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Yamanaka Yasuhiro

Faculty of Environmental Earth Science Integrated Environmental Science Practical and Earth Sciences for EnvironmentProfessor

Researcher basic information

■ Degree
  • Doctor of Science, The University of Tokyo
  • Master of Science, The University of Tokyo
■ URL
researchmap URL■ Various IDs
ORCID IDJ-Global ID■ Research Keywords and Fields
Research Keyword
  • Social Transformation
  • argency
  • Backcasting
  • Education for climate change
  • Development Education
  • 総合的な探究の時間
  • Biogeochemical Cycles
  • Elderly welfare
  • Tourism
  • 生物多様性
  • 大気光学現象
  • 海洋生態系
  • 数値シミュレーション
  • CSR
  • ESD
  • 環境教育
  • 持続可能な開発
  • SDGs
  • IR
  • Atmospheric Science
  • Higher Education
  • Practical Science for the Environment
  • Ocean Science
  • climate change
Research Field
  • Environmental Science/Agriculture Science, Environmental dynamic analysis
  • Humanities & Social Sciences, Tertiary education
  • Natural Science, Atmospheric and hydrospheric sciences
  • Humanities & Social Sciences, Science education
  • Environmental Science/Agriculture Science, Environmental policy and social systems
  • Humanities & Social Sciences, Educational technology
  • Energy Engineering, Earth resource engineering, Energy sciences
  • Humanities & Social Sciences, Area studies
  • Life Science, Ecology and environment
  • Humanities & Social Sciences, Gender studies
  • Humanities & Social Sciences, Tourism studies
■ Educational Organization

Career

■ Career
Career
  • Oct. 2010 - Present
    Hokkaido University, Faculty of Environmental Earth Science, 教授
  • Mar. 2018 - Mar. 2019
    高等教育研究開発推進センター, 第7期MOSTフェロー
  • Apr. 2012 - Mar. 2015
    北海道大学サステナビリティ教育研究センター, センター長
  • Apr. 1998 - Sep. 2010
    北海道大学大学院地球環境科学研究科/研究院, 助教授/准教授
  • May 2009 - Mar. 2010
    北海道大学科学技術コミュニケーター養成ユニット(CoSTEP), 第5期本科生
  • Nov. 2007 - Feb. 2008
    英国イーストアングリア大学環境科学部 Visiting fellow
  • May 1998 - Mar. 2002
    地球フロンティアシステム, 地球温暖化領域, グループリーダー, 兼任
  • Apr. 1997 - Mar. 1998
    米国プリンストン大学大気海洋プログラム Visiting Researcher
  • Oct. 1991 - Mar. 1998
    The University of Tokyo, Center for Climate System Research, Assistant Professor
Educational Background
  • May 1995, The University of Tokyo, 理学系研究科, 地球物理学専攻 論文博士, Japan
  • Apr. 1989 - Mar. 1991, The University of Tokyo, Graduate School of Science, 地球物理学専攻修士課程, Japan
  • Apr. 1985 - Mar. 1989, The University of Tokyo, Faculty of Science, 地球物理学科, Japan
Committee Memberships
  • Dec. 2025 - Present
    第2次札幌市立高校教育改革方針策定に向けた検討会議, 委員長, Autonomy
  • Jan. 2025 - Present
    札幌市 環境審議会 気候変動対策行動計画検討部会, 部会長
  • Jun. 2024 - Present
    日本地域政策学会, 北海道支部長, Society
  • Feb. 2024 - Present
    安平町ゼロカーボンシティ推進協議会, アドバイザー, Autonomy
  • Jun. 2023 - Present
    北海道ゼロカーボン北海道推進協議会道民行動部会, 部会長
  • Nov. 2022 - Present
    平取町平取高校の魅力化を図り存続させる会, アドバイザー, Autonomy
  • Jun. 2022 - Present
    北海道教育委員会普通科改革支援事業運営指導委員会, 委員, Autonomy
  • 2021 - Present
    北海道ゼロカーボン北海道推進協議会, 座長, Autonomy
  • 2020 - Present
    北海道 2050年北海道温室効果ガス排出量実質ゼロに向けた懇話会, 座長, Autonomy
  • 2019 - Present
    札幌市環境審議会, 会長, Autonomy
  • 2010 - Present
    北海道 環境教育等推進行動協議会/談話会, 座長, Autonomy
  • May 2022 - Mar. 2024
    札幌市男女共同参画センター, 運営協議会委員, Autonomy
Position History
  • サステイナビリティ学教育研究センター長, 2013年4月1日 - 2016年3月31日
  • 研究戦略室室員, 2013年5月27日 - 2015年3月31日
  • 研究戦略室室員, 2015年4月1日 - 2017年3月31日

Research activity information

■ Papers
■ Other Activities and Achievements
■ Books and other publications
  • 北海道から見る地球温暖化
    岩波書店, 2008
■ Lectures, oral presentations, etc.
