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様式2(①~③)
Ⅰ .研 究目 的等
本 欄 に は 、 研 究 の 全 体 構 想 及 び そ の 中 で の 本 研 究 の 具 体 的 な 目 的 ( 目 指
す 競 争 的 資 金 制 度 等 を 含 む ) に つ い て 記 入 し た 上 で 、 以 下 の 諸 点 に つ い て
も 適 宜 、 項 立 て を し て 該 当 事 項 を 記 述 し て く だ さ い 。
① 本 プ ロ グ ラ ム が カ バ ー す る 学 問 分 野 を 具 体 的 か つ 明 確 ・ 簡 潔 に 記 入 し
て く だ さ い 。 ま た 、 本 申 請 の ど う い っ た
点 が 「 テ ー マ 例 等 」 に 該 当 す る と 判 断 し た の か に つ い て 明 記 し て く だ さ
い 。
② 本 プ ロ グ ラ ム が ど の よ う な 重 要 性 ・ 発 展 性 が あ る の か 、 い か に 優 れ た
も の 、 ま た は 、 特 色 ・ 独 創 的 で あ る か に
つ い て 、 国 際 的 な 水 準 か ら 見 た 現 状 等 ( 国 内 外 と の 比 較 等 ) を 具 体 的 か
つ 明 確 に 記 入 し て く だ さ い 。 国 際 的 な 水
準 か ら 見 た 現 状 等 に つ い て は 、 分 野 の 特 性 な ど に 応 じ 、 可 能 な 限 り 国 内
外 の 国 際 的 な 動 向 ・ 位 置 付 け の 例 も 挙 げ
、 比 較 し つ つ 記 入 し て く だ さ い 。 ま た 、 こ れ ま で の 成 果 等 と そ れ ら を ど
の よ う に 発 展 さ せ る プ ロ グ ラ ム で あ る の
か に つ い て も 記 入 し て く だ さ い 。
③ 本 プ ロ グ ラ ム の 期 待 さ れ る 成 果 及 び 見 込 ま れ る 学 術 的 ま た は 社 会 的 な
意 義 ・ 波 及 効 果 等 に つ い て 記 入 し て く だ
さ い 。
④ 国 内 外 の 大 学 、 研 究 機 関 等 と 連 携 し た 取 組 に つ い て は 、 そ の 必 要 性 を
記 入 し て く だ さ い 。
⑤ 本 プ ロ グ ラ ム と 中 期 目 標 及 び 中 期 計 画 と の 関 連 性 を 記 入 し て く だ さ
い 。
日本における下流汚染蓄積型湖沼(資料 1-1 )の典型である霞ヶ浦流域
を取り上げて,水環境質,水・物質循環、流域での生活と生産活動、生物
多様性の観点で生じている,あるいは地球温暖化や人口減少といった変化
の中で将来生じるであろう問題について(資料 1-2 ),その程度,時間・
空間スケールを予測する科学的手法を確立する ことを目的とする.次に,
そうした問題の解決のために必要な科学、行政、社会のあり方をまとめ
る .同様な研究課題が総合地球環境学研究所の平成22年度IS 研究 課題
(予算額30 万円)に採択され研究を進めていて,平成23年度にはFS
研究 (年予算500 万円),それ以降にプロジェクト研究(年間約7,000 万
円5年程度)への申請を目指している.
① カバーする学 問分 野
筑波 大学 は霞 ヶ浦 流域 に位 置するが,その霞 ヶ浦 は平 成21年 度に全国
水質ワー スト1となり,水 環境 の改善が望まれている.つくば地区には筑
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様式2(①~③)
波大 学を始めとして, 水関 連の研究者が集積 していて(防災科 学技術研 究
所, 国立 環境 研究 所,農業環境技術 研究 所,農村工学 研究 所, 産業技術 総
合研 究所 ,国土技術政策総 合研 究所 ,土木研 究所 ,等 ), そうした研究基
盤を活用しながら霞ヶ浦など下 流汚 染蓄 積型 湖沼 の水 動態解析を行 い, 地
球温 暖化 や人 口減 少といった変 化の中で水環 境問 題を解決 する方法 を提示
することは, 地域貢献として期 待されていると同 時に, 環境 学分 野 で新た
な研 究ブレー クスルー を生み出す可 能性 が高い. また,水 環境 の科 学的 解
析だけでなく,地 域での人 の住まい方をあわせて考えることか
ら, Sustainability Science を構築する基盤となるものと期 待される.
