Deforestation of tropical forests and intensive agriculture expansion are some of the major contribution factors driven by human activities to the changes in the global environment. The effect of human activities on Southeast Asia tropical rainforest has raised concerns as it is not well researched for its role in sustaining the global climatic system as compare to other rainforest biomes in Central America and Africa. Using measured micro-meteorological data and a complex process based model, the Biome-BGC model, we aim to combine both conventional method and modelling method to bring possible estimates of water budget and carbon budget especially for Asian tropical rainforests. The study site is located in a natural lowland evergreen broadleaf tropical rainforest in Sarawak, Malaysia Borneo. The Lambir Hills national park is designated and protected under the Sarawak Government as a totally protected area.

In chapter 1, we summarized the role of tropical rainforest in global water cycle and carbon cycle. The importance function of old growth forests in absorbing carbon dioxide and also acts as global carbon sink. We also look into the possible major land use changes taken placed in the study area in general especially in the Malaysia Borneo. The impact of major land use changes and the growing population in depleting the natural resources in the country especially through deforestation and monoculture agriculture plantation replacing old growth forests and secondary forests. In our research method, we are integrating using ecological models with observational data to provide another observation option as opposed to the normal long term field observation. Our focus is also to evaluate the potential use of Biome-BGC model to simulate long term carbon and water budget and compare the model outputs with simpler evaporatranspiration model like Penman-Monteith model or the Big-Leaf model.

In Chapter 2, review on land laws and forest classification in Malaysia shows how the laws started during the British colonial time had slowly eroded the native's rights over their land. By giving more control to the State government to classify and turning permanent tropical forest land for agricultural expansion.

In Chapter 3, the site location, characteristic of the undisturbed lowland evergreen forest, and the type of micro-meteorological measurements carried out at the study site were described. The climate with mean annual rainfall around 2700mm and mean air temperature remains around 27℃ throughout the years. It is shows small seasonal variation in temperature and rainfall except during extreme meteorological phenomena like El-Nino. A review of past water budget estimates were also presented. It is important as it acts as the 'check and balance' on determining the rationality of the model outputs. A brief description of the Biome-BGC model was also presented together with the model design on the mechanisms that control CO2 and HzO fluxes.

In Chapter 4, the Biome-BGC model was first tested using one year micro-meteorological data collected for the period from July 2001 to June 2002. In our study, LAI is used as the principal independent variable used to determine the model compatibility to fit the observation data of the study site. We tested the effect of each individual parameter separately by increasing and reducing a certain percentage of the default value. We focussed on the simulated results for LAI, ET and GPP. By changing the eco-physiological parameters for the original EBF to our modified parameterization of LHNP, our modelled LAI was estimated 5.29m2m(-2). By increasing twice the daily value of VPD and using the modified eco-physiological parameter, the Biome-BGC model estimated for interception evaporation, Ewet = 195.57mm, and the total of transpiration, Edry and soil evaporation, Esoil was estimated at 947.88mm. Our annual modelled ET shows a slightly low amount of 1145.47 mm compared to observational annual ET equalled to 1401.1mm. It also shows a consistent pattern of seasonality with observed ET. Modelled estimate GPP shows slightly lower at 24.5 tCha(-1)yr(-1) compare to observed GPP reported in Amazon and Lambir. Modelled NEP was estimated positive at 0.68 tCha(-1)year(-1) and concluded that the forests at the study site are CO2 sinks and have reached maturity point.

In Chapter 5, we continue to use our modified parameter in a five year observation micro-meteorological data. Our average mean Ewet values for five year was 235mm/year. It is slightly more than the observed Ewet reported in Manfroi (2006) and Kume (2008, in personal communication). Kumagai et al. (2005) computed using Priestly and Taylor (PT) equation that total transpiration and soil evaporation was 1193.1mm for the study site. The Biome-BGC model estimated Edry + Esoil for five years starting with year 2000 ranged from the lowest 802.32 in year 2003 and the highest in year 2004 with estimate of 1128.78. And the mean average for Edry + Esoil for total five years was estimated 1000mm/year. However, the seasonality of transpiration as shown in Fig. 5.3 can explained the relationship between vapour pressure deficit (VPD) and transpiration. After modifying the parameters that control the Biome-BGC model, it shows that the model does produce good estimate especially for the water fluxes elements.