■ Syllabus
  • 環境起学基礎演習, 2024年, 修士課程, 環境科学院
  • 環境起学特別講義Ⅰ, 2024年, 修士課程, 環境科学院
  • 大学院共通授業科目(一般科目):自然科学・応用科学, 2024年, 修士課程, 大学院共通科目
  • 大学院共通授業科目(一般科目):複合領域, 2024年, 修士課程, 大学院共通科目
  • 大学院共通授業科目(一般科目):複合領域, 2024年, 修士課程, 大学院共通科目
  • 実践環境科学実習Ⅱ, 2024年, 修士課程, 環境科学院
  • 実践環境科学演習Ⅰ, 2024年, 修士課程, 環境科学院
  • 実践環境科学特論, 2024年, 修士課程, 環境科学院
  • 実践環境科学総論Ⅰ, 2024年, 修士課程, 環境科学院
  • 実践環境科学総論Ⅱ, 2024年, 修士課程, 環境科学院
  • 実践環境科学インターンシップⅠ, 2024年, 修士課程, 環境科学院
  • 実践環境科学インターンシップⅡ, 2024年, 修士課程, 環境科学院
  • 実践環境科学実習Ⅰ, 2024年, 修士課程, 環境科学院
  • 環境科学総論, 2024年, 修士課程, 環境科学院
  • 実践環境科学演習Ⅱ, 2024年, 修士課程, 環境科学院
  • 環境と人間, 2024年, 学士課程, 全学教育
■ Affiliated academic society
  • Aug. 2022 - Present
    移民政策学会
  • Sep. 2019 - Present
    日本地域政策学会
  • Aug. 2019 - Present
    日本地域福祉学会
  • Jan. 2018 - Present
    JAPAN CURRICULUM RESEARCH AND DEVELOPMENT ASSOCIATION
  • Jun. 2017 - Present
    Development Education Association and Resource Center
  • Nov. 2015 - Present
    環境科学会
  • Aug. 2012 - Present
    地球環境史学会
  • Jun. 2010 - Present
    THE JAPANESE SOCIETY FOR ENVIRONMENTAL EDUCATION
  • Apr. 1998 - Present
    JAPAN GEOSCIENCE UNION
  • Apr. 1989 - Present
    the Meteorological Society of Japan
  • Apr. 1989 - Present
    THE OCEANOGRAPHIC SOCIETY OF JAPAN
  • Jan. 1991 - Mar. 2018
    THE GEOCHEMICAL SOCIETY OF JAPAN
  • IDE大学協会
  • American Geophysical Union
  • European Geosciences Union
■ Research Themes
  • 豪雪地帯小樽市の小地域別の要援護者の買い物・通院の移動支援に関する研究
    科学研究費助成事業
    01 Apr. 2025 - 31 Mar. 2028
    岡田 直人; 山中 康裕; 中村 一樹; 吉村 暢彦
    日本学術振興会, 基盤研究(C), 北星学園大学, 25K05568
  • Research on the possibilities and challenges of climate democracy in Japan
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    01 Apr. 2023 - 31 Mar. 2027
    三上 直之; 江守 正多; 竹内 彩乃; 田村 哲樹; 茅野 恒秀; 八木 絵香; 松浦 正浩; 工藤 充; 山中 康裕; 松橋 啓介; 前田 洋枝; 吉田 徹; 尾内 隆之; 長野 基; 坂井 亮太; 西山 渓; 青木 聡子; 寺林 暁良
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (A), Hokkaido University, 23H00526
  • Development of teaching materials and educational programs for numerical simulations to understand climate change
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
    01 Apr. 2021 - 31 Mar. 2025
    福原 朗子; 山中 康裕
    本研究の目的は、高校で習う知識に基づいて、気候変動の将来予測等の数値シミュレーションの基礎を学ぶ教材および教育プログラムを開発することである。時間発展方程式を解く数値シミュレーションは、1960年代、1970年代の最先端の研究ツールだったが、今では高校生で扱える素材となりうる。本研究では、気候変動の本質を理解する、高校生自らが表計算ソフトを用いて時間発展方程式を解く、教材および教育プログラムを開発する。授業評価を通じて、高校生が「物理基礎」、「数学I」、「情報」等の科目で学ぶ知識に基づいて、どの程度の数値シミュレーションが行えるか?『世の中の様々な現象が、「数学II」で学ぶ初等関数や微分積分で説明できる』ことを、数値シミュレーションを用いてどの程度理解できるか?を明らかにする。
    2021年度の研究実績の概要は、時間発展方程式で用いるデータの収集、表計算ソフトを使用した試行、グラフによる視覚化をおこなった。特に物理基礎に関する題材の実験を行った。また、プログラム内で使用する光音響効果実験装置の取り扱いに関する動画撮影を行い、編集を行った。
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), Hokkaido University of Science, 21K02886
  • 社会の負託に対する研究者の認識と説明責任:地球科学における事例研究
    科学研究費助成事業 挑戦的研究(萌芽)
    09 Jul. 2021 - 31 Mar. 2024
    山中 康裕
    2021年12月に開催された米国地球物理学連合(AGU) Fall Meetingにおいて、研究協力者である島村と末廣、および、AGU副会長Hansonをコンビナーとしてユニオンセッション「知の創造の価値とは何か?研究評価の理想と現実」がオンライン実施され、研究代表者山中が日本地球惑星科学連合(JpGU)と米国地球物理学連合(AGU)に所属する研究者の研究に対する認識を比較した招待講演を行った。この点においては、おおむね順調に研究計画の進展があった。このことなどを通じて、資金配分機関等の研究者を取り巻く状況、例えば「研究者の研究費獲得」と「研究者の社会に対する説明責任」に関する理解が進んだ。