② 重要 性・ 発展 性・ 独創 性
21世紀は水の世紀といわれ,水 の適切な管理,利用が我々の生存の鍵
となっている. 下流 汚染 蓄積 型湖 沼は地域 の水 の中核であり,その
Sustainable な形での利用が地 域社 会の発展 の基礎となるものである.
特に循環率が高くなると,宇宙船型 の水利用となり( 資料 1-3 ,資 料
1-4 ), このため,その適切なガバナンスとそのために必 要となる科学
的知見は水資源に乏しい地 域で重要 である. また,今回,検討している科
学的 手法 の中 で, トレーサーとリモートセンシング に関 する部分 は, 発展
が期 待され, また本学 が世界的 にも誇ることができる分野 である.
③ 期待 される成 果と学術 的または社会 的意 義・ 波及 効果
下 流汚 染蓄 積型 湖沼 を解析する科 学的 手法 を確 立すると同時 に, それら
の持続的利用を可能 とするガバナンスの在り方 を提案 できる. そうした手
法,在り方は,世界の様々な地 域に存在する下流 汚染 蓄積 型湖 沼に対して
の適用が期待 される.
④ 国内 外の大学 ・研 究機 関等 と連 携した取 組
総 合地 球環 境学 研究 所の IS 研究 では,東京大学 ,茨城大 学,信州大
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様式2(①~③)
学,広島大学 ,早稲田大学 ,国 立環 境研 究所 ,総 合地 球環 境学 研究 所,茨
城県 の研 究者もメンバーとなり,共同研 究を実施している.また, 同様 な
問題 が生 じつつある中 国では 中国 科学院水 生生 物研 究所 ,地理湖 沼研 究所
と,インドネシアでは国立陸水 研究 所 と連 携して,共同 研究 を進 めてい
る.
⑤ 中期 目標 及び中期 計画 との関連 性
中 期目 標の前文にある,1.既存の学 問分 野を超えた協同を必要 とする
領域 の開拓 ,3 . 筑波 研究 学園都市の中核として.諸 機関 との連携 ,4.
国際 的通用性 のある研 究活 動の展開と連 携交流 ,と深く関連 する.
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様式2(①~③)
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資料1-4. 湖沼での水利用水道取水量流域内水道取水量流域人口 上水利用比率 水処理率 流域内処理率 排水流入比率
/億トン 年 /億トン 年 人猪苗代湖 0.25 0.00 26500 0.0% 44.5% 100.0% 100.0%霞ヶ浦 0.91 0.73 974000 58.5% 50.1% 54.6% 77.3%印旛沼 0.37 0.00 758000 0.0% 79.2% 0.0% 20.8%琵琶湖 3.00 0.90 1400000 50.3% 84.7% 40.0% 49.2%
0.35 m3/(人・日)
流域面積 流入水量 水使用量 流域水田面積 湖水灌漑水田面積 流域灌漑水量 流域内工業用水km2 /億トン 年 /億トン 年 km2 km2 /億トン 年 /億トン 年
猪苗代湖 820 12.0 11.0 53 0 0.0 0.00霞ヶ浦 2169 15.2 11.5 281 184 6.8 0.21印旛沼 493 3.6 2.7 74 74 2.7 0.00琵琶湖 3848 42.1 19.6 660 250 9.3 0.28
湖面積含む
猪苗代湖は発電用水含む
霞ヶ浦の数値は流域灌漑水量から逆算
20減水深:mm/d 、半年、3.7 m
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様式2(①~③)