Our average annual ET for five years totalled to 1234mm/year and it is in ranged with other evapotranspiration studies conducted in lowland tropical rainforest. It mentioned that ET ranged between 1124- 2138 mm with mean 1476 mm and median 1400 mm. Kume (2008) estimated the annual ET and Ewet over 5 years were estimated as 1064mm/year and 210mm/ year.

Continued rapid forest loss from the timber estate indicates that Southeast Asian government in general no longer consider production forestry in natural forests to be of major economic importance (Dennis, R.A. et al 2008) In the end, we hope our model could be used as an important management tool for policy makers, climatologists, forest scientists, social scientists, government officials, foreign and local investors in agriculture plantation and renewable energies in deepening their understanding on the importance of the Southeast Asia tropical biomes in tackling global climatic changes and also the importance of sustainable forest management.

本研究は、アジアの熱帯雨林の水循環、炭素循環の動態について、現地で計測された各種の観測結果を再現するプロセス・モデルを構築することを目的として行われた。

第1章では、熱帯雨林が地球全体と地域の水循環、炭素循環に果たす役割について既往研究をレビューし、アマゾン川流域の熱帯雨林を対象とした研究に比べて、アジアの熱帯雨林の水・炭素循環研究がわずかであること、特に水と炭素の循環を同時に評価する研究が少ないことを示すとともに、熱帯雨林が存在するボルネオ島(サラワク州)の気候がアマゾン川流域と異なり研究の必要性が高いことを述べている。

第2章では、マレーシアにおけるイギリス植民地時代からの土地制度の変化、国立公園の自然保護区形成過程の資料により、地元住民の活動と州政府の管理の狭間で、自然林の減少と農地の拡大が生じている現状について記載している。

第3章では、2000年以降継続して水循環と炭素循環にかかわる観測研究がなされている樹高が50mに達する低地フタバガキ林に覆われたマレーシア、サラワク州のランビル国立公園の気候、地形、土壌、植生の基礎情報とこれまでに得られている水収支と炭素収支の観測結果がまとめられている。また、気象記録を入力とし、水と炭素の循環を蒸発散と光合成のプロセスを反映した関係式組み合わせにより評価するモデルであるBiome-BGCモデルの成り立ちを説明している。このモデルは、温帯と寒帯域の森林や農地を中心に検討がなされているが、アジアの熱帯雨林については適用例がなく、新規性の高い解析と位置づけられる。

第4章では、1年間の気象記録を入力データとして、Biome-BGCモデルを適用し、降雨で濡れた樹冠からの蒸発、葉からの発散、土壌面からの蒸発を再現するパラメータの探索した結果がまとめられている。温帯の常緑林で報告されているパラメータは、葉面積をはじめとして妥当な推定値をもたらさなかった。そこで葉面積が4.5から5となる条件でパラメータが探索され、光合成産物が根、幹、葉に配分される係数を決定した。次に濡れた樹冠からの蒸発量(年樹冠遮断蒸発量)に関わる境界層コンダクタンス、葉からの発散に関わる気孔コンダクタンスを決定し、年総生産量、呼吸量が観測値と対比された。年総生産量を再現するためには、温帯林における光合成活性の係数を上限まで大きくする必要がある。

第5章では、5年間の気象記録を入力データとして、第4章で求められたパラメータを用いてBiome-BGCモデルを適用し、水収支、炭素収支の年々変動と季節変化が検討された。その結果、マレーシア、サラワク州のランビル国立公園の低地フタバガキ林は、入射する放射エネルギーに対して最大限に近い割合で蒸発散と光合成がなされていること、大気の湿度低下によって蒸発散量は多少季節変化するが土壌水分の減少による蒸発散低下と光合成の低下は生じていないと解釈できること、が示された。また、年間の生態系炭素交換量(NEE)は、観測による結果もモデルによる推定値もわずかに正の値であった。成熟したランビル国立公園の森林は、光合成による炭素吸収と樹木の呼吸と土壌有機物分解による炭素放出がほぼつりあうが、若干光合成による炭素吸収が勝るという結果である。ただし、検討した5年間に著しい少雨期間は存在しておらず、強いエルニーニョ現象の期間に対応して生ずる少雨による強い乾燥時の水循環、炭素循環については、別途の検討が必要であるとされた。

第6章では、以上の結果を総括している。また末尾において、得られたパラメータを用いたBiome-BGCモデルにより、今後の熱帯雨林減少による水循環、炭素循環変化を検討する可能性が述べられている。

以上のように、本研究は学術上のみならず応用上も価値が高い。よって審査委員一同は、本論文が博士(農学)の学位を授与するにふさわしいと判断した。