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海洋生態系モデリングの最前線：成果、連携、次世代への展開 2015年3月4-5日
地球温暖化に伴う水温上昇が日本沿岸生物の
分布に及ぼす影響評価
Projecting the impacts of rising water temperatures
on the distribution of coastal marine organisms
around Japan
髙尾 信太郎（北海道大学）
共同研究者
柴野良太、藤井賢彦、山中康裕（北海道大学）
熊谷直喜、山野博哉（国立環境研究所）
領域テーマD
課題対応型の精密な影響評価」
課題iii
生態系・生物多様性に関する気候変動リスク情報の創出
サブ課題d 沿岸海洋生態系に対する気候変動の複合影響評価研
究
本日の内容
• なぜ、沿岸生態系モデリングが重要？
• 利用できるモデルやデータ（現状と問題点）
• 研究例紹介
• 今後の展望
3
なぜ、沿岸生態系モデリングが重要？
サンゴや藻場：生物多様性の維持、沿岸生態系の基盤を担う
•
•
•
沿岸域の主要な生物生産の場
多様な海洋生物に生息場所・餌資源を提供
大型魚介類の産卵・幼稚仔期の保育場（海のゆりかご）
20年間で
30%減少
?
水産庁HPより
琵琶湖とほぼ同じ面積
(65,156 ha)が消失
自然環境保全基礎調査（環境省）より
減少要因 〜温暖化との関連性〜
• 埋め立て
• 水質変化
• 白化（サンゴ）や磯焼け（藻場）
 海水温上昇による枯死 (直接的な影響)
 魚類やヒトデによる食害 （間接的な影響)
従来、冬場の水温低下が摂食行動を抑制
→温暖化の影響で冬場も摂食行動が活発化
2010年1月11日
朝日新聞
→磯焼けが拡大？
温暖化による直接的な影響を評価するだけでなく、
生物間相互作用（捕食・被捕食関係など）を考慮する必要がある
藻類の分布北上
現在
フタエモク（亜熱帯種）
1970年代
アントクメ
桐山ほか (2004)
6
寺田 (2011)
利用できるモデルやデータ（現状と問題点）
良い点
生態系モデリング
NPZDなど
統計モデリング
GLM、Maxentなど
簡易生物指標
生息水温閾値など
悪い点
• メカニズムを理解しやすい
• 現存量ベースで評価できる
• パラメータが多い
• 検証が難しい
• 分布データと環境データが
あれば出来る
• 検証し易い
• 未知の環境データ
に弱い
• 取り組みやすい
• 検証し易い
• メカニズムは理解
しずらい
7
利用できるモデルやデータ（現状と問題点）
1930年台以降の分布記録のデータ
1980年代
造礁サンゴ図鑑
(西平・Veron, 1995)
1930年代
東北大博物館所蔵標本
1960-1970年代
海中公園調査報告
2000年代
自分たちで調査
モデル屋さんと現場屋さんで
そもそもの興味が違う？
ただし、在・不在データが多数、関連する環境パラメータ
や培養実験例は少ない
8
簡易生物指標とモデルシミュレーション結
果を組み合わせた研究例
9
対象生物と簡易生物指標
藻場種
•
•
•
•
多年生のコンブ類海藻で南日本の海藻藻場を形成する代表的な種
アワビ・トコブシ類、ウニ類などの水産有用生物の重要な餌資源
生息水温は約10℃以上 (分布の北限指標)
(須藤，1992)
培養実験から水温28℃以上で光合成速度減少 (分布の南限指標)
カジメ
(Serisawa et al., 2001)
• 磯焼けなどにより減少中（芹澤ら，2000）
食害魚種
アイゴ
• 藻場といった沿岸生態系に強く依存
• 近年大規模な食害被害が拡大し問題となっている
• 水温15 ℃以下で摂食行動が抑制 (通年摂食行動の北限指標)
潜在生息域推定
＋
将来予測データ
生物分布に関する評価指標
the possibility of isoyake for Kajime −1950s−
°
生息北限推定
(最寒月SST)
46 N
°
44 N
42° N
46° N
30
°
年代別の潜在生息域
（例：温帯性藻場カジメ）
°
46 N
46 N
40 N
°
25
42° N
42 N
44° N
°
38 N
°
°
40 N
20
40 N
°
38° N
°
36 N
38 N
34° N
36 N
°
42 N
15
36° N
10
34° N
40° N
34 N
°
32 N
5