    しかし、本研究の中核となる、世界中の研究者から「研究者の社会に対する説明責任」について、AGU Fall Meetingがオンライン実施されたため、本来実施したかった対面による聞き取り調査が出来なかった。研究協力者のもとで、研究課題「地球科学における研究評価の国際チューニング:地の文化と指標の創造」と本課題をあわせると4回のユニオンセッションをJpGUかAGUで実施し、その機会にアンケートや聞き取り調査を行ってきたが、それらを実施することが難しくなった。また、2020年5月に行われた欧州地球科学連合(EGU)、AGU、JpGU等の共同宣言に対する認識を明らかにしたこれまでのアンケート分析にもとづいて、研究者の認識を問うことにしていたが、共同宣言やアンケートからの1年以上経ち、コロナ禍のもとで、その過程を踏まえた聞き取り調査の速やかな実施が難しくなった。
    日本学術振興会, 挑戦的研究(萌芽), 北海道大学, 21K18473
  • 海洋植物プランクトンに関する形質空間の概念確立と気候変動に伴う将来予測
    科学研究費助成事業 基盤研究(A)
    01 Apr. 2018 - 31 Mar. 2023
    山中 康裕; 平田 貴文
    植物プランクトンの共存についての成果を論文化し、Ocean Modelling誌に受理された。この論文ではハッチンソンパラドックスに対して、ニッチの殆ど重なった類似種をモデル内で競争させ、共存出来るケースがあることを明らかにした。従来の数理生態学によるアプローチでは海洋環境の多様性、海流による植物プランクトンの分散が殆ど考慮されていなかったが、これらが共存を可能にしていることが分かった。更に、最新の植物プランクトン生理理論をモデルに取り入れ、世界で初めて亜表層クロロフィル極大の全球分布パターンの再現に成功した。植物プランクトンは環境に馴化して細胞内クロロフィル含有量を10倍以上変化させており、この馴化によって亜表層クロロフィル極大深度の海域による違いを説明できることを国際学術誌に投稿し、現在査読コメントを受けて改稿したところである。
    モデル実験については、156種の植物プランクトンが競争する次世代多様性モデルを開発し、現在気候下での再現実験を行った。モデルで再現された分布を衛星で推定された植物プランクトン分類群(マイクロ、ナノ、ピコプランクトン)の分布を比較し、両者間で非負重回帰分析を行なった結果、マイクロプランクトンやピコプランクトンに比べ、ナノプランクトンは多様な生理パラメータを持つ特徴があることが示された。特に、中位の温度帯における多様性が高いことが示唆された。さらに、モデルと衛星の比較結果から各群集の形質のひとつである細胞サイズを全球規模で推定したところ、マイクロプランクトンは16.3、ナノプランクトンは7.3、ピコプランクトンは4.2μmと推定され、既存の知見をよく表現していることを確認した。特にマイクロプランクトンは、解析した1998年から2004年の期間に、細胞サイズが減少傾向にあることがわかった。
    日本学術振興会, 基盤研究(A), 北海道大学, 18H04130
  • International tuning of research assessment in Geosciences: Creating culture and indicators of scientific knowledge
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    28 Jun. 2019 - 31 Mar. 2022
    Yamanaka Yasuhiro
    In this study, we surveyed members of the Japan Geoscience Union (JpGU) and the American Geophysical Union (AGU) on "What is the value of knowledge creation?" to understand their research activities and to identify commonalities and differences in the perceptions of their respective research communities. Differences were found in that AGU members were more conscious of "giving back to society" than JpGU members (especially young researchers). A total of four union sessions were held at the JpGU and AGU annual meetings, asking the earth science community, "What is the value of knowledge creation? These results were published in the Newsletter of the Japan Geoscience Union (JGL) and at DSIR 2021, an international conference on institutional research.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory), Hokkaido University, 19K21735
  • 植物プランクトン群集の多様性に注目したナウキャスト技術開発
    2011 - 2016
    山中 康裕
    本研究は、西部北太平洋域における海洋生態系の根幹である植物プランクトン群集を研究対象として、その多様性の現況を把握するために(1)数値モデリング、(2)人工衛星を用いた地球観測、(3)海洋での現場観測を用いて、植物プランクトン群集の多様性の形成・維持・消滅機構を解明します。そして、人工衛星から得られる物理環境や植物プランクトン群集を海洋生態系モデルに同化させることでナウキャスト(現況予測)の基盤技術を開発し、生物多様性保全や水産資源変動予測等に貢献することを目指します。
    科学技術振興機構, 戦略的な研究開発の推進/戦略的創造研究推進事業/CREST, 11103777
  • Correlation analysis between phytoplankton functional types and the ocean partial pressure of carbon dioxide using the satellite ocean colour observation and marine ecosystem modelling.