Ⅱ .研 究計 画・ 方法 等
本 欄 に は 、 研 究 目 的 を 達 成 す る た め の 具 体 的 な 研 究 計 画 ・ 方 法 ( 具 体 的
な 実 施 計 画 ) に つ い て 記 入 し た 上 で 、 以 下 の 諸 点 に つ い て も 適 宜 、 項 立 て
を し て 該 当 事 項 を 記 述 し て く だ さ い 。
① 研 究 計 画 を 遂 行 す る た め の 研 究 体 制 に つ い て 、 研 究 代 表 者 及 び 研 究 分
担 者 の 具 体 的 役 割 ( 図 表 を 用 い る 等 ) に
つ い て 記 入 し て く だ さ い 。
② 国 内 外 の 大 学 、 研 究 機 関 等 と 連 携 し た 取 組 に つ い て は 、 研 究 組 織 の 必
要 性 ・ 妥 当 性 及 び 研 究 目 的 と の 関 連 性 に
つ い て も 述 べ て く だ さ い 。
具 体 的 な 研 究 活 動 面 の 実 施 計 画
(1)水 ・物 質循 環の観測 ・モデル化手 法の確立
下 流汚 染蓄 積型 湖沼 の流 域と湖沼 における水・ 物質 循環 を, 様々なト
レーサー を用いた解析手法 (資 料 2-1 )やリモートセンシング手 法
(資 料 2-2 )を活用して,流 域全 体として明らかにするとともに,そ
れらをモデル化することから, 将来 の地 球温 暖化 ,人 口減 少などの影響を
定量的に予測 できるシステムを構築する. 水動態を解析するトレーサー と
して水素,酸素同 位体 ,フロンなどを, 物質 循環 を解析するトレーサー と
して炭素,窒素同 位体 ,各種無機イオン,堆積 物を解析するトレーサー と
して炭素,窒素,硫黄同位 体,セシウムや鉛等の放射性核種, を用いる.
また,リモー トセンシング手法 としては, MODIS 衛星画像を用いた
流域土地被覆季節変化 と蒸発散推定 , GRACE 衛星などによる重力場
測定を基にした地下 水変 動 である. そうした手法 の多 くに経験を有する
が, 流域規模の解析に利用できるかの検討は十分 ではないため,ここでは
そうした観点 で手 法の適用性を明らかにする.さらに,これらの情報をも
とに流域 の表流 水+地下 水動態モデル を構築し,また湖 内での流動 ・拡散
モデル と統合し,将 来の地球 温暖 化シナリオや流域 の人 口変 化による負荷
発生 分布の変 化などにより,水供給,水 質, 生態系がどのように変 化する
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様式2(①~③)
かを推測 可能 なシステム構築を目指 す.
トレーサー に関わる研究 は,辻村,丸岡が主に行い,リモー トセンシン
グに関する研 究は,松下,福島が主に行 い, 水循 環モデル構築は辻村,福
島,白川が主に行 う. こうした研究 の実施にあたり,ポスドク研究員が必
要である.
なお, 総合 地球 環境 学研 究所 の IS , FS 研究経費は少 なく,基
本的 には会議費,旅費などに使うが,その共同研 究において行 う他大学 ・
研究 所(茨城大学 ,国 立環 境研 究所 )の研究者との議論により,流 域での
農業活動 や水利用の実態,有機 物や栄養塩の物質 循環 ,などに関する情報
が得られ,ここで行うモデル構築に際して重 要な知見 となる. また,日 本
では下流 汚染 蓄積 型の湖沼 は霞 ヶ浦 以外 にはないが, 外国 でこうした特 性
を有する湖沼 例を見つけることから,そうした湖 沼に対しても水・ 物質 循
環の観測 ・モデル化手 法が適用可能 か,調べ,今後の研究対象候補となる
かどうか,判 断する.