°
30 N
°
30 N
0
°
°
°
32° N
32° N
28 N
the potential habitat of Ecklonia −2000s−
°
44° N
°
44 N
10年間の低水温発生頻度
(最寒月SST≦10℃の頻度)
°
130 E
°
135 E
°
140 E
°
145 E
好適
(発生なし)
°
150 E
°
46 N
28° N
°
38 N
°
30 N
°
28 N
0
°
130 °E
130
E
0.1
0.2
°
°
135° E
140 E
140° E
0.4
0.5
0.6
135 E
0.3
°
145 E
0.7
145° 150
E
°
E
0.8
0.9
°
46 N
不適
(毎年発生)
°
150° E
36 N
1
34 N
°
30
44° N
42 N
°
20
°
38 N
°
36 N
28° N
38 N
36 N
10
°
°
34 N
°
5
32 N
°
130° E
135° E
140° E
145° E
150° E
実際のカジメ分布*（●）
推定された潜在生息域（■）
°
34 N
°
32 N
°
30 N
0
°
°
40 N
°
15
2000年代
30° N
42 N
°
40 N
28 N
°
32 N
44° N
25
°
°
130 E
°
135 E
°
140 E
°
145 E
生息南限推定
(最暖月SST)
°
150 E
30 N
°
28 N
°
130 E
°
135 E
°
140 E
°
145 E
°
150 E
10年間の高水温発生頻度
(最暖月SST≧28℃の頻度)
*熊谷ら, 2014@生態学会
藻場分布の再現性確認
現場
簡易指標＋水温データ
°
°
46 N
°
44 N
46 N
2000s
44° N
42° N
42° N
40 N
°
40° N
38° N
38° N
36° N
36° N
34° N
34° N
32 N
°
32° N
30° N
30° N
°
28° N
28 N
カジメの生息場所
(熊谷ら, 2014@生態学会)
°
26 N
°
24 N
°
130 E
°
135 E
°
140 E
°
145 E
Presence
26° N
°
150 E
24° N
Absence
°
130 E
°
135 E
°
140 E
145° E
1．現場データから1°×1°のグリッド図を作
成
17の気候モデル
• 1960〜2009年までの月単位海面水温(SST)を使用
• 空間解像度は1°×1° (緯度×経度)
150° E
地球温暖化予測
21紀末の
最暖月
SST
2005年の
最暖月
SST
•
•
IPCC AR5（2013年）に
使用された温暖化シナリオ
RCP2.6
RCP4.5
RCP6.0
RCP8.5
2010〜2099年までの月単位SSTを使用
空間解像度は1°×1° (緯度×経度)
→ 温暖化シナリオの違いに伴う将来的な分布の変化を予
測
温暖化シナリオの違いに伴う将来的な藻場分布の変化
insitu habitat map − 2000s −
46° N
°
44° N
°
46° N
46 N
【2000年代】
°
44 N
【2090年代】
44° N
42° N
°
°
42 N
°
42 N
°
°
40 N
°
°
38 N
°
°
40 N
40 N
38° N
38 N
36° N
36° N
°
°
36 N
°
34 N
°
34 N
34 N
°
32° N
32 N
°
30 N
°
32° N
RCP2.6
(低炭素社会)
°
28 N
°
30° N
°
26 N
°
28 N
17モデルの平均
°
26 N
24°
24 N
°
24° N
N
46
°
130 E
135° E
140° E
145° E
150° E
カジメの潜在生息域内における安全域
潜在生息域内におけるアイゴの通年摂食域
°
130 E
°
135 E
°
140 E
°
145 E
水温上昇とアイゴの通年摂食
に起因する生息不適域
°
28 N
°
24
° °N
15046E N
44° N
42° N
42 N
°
°
135 E
°
140 E
°
145 E
°
150 E
°
40 N
38° N
38 N
36° N
36° N
°
°
34 N
34 N
32° N
32° N
30° N
30° N
RCP8.5
(高排出社会)
°
°