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
    2010 - 2011
    HIRATA Takafumi; YAMANAKA Yasuhiro; FUJII Masahiko
    Time series of partial pressure of carbon dioxide and phytoplankton functional types(PFTs) were reconstructed from the existing ocean colour data. Temporal anomaly of pCO_2 and fractional Chlorophyll-a(Chla) of each PFT showed a significant negative correlation around the sub-arctic or sub-tropical frontal zones, which was also found from the hindcast simulations of a marine ecosystem model. On the other hand, correlation between pCO_2 and a relative contribution of each PFT to the total Chla showed a taxonomic dependence in the frontal zones : the large-and middle-sized algae such as diatoms and haptophytes showed a negative correlation with pCO_2 whereas the small-sized algae a positive correlation. These results imply that phytoplankton community structure, as well as their biomass, may play an important role on variation in pCO_2 for some oceanic regions.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Research Activity Start-up, Hokkaido University, 22810001
  • 海洋生態系将来予測のための海洋環境シミュレーション研究
    2006 - 2011
    山中 康裕
    地球温暖化や海洋酸性化による海洋生態系や水産資源への影響などの将来予測のために、海洋環境シミュレーション研究を行います。人間活動に伴い放出されたCO2は、大気中CO2濃度を上昇させ地球温暖化を引き起こすとともに、海洋によって吸収され海洋酸性化を引き起こし、海洋生態系などに影響を与えると予想されています。その基盤技術となる海洋科学の各分野でのモデルを統合した海洋環境シミュレーション技術を開発します。
    科学技術振興機構, 戦略的な研究開発の推進/戦略的創造研究推進事業/CREST, 07051022
  • Responses of marine ecosystem to weather disturbances of synoptic scale
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
    2006 - 2010
    YAMANAKA Yasuhiro; ONIZUKA Goh; AITA N.Maki
    In the western subtropical North Pacific, we investigated the response of phytoplankton to typhoon passage using a numerical model. We found the observed patch-like phytoplankton bloom was reproduced for slow-moving typhoons. The strong bloom is caused by the typhoon-centered upwelling of nutrient-rich water from below the euphotic layer, which supplies the nutrients required for phytoplankton growth, resulting in higher chl-a concentrations. Biogeochemical processes then play essential roles in determining the response after the passage of typhoons in subtropical regions, by comparing experiments with/without biogeochemical processes in the model.
