気温を低下させる効果がほぼ見られないことがわかった。これは同様の高さにおいて夏季日中に顕著な気温の低下がみられた従来の研究や学生会館前のより規模が大きい緑化区の結果とは異なるものであった。一方で、夏季の小規模緑化区の湿度は、比較的規模が大きい緑化区と同様に、付近よりも顕著な上昇をしていた。以上の結果より、夏季や秋季の小規模な緑化は従来の比較的大規模な緑化手法と比べて、付近の気温を低下させる効果が非常に小さく、気休め程度の緑化であると言える。さらに、観測した気温と湿度などから、熱中症リスクを推定する指標であるWBGT値（Wet Bulb Globe Temperature）を求めると、小規模緑化区は夏季において熱中症リスクを逆に高める場合があることも今回の研究から明らかとなった。

山口貯水池（通称狭山湖）に隣接する所沢キャンパスと所沢アメダスポイントでの気象観測を通じて、湖が気象現象に与える影響を調べた。本研究では、熱収支気候学的なモデル研究と現地での観測の二本立てである。本課題の助成によって、短波放射計を二対購入し、従来までの温度、湿度や長波放射のデータとあわせて熱収支的な解明の素地を作った。また、温度、湿度の観測に関しても安定的な測定のための測器台の自作を試みた。同時に、短波放射、長波放射を正確に観測するための設置場所や設置法を探るための基礎的なデータを収集した。温湿度は約一年分のデータが得られているが、放射項のデータは欠損値が多く、本年度に関しては不十分である。しかしながら、これら気象観測によって以下のことが明らかになった。（1）所沢キャンパス南門と北門（両者の距離は700m）はほぼ同じ土地被覆であるにも関わらず、夏季の昼間には南門が北門よりも1度低く、冬季には南門が北門よりも3度高かった。（2）夏季の昼間の南門の気温は所沢アメダスポイントと同調していた。（3）冬季の北門の気温は所沢アメダスポイントと同調していた。以上の三点から、山口貯水池に隣接する所沢キャンパスの気温は湖の影響ではなく、キャンパス内の局地的な熱収支条件によって季節的に変わっている可能性が高いと言える。短波放射などの熱収支項のデータはまだ数ヶ月分が収集されたところで、年間を通じた季節変化などは解析できていないため、局地的な気象条件の変化のメカニズムははっきりしていない。本課題終了後も引き続き観測を続け、原因を探っていきたいと考えている。さらに、貯水池の水がなかったときの気象データの解析から、湖の水が風速に大きな影響を与えている可能性が高いことを突き止め、現在論文としてまとめているところである。一方のモデル的な研究においては熱収支式をベースに主体である水温や地温を一般気象要素から推定する方法を確立した。これを応用して生物の成長を評価するモデルと結合した。その成果は、国内学会発表2件、国際学会発表2件、論文発表2件によって公開している。

筒型の放射よけを自作して自転車にとりつけ、移動とともに温度・湿度を連続的に観測する方法を確立した。この手法以外に、移動観測ルート内の代表的な三カ所に定点用の観測ポイントも設定した。これら二つの方法の組み合わせにより、所沢市郊外域（所沢キャンパス周辺、所沢市三ヶ島地区）の局地温度の特徴を定量化し、さらにそれがどのように成り立っているのかに迫った。そのうち、所沢キャンパス南門地点と北門地点は直線距離で600mほどしか離れておらず、いずれも駐車場脇の森林内という点で観測条件はほぼ同じであるにも関わらず、この二点の温度の変化は非常に特徴的であることがわかった。夏季においては、北門のほうが2度近く南門より温度が高く、反対に冬季においては南門のほうが北門よりも3度も温度が高かった。このように局地温度は年間を通じて一定ではなく、季節変化をすることがわかった。また、所沢キャンパスから直線距離で1.1km西南に位置する所沢AMeDASポイントの同時刻のデータと比較したところ、冬季においては北門の温度と完全に同調していたが、夏季においてはキャンパス内のデータ数が少ないため明確な特徴を見いだすことができなかった。本研究計画は単年度で終了するが、今回の助成によって得られた機材を用いて、現在春から夏に向けての温度・湿度観測を継続し、夏季の特徴を確実に得たいと考えている。今年度の予備的な結果のみであっても、局地温度が季節変化することはほぼ間違いないと言えるので、局地温度を形成する主要因は複数あるのか、季節変化をするものかのいずれであることが考えられる。生じている規模が極端に小さいことから、接地逆転層の形成だけでは十分に説明することはできない。また、観測点のすぐ横を流れる小川の流量などに季節的な変化はなく、また50m程度の標高差による冷気流の形成も理論的には考えにくいことから、別の仮説を立てることを急いでいる。