(2 )水 環境 問題 解決 のための科学 ,行 政, 社会 の在り方
下 流汚 染蓄 積型 湖沼 は, 流域住民にとって水量的には問 題がなく,水 質
的には問 題が多いため,彼らの興味があまり集まらない状況となってい
る. また, 水利用の多様 性 が失われつつあることも集まらない理由の一つ
のようである.このため, 湖環 境の変化 を多 くの目で,的 確に捉えること
が難しくなってきている. こうした傾向 を様々な統計データより明 らかに
するとともに,そうしたことによって生 じる問題 を議論する. また,流 域
住民の生 活環 境の情報を整理し,様々な都市で使用されている持続性指 標
の数値を計算 する(資 料 2-3 ). こうした解析をベースに行 政, 社会
の在り方 と水 環境 問題 の関係を解析するとともに,適切なガバナンスの方
法を議論する.一般に汚 染問 題に対しては command and control 型の
規制 や排出税・排出権取引といった market-based 型の対策が既に考
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様式2(①~③)
案されているが, その多くは経済学 的なアプローチである.だが, こうし
た対策を現実に適用するには, それを裏付けるガバナンス構造(法律や制
度) が必 要であり,既存の法制 度との両立可 能性 が問われる. 本研 究では
主に環境経済学の分野 から提唱されている様々な汚染対策の長所・短所 を
踏まえた上で、それを実行 に移すための法的基盤を明 らかにする。 さら
に, 将来 のトレンドとして(資 料 2-4 ), 地球 温暖 化影響の顕在化,
人口 減少 などがもたらすものをどのような形で(1) のモデルに入力する
かを決定する.
以 上の研究 は,遠藤,白川,福島が主に行 うとともに, (1)のポスド
クがサポートする.また, こうした議論の内容を総合 地球 環境 学研 究所 の
研究 発表会, 研究 会で紹介し, 学として確立 する方向 を探る. IS 研
究のメンバー である東京大 学,信州大学 ,早稲田大学 ,広島大 学,茨城県
の研 究者との議論がこうした研 究の遂行 に大きく寄与する(資 料 2-
5 ). なお, 現時 点では本提案のメンバーは多くないが, IS 関係者
を含 め, 筑波 大学 ,つくば地区の研 究者の参加を募る計画 である.
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様式2(①~③)
Ⅲ.各経費の明細
金 額(千円 )
経 費 区 分 金 額 (千
円 )
備 考
【設備備品費】
【旅費】
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様式2(①~③)
【人件費】
ポスドク雇用経費
調査,実験補助謝金
3,600 x1 人
年
=3,600
6x150 人日
=900
モデル構築1
名
リモートセン
シング,ガバ
ナンス関係
【その他】
トレーサー関係消耗品費
リモートセンシング関係消耗品,資 料代
社会 資料代
1,500
1,500
500
試薬,分析に
関わる消耗品
衛星画像,航
空写真
地域 に関 する
統計 資料
合 計8,000
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様式2(①~③)
Ⅳ.研 究経費の妥当 性・ 必要 性
本 欄 に は 、 「 研 究 計 画 ・ 方 法 等 」 欄 で 述 べ た 研 究 規 模 、 研 究 体 制 等 を 踏
ま え 、 前 頁 ま で に 記 入 し た 研 究 経 費 の 妥 当 性 ・ 必 要 性 ・ 積 算 根 拠 に つ い て
記 述 し て く だ さ い 。 ま た 、 研 究 計 画 に お い て 、 「 設 備 備 品 費 」 が 全 体 の 研
究 経 費 の 5 0 % を 超 え る 場 合 及 び そ の 他 の 費 目 で 、 特 に 大 き な 割 合 を 占 め
る 経 費 が あ る 場 合 に は 、 当 該 経 費 の 必 要 性 ( 内 訳 等 ) を 記 述 し て く だ さ
い 。
(1)ポスドク雇用経費等
メンバーの多くは現在, 様々な研 究プロジェクトを実施するとともに,
教育においても責任が重い立場にある. このため,アイディアは多数でる
ものの, それらを具体 的に実施するには,ポスドクなどの研究協力者が必
要である.
(2 )「 その他」 に記載した消耗品,資 料
分析機器,調査機器などは現有するが,その運転のための消耗品,試料
運搬のための消耗品が必要 である. また,衛星画像, 社会 資料 の内 ,有料
なものもあり,その費用が必要 である.