    We also improvement a marine ecosystem model introducing iron cycle with iron supplies by the atmospheric dust transport and remineralization on the continental shelf etc. This improved surface distribution of nutrient and chlorophyll-a concentrations on the global scale, especially in the high nutrient and low chlorophyll-a regions such as the subarctic North Pacific due to biological production limited by iron concentration.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas, Hokkaido University, 18067004
  • Linkages in Biogeochemical Cycles Between Surface Ocean and Lower Atmosphere
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
    2006 - 2010
    UEMATSU Mitsuo; YOKOUCHI Yoko; WATANABE Yutaka; TAKEDA Shigenobu; YAMANAKA Yasuhiro; TSUDA Atsushi
    The general management group (X00) of the W-PASS project coordinated to clarify the scientific direction of the four research divisions. The X00 group planned and proposed the intensive island observation campaigns and research cruises. Annual plenary meeting for all project members, meetings for principle investigators and advisory committee members were periodically held and discussed how to manage the project activities. The four working groups (WGs) were established to collaborate among the activities of four divisions (i.e., WG for intensive atmospheric observation campaign at Hedo Cape, WG for evaluation of typhoon impacts, WG for long term variability of marine ecosystems, and WG for eddy covariance technique). It functioned quite well to make vivid discussions and to find new approaches for our goals. Over 20 sessions and workshops were organized for presenting our scientific accomplishments during the national and international symposium and society meetings. Young scientists and students to present their study in abroad were encouraged and supported to cover their travel expenses. To this end, 12 grad students earned their PhD degrees under this project. Newsletters were annually published and the W-PASS webpage was popular to the community.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas, The University of Tokyo, 18067009
  • Investigating the Mechanism of Glacial Interglacial cycle using a series of model in hierarchy
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
    2004 - 2006
    ABE Ayako; HASUMI Hiroyasu; SAITO Fuyuki; YOKOYAMA Yusuke; YAMANAKA Yasuhiro; TANIMOTO Youichi
    One of the challenges of earth system modeling is to explain the mechanism of ice age cycle by simulating it and to understand the uniqueness or necessity of the present state of climate and cryosphere. Whether Milankovitch cycle or CO2 is the driver and why the dominant periodicity of ice age cycle switched from 40 ka cycle to 100ka cycle have been remained unsolved. Many conceptual models as well as EMICs have been used to study the transient behaviors, while the GCM was used to study the balance of “snapshot" climate such as LGM, mid-Holocene and last interglacial. Here we simulate the glacial cycles and investigate the origin of saw-tooth shape 100ka cycle using a three dimensional ice sheet model with the input examined by GCM. The model is forced by the orbital parameters (Berger, 1978) and atmospheric CO2 content obtained by ice cores (Vostok, EPICA and DomeF), whose dating is partly given by a new method using the N2/ao2 ratio. The ice sheet model includes the thermo-mechanical coupling process of ice sheet with the process of delayed isostatic rebound with a typical time constant. In order to estimate the climate sensitivity to Milankovitch forcing and atmospheric CO2 indicated by ice core data we used an atmospheric GCM (part of MIROC GCM) coupled to a slab ocean. Within the range of possibilities of the model, ice age cycles with a saw-tooth shape 100ka cycle, the major NH ice sheets' volume and the geographical distribution at the glacial maximum are successfully simulated. The role of the delayed response of Viscoelastic earth mantle-crust system is examined to confirm the work of Crufix et al, 2001. Moreover the role of Atmospheric stationary wave feedback are found to be important to sharpen the termination. It is shown by sensitivity studies that this 100ka cycle is mainly obtained by the slowly acting ice sheet response to Milankovitch forcing even without the CO2 cycle. The CO2 change amplifies the cycle and affects the global climate change, while the delay of crustal rebound sharpens the termination of every ice age cycle. Concerning the switch from 40ka cycle to 100 ka cycle, mean CO2 decrease is shown to be important for the response of the system to the Milankovtich cycle in this model.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), The University of Tokyo, 16340136
  • Modeling of global biogeochemical cycles explicitly representing marine ecosystem
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
    2003 - 2005
    YAMANAKA Yasuhiro; KISHI Michio
    We developed a marine ecosystem model including nine groups of plankton explicitly representing subarctic and subtropical species, and simulated the observed seasonal changes. We found that the seasonal change in sea surface temperature brings about symbiosis of both subarctic and subtropical species at a specific site. In other words, the seasonal change adapts a specific species to environments from subarctic to subtropical regions. At typical two sites, A7 in the subarctic and B1 in the subtropical regions, our model well simulated the observed seasonal changes of group biomasses for phytoplankton and zooplankton.
    Hindcast experiment from 1948 to 2002 simulated by our 3-D global ecosystem model, including five groups, successfully reproduced the regime shift of primary production and zooplankton biomass in 1970s, and also simulated group shifts between large and small zooplankton and partial pressure of carbon dioxide associated with interannual variations.