28 N
RCP6.0
°
26 N
24 N
°
130 E
°
40 N
°
RCP4.5
26° N
44° N
°
水温上昇に起因する生息不適域
30° N
°
130 E
°
135 E
°
140 E
°
145 E
28 N
26° N
°
24
° N
150 E
°
130 E
°
135 E
°
140 E
°
145 E
°
150 E
温帯性藻場種(カジメ)に対して、水温上昇に伴う直接的な影響（昇温ストレス）
に加え、食害生物による間接的な影響を考慮した初めての将来予測研究
(Takao et al., 2015, Ecology and Evolution)
RCP8.5シナリオにおいて、
50年後には日本周辺のカジメは全滅の可能性
（適応または北上できなかった場合）
°
46° N
N
46
°
44° N
N
44
2060-2069
°
42° N
N
42
40° N
N
40
°
°°
38 N
N
38
°°
36 N
N
36
°°
34 N
N
34
°°
32 N
N
32
°°
30 N
N
30
28°° N
N
28
生息可
130° E
°
●
26 N
24° N
135° E
130° E
135° E
°
140 E
生息不可
145° E
150° E
現在のカジメの分布
140° E
145° E
150° E
磯焼け対策ガイドライン（水産庁、2007）
低炭素社会＋食害対策などを施すことにより
現存する藻場の保全が可能！？
°
°
46° N
N
46
°°
44 N
N
44
46 N
【2000年代】
°
【2090年代】
44 N
°°
42 N
N
42
40° N
N
40
°
42° N
°
38° N
N
38
°
°°
40 N
36 N
N
36
°
34° N
N
34
38° N
°°
32 N
N
32
°°
36° N
30 N
N
30
28°° N
N
28
130° E
140° E
145° E
150° E
● 現在のカジメの分布
°
26 N
24° N
135° E
130° E
135° E
140° E
145° E
150° E
カジメの潜在生息域内における安全域
潜在生息域内におけるアイゴの通年摂食域
34° N
°
32 N
30° N
°
28 N
水温上昇に起因する生息不適域
現存するカジメ場が年間を通し
RCP2.6
てアイゴの食害に晒される
(低炭素社会)
°
26 N
水温上昇とアイゴの通年摂食
に起因する生息不適域
°
24 N
°
130 E
°
135 E
°
140 E
°
145 E
(Takao et al., 2015)
°
150 E
まとめ
• 地球温暖化の直接的・間接的影響によって、50年後には日本周
辺のカジメ場が消失する可能性
• 日本周辺のカジメ場を保全するためには、低炭素社会の構築と
食害対策の実施が不可欠
現在抱えている問題点
• 基礎的なパラメータの不足
• 現場データ間の空間解像度の不一致
今後の展望
18
領域海洋モデル(ROMS)を用いた忍路湾の結果
1° グリッド (WOA09)
1/3° グリッド, 32層(ROMS)
1/15° グリッド, 32層(ROMS)
1/45° グリッド, 32層
(約2.5 km)
● :忍路
Temp. (℃)
: One-way nesting
【大気の強制力】
熱フラックス、短波・長波放射、風、比湿、気温、etc.：COADS2005（月単位）
【海洋の境界条件】
水温、塩分、etc.：WOA09（月、季節、年単位）
19
領域海洋モデル(ROMS)を用いた忍路湾の結果
30’
1月
2月
4月
3月
o
44 N
30’
o
43 N
139oE
1ヶ月を30日として気候値データから計算
0
1
140oE
2
3
4
141oE
5
6
7
8
Temp. (℃)
忍路湾沿岸における1〜4月の塩分変動
忍路湾沿岸における1〜4月 の水温変動
12
ROMS (3日平均)
実測
34
8
6
4
2
0
塩分
水温（℃）
10
36
32
30
ROMS (3日平均)
実測
28
20
9
忍路湾における連続観測場所の特徴
手前がpH計、奥がCT計
10 km
1 km
60
50
日積算降水量（小樽）
日平均塩分
35
34
40
32
31
30
20
10
0
30
29
日平均塩分
日積算降水量 （㎜）
33
28
27
26
200 m
21