全球水循環モデル 技術紹介

全球水循環モデルは、統合型水循環シミュレーションシステム GETFLOWS を基盤とし、全球域の地表水・地下水流動を評価する広域水循環モデルです。全球で整備された地形・水系・地質・土壌・土地利用・植生・気象・観測データを格子単位で統合し、地表水・地下水の流動、涵養、湧出、蒸発散を同一の3次元モデル領域内で扱います。

本セクションでは、全球水循環モデルの代表仕様を示します。本モデルは、GETFLOWSによる地表水・地下水連成、水相・気相の二相流体系を基本とし、平均的な外力条件のもとで人為的水利用を考慮しない自然平衡状態を評価します。

本モデルでは、全球で整備されている外部データとモデル用に作成した推定値・派生データを、格子ごとの地形、水域、地質、土壌、土地利用、植生、気象、観測情報へ変換して組み込みます。ここではモデルに入力するデータとしての役割に絞って整理します。

使用した外部データソース一覧は別ページにまとめています。

このセクションでは、解析範囲、平面格子、地表面条件、深度方向の層構成を扱います。

地質図や土壌図に含まれる分類情報を、モデル計算で用いる水理物性へ変換します。ここでは、表土・水域底質、被覆層、風化・弛み区分、基盤岩類をどのように整理し、透水性、貯留性、不飽和帯の水分保持特性へ反映するかを示します。

水理物性として扱う項目

水理地質の組み立て

表土・水域底質、被覆層、風化・弛み区分、基盤岩類では、水理物性が異なります。ここでは、各データセットをどの地質・土壌要素として扱い、どの水理物性へ反映するかを整理します。

全球モデルの定常解析では、CHELSA V2.1の可能蒸発散量を通年一定の外力条件として与えます。一方、流量再現性の確認や季節変化の診断では、日別気象を用いた非定常解析を実施し、森林、農地、その他の土地利用区分ごとに蒸発散条件を設定します。降雪地域では積雪・融雪過程を別途扱い、水入力を降雨量と融雪量の合計として与えます。

全球モデルでは、GRDC-Caravanなどの観測流量データを利用できる地域について、日別の観測流量と計算流量を同一形式で比較しています。このセクションでは、地域が異なる流域に対する流量時系列の代表例を示し、広域モデルとしての流量再現性を確認します。

本図は、複数地域で同じ手順により観測流量と計算流量を比較した代表例です。地点ごとの再現性は、利用可能な観測流量データ、流域面積、河道表現、乾燥・間欠流の有無などにより異なります。

モデル解析結果は、地図表示および地域診断レポートとして整理できます。入力データと解析結果を重ねて確認することで、地形、地質、土地利用、気象条件が水循環量に与える影響を評価します。