    Simulation by a 3-D regional ecosystem model showed that major phytoplankton is determined by nutrient dependency of photosynthesis in the subtropical region and by grazing preference of copepods in the subarctic regions. Based on the global warming simulation conducted by Center for Climate System Research in Tokyo University and National Institute for Environmental Studies, we studied an impact of global warming on marine ecosystem at the end of this century. We found an impact of global warming does not uniformly occur but occurs in the specific region, the mixed water region, between the subarctic and subtropical regions. Especially, large reduction of primary production and major group at the second half of the spring bloom, growth season of small pelagic fish, are caused by global warming. This study tells us that global warming will bring about large reduction of fish resource.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), Hokkaido University, 15510001
  • 海洋・大気間の物質相互作用研究計画(IGBP/SOLAS)の準備調査
    科学研究費助成事業 基盤研究(C)
    2004 - 2004
    植松 光夫; 梶井 克純; 津田 敦; 渡辺 豊; 武田 重信; 山中 康裕
    本研究では、海洋・大気間の物質相互作用研究計画(IGBP/SOLAS)の特定領域研究申請に向けて、各プロジェクトの具体的な共同研究体制や戦略、国際的な協力体制を確立するため、国内研究立案集会を2004年7月1-2日に東大海洋研にて開催した。
    その後、10月6日にDMS関係のデータ、情報交換を含めたSOLAS-Japan DMSワークショップを開催した。ワークショップ終了後、"Dr.Sauveur BELVISO(CEN de Saclay, France)とDr.Dileep KUMAR(National Institute of Oceanography, India)を招待して、それぞれ"Recent progresses of DMS biogeochemistry in the Southern Ocean"と"Dimethylsulphide in the monsoon driven Indian Ocean"というタイトルでセミナーを開催した。
    11月15-16日には東大海洋研において「大気・海洋間の生物地球化学的循環過程」について国内SOLASシンポジウムを開催し、30件を越える成果と研究提案の発表があった。
    2005年1月20-21日に名古屋大においてSOLAS-Japanワークショップを開催し、来年度の研究計画や長期の航海計画申請について意見を集約した。
    国際的な活動として、ノルウェーのベルゲンで開催された国際SOLAS SSC meetingに植松(SSC委員)と武田(SSC委員)が出席し、日本を中心としたアジア域での取り組みについて取りまとめた。2005年には東京で国際SOLAS SSC meetingを開催することに決まった。また、この東京会議に引き続いてAsia SOLAS Workshopの開催を計画した。
    2004年10月にカナダ、ハリファックスで開催される国際SOLASシンポジウムに我が国から15名の研究者が発表した。津田がキーノートスピーカーとして招待された。本研究費から4名の発表者に旅費の援助を行った。
    この間、特定領域研究申請に向けて作業を行い、2004年11月に「海洋表層・大気下層間の物質循環リンケージ」(大気海洋物質循環)を申請した。
    日本学術振興会, 基盤研究(C), 東京大学, 16631003
  • 海洋による二酸化炭素吸収について地域分布および季節変化の再現と解明
    科学研究費助成事業
    2000 - 2000
    山中 康裕
    現在の3次元の海洋物質循環モデルは、海洋による人為起源二酸化炭素の吸収の見積もりをIPCCレポートに提供しているように、広く用いられている。しかし、このモデルで季節変動を再現を試みようとすると、春季ブルームなどが再現できないといった亜寒帯域において問題を生じる。従って、海洋生態系を陽に表現したモデルの開発が不可欠であり、本研究では3次元の海洋物質循環モデルに組み込むための生態系モデルを開発した。本研究以前の生態系モデルは、海洋有光層中の硝酸塩やアンモニア濃度が生物生産を決めているため窒素循環のみを扱ってきたが、本研究では、炭素循環を表現するために、炭素循環とともに炭酸カルシウムの殻なども扱うようにした。すなわち、15コンパートメント、栄養塩として、アンモニアや硝酸塩、珪酸塩、プランクトンとして、大型や小型植物プランクトン、大型や小型、高次補食動物プランクトン、溶存有機物、沈降粒子として、粒子状有機物や炭酸カルシウム、オパール、さらに全炭酸や全アルカリを表現し二酸化炭素分圧を計算できるようにした。
    このモデルを1987年から現在まで北海道地区水産研究所が年5,6回航海を行っているA-Line上のA-7(41.5N,45.5E)に適用した。二酸化炭素分圧は、冬季混合に伴って最高となり、春季ブルームの期間急速に減少し、夏から秋にかけて、水温上昇による分圧上昇と生物生産による分圧減少が相殺して、ほぼ一定となる。このように、ほぼ現実的な二酸化炭素分圧の季節変動を再現することができた。これらの結果を3編の論文として現在投稿中である。
    日本学術振興会, 特定領域研究(A), 北海道大学, 12018201
  • Studies on Continental Hydrological Cycle Using Water Isotope Global Circulation Model
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
    1999 - 2000
    NUMAGUTI Atusi; ABE Ayako; TSUJIMURA Maki; SUGIMOTO Atsuko; YAMANAKA Yasuhiro; YAMAZAKI Koji
    A Water Isotope Global Circulation Model (WI-GCM) is developed based on CCSR/NIES Atmospheric General Circulation Model (AGCM) including global circulation of oxygen and hydrogen isotope with revised treatment of mixed-phase cloud, evaporation of precipitating drop, and evaporation from ocean. The simulated isotope ratio is found to be consistent with the results of GNIP observations. Further, thenumerical scheme of transport of water in the atmosphere is replaced by newly developed grid-base advection scheme with flux-form semi-Lagrangean treatment. It is found that this replacement of transport scheme improves not only the hydrological cycle of polar region but also the simulation of isotope ratio.