2007年度における、マラリアを媒介するハマダラカのアジア地域での生息域判定を行うための基礎をなす水温評価モデルのブラッシュアップに引き続き、熱収支研究の充実とあわせて、判定モデルの基盤を整えることを目的の中心に置いて一年間活動してきた。水温評価モデルに関しては Journal of Agricultural Meteorology誌に受理（1）された。植物体が水たまりの上に存在する場合であっても、非常に高い精度で熱収支を再現し、日平均水温を予測できる。まったく植被のない状態の水面から植被が徐々に発達した水面までを仮定してそのときどきの温度変化や熱収支を再現可能になった。これにより、ハマダラカの生息域を大きく左右する水温情報を広域にかつ高い精度で得ることが可能となり、ハマダラカが生育する多様な地域特性を明らかにしていく基盤が出来たと言える。また、都市部の温度環境としてヒートアイランド現象も重要な側面を持つことから、所沢キャンパス周辺でデータを収集し、将来的には熱収支の解析にも用いたいと考えている。なお、この成果は2008年夏の国際生気象学会で発表し（2）、現在国際誌に投稿中である（3）。一方で、ハマダラカの生息域を特定するための基本モデルとなる世代交代モデルの開発を試みた。昨年度の世代数の推定モデルを発展させ、ハマダラカの空間的な密度の高さを知るための個体群動態に主眼を置いた。この結果、たとえばある年の6月1日現在の分布世代数が何代いるかがわかり、より生物学的な議論が可能になる基本的な考え方を示すことが可能になった。ハマダラカの生育前期（ボーフラ）と生育後期（成虫）の生活史と気候の対応関係を含めた生理生態的なモデルとして発展しつつある。本年度の仮計算では先に説明した水温評価モデルによる水温情報やその他の気候値を入力値として活用可能であることまで確かめることが出来た。現在開発中のモデルは、一地点の計算をするために数分の時間を要するため、地理的分布を明らかにするためにはより高速な計算機が必要である。

本研究プロジェクトでは、マラリアを媒介するハマダラカのアジア地域での生息域判定を行うための基礎をなす水温評価モデルのブラッシュアップを目的の中心に置き、一年間活動してきた。モデルの精度向上はある程度達成し、農学系国際誌で高いインパクトファクターをもつAgricultural and Forest Meteorology誌に掲載（1）された。このモデルでは入力値として一般気候データと植生の繁茂のタイミングといったフェノロジーさえわかれば、0.5℃以内の精度で日平均水温を予測できる。これにより、ハマダラカの生息域を大きく左右する水温情報を広域にかつ高い精度で得ることが可能となった。また、ハマダラカは植被のない水たまりで生息するので、まったく植被のない状態の水面から植被が徐々に発達した水面までを仮定してそのときどきの温度変化や熱収支を明らかにした（2）。その結果、ハマダラカが生育する多様な地域特性を多面的に評価することが可能になった。一方で、ハマダラカの生息域を特定するための基本モデルとなるハマダラカの世代数の推定を試みた。熱帯性の生きものであるため単に年平均気温や年間降水量ではその分布域を十分に説明することはできないが、生息可能な温度域が連続3ヶ月続くかどうかといった単純な仮定をおいた世代数判定モデルだけでも現在のハマダラカの分布域に極めて近くなった。本年度の仮計算では気温を使っているが、これを先に説明した水温評価モデルによる水温情報を入力値として活用すれば、さらに分布判定の精度が高まることが期待される。具体的にはハマダラカの生育前期（ボーフラ）を水温、生育後期（成虫）を気温によってその活動を決定することで、生活史と気候の対応関係を含めた生理生態的なモデルとして発展していく予定である。なお、本研究においてはモンスーンアジア地域の気候データについて空間解像度を経度緯度15分格子、時間解像度を旬（10日）で整備しており、高速な計算機資源があれば来年度すぐにシミュレーションを開始できる準備が整ったと言える。

1. 緯度経度0.5度グリッド化された各種データベースの整備、純放射量の計算年間値および月間値の気候データベース、地理情報（標高、太陽光反射率、土地利用形態）データベースの収集、整備を進め、これらを使って地球規模の月別純放射量を計算した。純放射量は植物の生長にとって重要な温量資源であるにも関わらず、その計算方法の煩雑さから地理的な分布はあまりデータベース化されていない。同様に、水資源の指標でもある放射乾燥度も併せて計算して、2004年9月に開催される International Symposium on Food Production and Environmental Conservation in the Face of Global Environmental Deterioration において発表を行う予定である。高解像度の各種データを処理することが可能な大規模メモリを搭載したコンピュータの導入により、perlによる簡易的な処理が可能となった。このスクリプトも随時ウェブペイジで公開していく予定である。2. 人口密度分布と土地利用変化、純一次生産力の関係モデルの検証と修正過去の研究において、人口密度分布と森林面積、農耕地面積、都市面積などの土地利用変化の定量化と純一次生産力との関係をモデル化している。このモデル式の検証は行政単位で入手可能な社会統計値を利用してすでに行っているが、緯度経度0.5度グリッド単位のモデルに適応できるかどうかの検証は十分ではない。本研究では1. で整備した気候データや地理情報を利用して、グリッド単位で活用できるモデルに修正した。これらの結果の一部は国際会議で発表しているが、現在、アジア地域をモデルケースとした原著論文を執筆中である（Forest Ecology and Management誌を予定）。

モンスーンアジア地域にはゴビ・タクラマカン砂漠に代表される乾燥地帯やヒマラヤ山脈に代表される高山地帯のような特殊な地域が多いことから、一人あたりの人口扶養可能な生産力は地球平均に比べて極めて低くく、気候変化や人口圧力にたいしてとくに脆弱な地域であると予想される。本研究では、人口増加率の高いインド、中国、インドネシアを抱えたモンスーンアジア地域に焦点をあて、人口密度分布から森林減少の大きさと速度を定量化した。このモデルを応用により、森林面積などの土地利用を空間的に表現することが可能になり、同時に農耕地として活用可能な面積と場所も特定された。これに加えて、アジアの主要作物であるイネの収量変化をOhta et al. (1993) の水田水温モデルと結合させることにより予測可能になり、気候変化の影響と人口圧による食糧生産の変化量を同時に定量化できた。これらの成果から将来の気候変化影響の広域的な特定が可能になるため、生態系保全地域の設定および規模、主要生物種の保全対策などに資する。また、広域の土地利用政策や農業政策（とくに作付）を展開する際の科学的資料として活用されることが可能になる。

世界のなかでも人口が急増し、21世紀もその傾向が継続するモンスーン東アジア域に焦点をあてて、食料生産等の基盤となる植物生産力の潜在的な分布がどのようになっているのか、またその総量はいくらであるかを定量化した。その結果、人口密度の高まりによって森林面積が急激に減少すること、それにともなって潜在的な植物生産力が低下することがわかった。加えて、将来予測される気候変化により、さらに植物生産力は低下する。本研究の成果の一部（対象を全世界に広げたマクロ的な試算）は、Global Environmental Research 誌（Ohta and Uchijima, 2000）に掲載されている。

生態学的な関心として、近年人為的な気候変化による陸上生態系への影響評価に関する研究は増加してきているが、社会科学的な発想とのリンクされた研究は少ない。本研究では、人間活動を人口の関数として表現する手法をとり、人口が増加すればするほど森林面積は減少するという仮定をモデル化した。このモデルをモンスーン・東アジアを緯度経度1度に区切ったデータベースを使って応用したところ、インドネシアの森林面積の社会統計値と極めてよい一致を示した。　同様に、東経70度～150度、南緯10度～北緯50度(18.99×　106km2)までに対して適用したところ、人間の影響のない潜在森林面積(13.67×　106km2)に対して72%まで低下して、6.59×　106km2となり、気候変化を考慮しないで、人口という関数を考慮するだけで、約28%の森林が無くなっていることがわかった。また、全面積に対してこの地域の森林面積はおよそ35%程度に留まっている。　一方、気候変化を考慮して全面積の植物生産力を計算したところ、将来の気候変化時にはモデルにより15%～30%の地域で植生が大幅に混乱し、現存の植生が存在不可能な状態になることが予測できた。研究成果の発表1998年3月 Estimation of human impacts on the plant production in Monsoon East Asia. The Earth's Changing Land, GCTE-LUCC Open Science Conference