    Comparing the model results with observed isotope ratio in precipitation in Tibet, Siberia, and other regions, some utility of isotope for the study of mechanisms and variability of the hydrological cycle. In Tibet, an importance of water vapor which is originated from evaporation of precipitating drop from convective cloud is suggested. In Siberia, interannual variation of recycling process between land and atmosphere is suggested by observed interannual variation of isotope. In Antarctica, an interannualvariation of isotope ratio related with the interannual change of transport route connected with ENSO variation is identified.
    Comparing the observed water isotope ratio in the soil and plant with model results it is suggested that the improved treatment of soil water and fractionation by evaporation from land surface is important future study.
    It is concluded that we have succeeded in building a useful tool for the quantitative studies on hydrological cycle by using water isotope.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), HOKKAIDO UNIVERSITY, 11640426
  • 海洋による二酸化炭素の全球規模の吸収および放出の地域分布の再現と解明
    科学研究費助成事業 特定領域研究(A)
    1999 - 1999
    山中 康裕
    東大気候システム研究センターで開発された海洋生物化学大循環モデルを国際炭素循環モデル相互比較プロジェクト用に変更したものを用いて研究を行った。現在、そのプロトコルに従って、生物過程(生物ポンプ)が入っていないモデルの計算は終了し、生物過程も含むモデルで計算中である。今のところ、季節変化を含む深層まで平衡状態になった物理場(温度・塩分分布および流速場)を求めることは、非常に計算資源を必要とするため、本年度は季節変化が入っていない年平均状態を計算しているが、現在、季節変化が入った平衡状態も、同時変更して計算を行っているため、次年度以降利用可能となる予定である。
    具体的には、まず、平衡状態を求めるため、大気中二酸化炭素濃度を278ppmに固定して、海洋物質循環モデルを約12,000年計算を行い深層を含めて、平衡状態を得る。この次に、西暦1760年から1990年まで観測された大気中二酸化炭素濃度を与えることで、人為起源二酸化炭素がどのように分布するかを計算する(Historical実験)。その後IPCCレポートの2つのシナリオIS92aおよびS550に基づいて計算する(IS92a実験およびS550実験)。これらの結果は、OCMIPとして次のIPCCレポートに取り入れられる予定である。また、ベルン大学のF.Joosの提案で、瞬間的に大気中二酸化炭素濃度を2倍にして、大気海洋間の二酸化炭素の全量を保存するよう計算する実験(pulse実験)も行った。
    なお、一連の実験結果は、ホームページ上に公開することを目指しているが、どのように公開するかは、ただいま試行中である。
    日本学術振興会, 特定領域研究(A), 北海道大学, 11131201
  • Understanding of the Earth's system by modeling
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
    1995 - 1997
    SENO Tetsuzo; YAMANAKA Yasuhiro; HONDA Satoru; OGAWA Masaki; ITO Keisuke; ABE Ayako
    Earth is a complex system where surface and interior layers interact. We investigate this interaction from the viewpoint of outputs from forcing such as internal and external forcing. The internal forcing is the mantle and core activities, and the external forcing is the temporal variation of the solar radiation. In the Earth's history mantle activities cause crustal evolution, global sea level change, Wilson cycles, flushing events, and plumes with time scales of 1-0.1 Gy. This causes environmental changes such as changes of the continent distribution and continent area above sea level. Climate change is then studied as a response of environments different from the present one to the solar radiation and Milankovitch cycles.
    We elucidated the temporal change of the mantle convection. During 4-2 Ga, thick residual material from extensive melting covered the Earth's surface and episodic avalanche occurred due to boundary layer instabilities. During 2-0 Ga, a thermal convection similar to the present plate tectonics occured. Thus the A/P event around 2.0 Ga should be the transition between the two convection modes.
    We studied the global sea level change which is expected to have occurred when the above tempral change of mantle convection occurred. The sea level fell gradually since 4.0 Ga until 2 Ga. Around 2 Ga, when plate tectonics began, it rose suddenly by 800 m, and since 1.3 Ga when it reached the peak, it fell gradually until present. The continent area above sea level exceeded more than 40 % of the present area during 2.8-1.9 Ga and 1.0-0 Ga. The second order sea level change was calculated by reconstructing Wilson cycles since 1.9 Ga. CO2 content in the atmosphere and surface temperature were recovered using GEOCARB model. To combine this with the climate or ocean general circulation models, we studied the response of a climate system under continent and ocean distributions different from the present ones.
    We studied the evolution of the Earth system as a complex system, and found that it self-organizes into a critical state, i.e., an edge of chaos. This happens because each element of the system decides its behavior by observing himself through other elements.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas, Earthquake Research Institute, University of Tokyo, 07238101
  • 海洋生物化学大循環モデルによる人為起源物質の海洋による吸収機構の解明
    科学研究費助成事業 奨励研究(A)
    1996 - 1996
    山中 康裕
    GAIM/IGBPのもとで行なわれているOCMIP(Ocean Carbon-Cycle Model Intercomparison Project)で定めた実験を行なう準備として本年度は、観測された二酸化炭素・フロン・放射性炭素の大気中濃度の時系列データを境界条件として与え、海洋生物化学大循環モデルを走らせ、人為起源物質の海洋による吸収を評価を行なった。
    行なった研究の成果は、以下の通りである。
    ・1980年代の人為起源二酸化炭素の海洋による吸収量は、2.0Gt/yrで、IPCCレポートで報告されたものと同じになった。しかしながら、本研究では、IPCCレポートで南半球海洋の過大評価とされていた領域では吸収量が減少し、北半球海洋の過小評価されていた領域では、IPCCレポートのものに比べると増加し、全体として、北半球の海洋の役割の重要性を示唆した。
    ・フロンの濃度分布は、溶解の温度依存性によって大まかに決まり、人為起源のΔ^<14>Cと人為起源の二酸化炭素濃度とは、かなり似た分布をとる。但し、比較的似ている人為起源のΔ^<14>Cからさえも、観測で直接求まらない人為起源の二酸化炭素濃度の分布を推定することは、過去の大気中濃度の履歴の相違より、難しいことが分かった。
    ・北太平洋では、人為起源の二酸化炭素はおおよそ1000m以浅にのみ貯蓄されるが、北太平洋の面積が広いために、北太平洋の吸収量は、北大西洋のものと同程度となる。
    日本学術振興会, 奨励研究(A), 東京大学, 08780499
  • 海洋生物化学大循環モデルによる海洋炭素循環の解明
    科学研究費助成事業 奨励研究(A)
    1995 - 1995
    山中 康裕
    海洋大循環モデルに簡単な生物化学過程を組み込んだ海洋生物化学大循環モデルを用いて、主要なパラメタに関する依存生を明らかにした。おもな成果は以下の通りである。
    1.モデルの結果より方解石の飽和度を計算し、そこから見積もられるlysoclineは観測から得られる分布を良く再現する。ケイ酸塩循環を新たに計算し、それより得られる珪藻の生産分布は、観測から得られる分布を再現する。従って、遠洋深海底における大まかな堆積環境の再現が出来る可能性を示した。
    2.氷期における理想化された海洋循環の例として、北大西洋の海面塩分を現在のものより低下させた実験においては、北大西洋深層水が形成されないことが分かった。
    このとき、塩分や方解石の飽和度分布は、観測事実を調和的であるが、炭素同位体分布は、観測事実と異なる結果となった。これは、北大西洋深層水が現在より弱いながらも形成されていたことの傍証となる。
    3.現在の海洋循環から2.で示した海洋循環に仮想的に突然切替えた場合(またはその逆の場合)、大西洋は数百年の時間スケールで応答するが、太平洋は、数千年の時間スケールで応答することが分かった。これは、海底コアなどで気候変動がどのように記録されるかという点を考察する場合に有益な情報を提供するものと考えられる。
    日本学術振興会, 奨励研究(A), 東京大学, 07740385
  • 海洋生物化学大循環モデルによる海洋炭素循環の解明
    科学研究費助成事業 奨励研究(A)
    1994 - 1994
    山中 康裕
    海洋大循環モデルに簡単な生物化学過程を組み込んだ海洋生物化学大循環モデルを用いて、主要なパラメタに関する依存性を明らかにした。おもな成果は以下の通りである。
    1.沈降粒子フラックスの鉛直分布は、溶存酸素・リン酸などのトレーサー分布に影響し、溶ける深度が深いほど、水平濃度勾配が強くなることが分かった。特に、セジメントトラップによる観測分布を用いた時のみ、観測されたトレーサー分布を再現することが示された。
    2.溶存酸素などにトレーサ分布は、鉛直拡散係数に強く依存することが分かった。すなわち、沈降粒子フラックスから決まる鉛直スケールと鉛直拡散・移流から決まる鉛直スケールがほぼ同じ程度であるため、鉛直拡散係数が大きい場合には、栄養塩トラップメカニズムによって、生物生産が高い赤道表層直下に酸素極小値が存在し、観測された分布と大きく異なる。それに対して、鉛直拡散係数が小さい場合には、北太平洋北部に酸素極小値が存在し、観測分布を再現する。これと、従来のモデルを用いた研究において、観測分布をうまく再現できなかった理由と考えられる。
    モデルの結果の解析より、赤道太平洋・北太平洋でほぼ閉じたリン酸塩循環をしていることが分かった。これは、水塊で考えられている大西洋から太平洋へつながるコンベア・ベルトの概念とは異なり、現実の海洋でも閉じた栄養塩循環をしていることが示唆される。
    日本学術振興会, 奨励研究(A), 東京大学, 06740368
  • 地球温暖化における海洋による人為起源二酸化炭素吸収と海洋生態系変動の解明と予測
    Competitive research funding