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様式2(①~③)
Ⅳ.研 究費の応募・受入 等の状況
研 究 代 表 者 の 申 請 時 点 に お け る 、 ( 1 ) 応 募 中 の 研 究 費 、 ( 2 ) 受 入
( 予 定 を 含 む ) の 研 究 費 に つ い て 、 次 の 点 に 留 意 し 記 入 し て く だ さ い 。 な
お 、 複 数 の 研 究 費 を 記 入 す る 場 合 は 、 線 を 引 い て 区 別 し て 記 入 し て く だ さ
い 。
① 科 学 研 究 費 補 助 金 の 特 定 領 域 研 究 及 び 「 新 学 術 領 域 研 究 」 の 領 域「 」提 案 型 に あ っ て は 、 「 計 画 研 究 」 、 「 公 募 研 究 」 の 別 を 記 入 し て く だ さ
い 。
② 学 内 で 競 争 的 に 配 分 さ れ る 研 究 費 に つ い て も 記 入 し て く だ さ い 。
③ ( 1 ) と ( 2 ) の 区 分 線 は 移 動 し て 構 い ま せ ん 。
資 金 制度 ・ 研 究費 名 ・ 研究 機 関( 配 分 期間 等 名 )
研 究 課 題 名 ( 本 プ ロ グラ ム に お け る 研 究 代 表者 ・ 分 担 者 氏 名 )
役 割( 代
表 ・
分 担
の
別 )
平 成22年度 研究 経費
( 期間 全体 の額 )( 千円 )
研 究 内 容 の 相 違 点 及び 他 の 研 究 費 に 加 えて 本 申 請 研 究 課 題 に申 請 す る 理 由
(1)応募中の研究費
基盤研究
(B) (海
外学 術調
査) ・
H23-H26
年度 (筑
波大 学)
リモートセンシング手
法による東アジア湖沼
の生態系解析手法 の開
発
(代表者:福島武彦)
リモートセンシングに
代表
分担
8,170(15,970)
800(2,400)
7,000(35,00
アジア湖 沼の生物 生
産力,アオコ発生 状
況, 水草生育量を衛
星画像から推定する
研究 で, 本研 究とは
内容が異なる.
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様式2(①~③)
基盤研究
(B) ・
H23-26年
度( 筑波
大学 )
地球 環境
総合 研究
費・H23-
27 年度
(国 立環
境研 究
所)
総合 地球
環境 学研
究所FS
研究費・
H23 (筑
波大 学)
よる湖沼 の水固有光学
特性 及び基礎生産量推
定手 法の確立
(代表者:松下文経,分担者:福島武彦)
陸水 生態系における生
物多 様性 の損失の定量
的評価に関する研 究
(代表者:高村典子,
分担者:福島武彦)
下流 汚染 蓄積 型湖 沼の
水環 境問 題と未来 可能
性(代表者:福島武
彦)
分担
代表
0)
500(500)
(金
額は
福島
分)
日本 の湖 沼を対象に
湖水 中の光学基本 特
性を明らかにする研
究で,本 研究 とは内
容が異なる.
日本 湖沼 流域 での不
浸透面積率や水草生
育量を推定する手 法
開発 の研 究で,本 研
究とは内容が異な
る.
本研 究と内容で近い
が, 予算 が少 ないた
め, この研究費では
本研 究内容を実施す
ることはできない.
(2)受入(予定)の研究費
基盤研究(A)・H21-24 年度(筑波大学)
地球 環境
トレーサーによる湖沼
と流 域での物 質循 環定
量化 と診断:時間軸と
起源・過程情報の活用
代表4,100(19,30
0 )
日本 湖沼 の底質に注
目した研 究で,一部
は重 なるが, 予算 総
額が少ないため, 本
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様式2(①~③)
総合 研究
費・H21-
23 年度
(筑 波大
学)
戦略的創
造研 究推
進事業
CREST
タイプ・
H21-
25 (筑
波大 学)
(代表者:福島武彦)
リモートセンシングを
活用した水域 における
透明 度分布の高頻度測
定手 法の開発
(代表者:福島武彦)
荒廃人工林の管理によ
り流量増加と河川環境
の改善を図る革新的な
技術 の開発(代表者:
恩田裕一,分担者:福
島武彦)
代表
分担
5,100(17,769)
0(0)
研究 内容を実施する
ことはできない.
湖沼 の透明度 を衛星
画像から推測 する研
究で,本 研究 内容と
は異なる.
森林間伐により流出
する栄養塩などの濃
度,負荷量が間伐前
と比べどのように変
化するかを明 らかに
する研究 で, 本研 究
内容とは異なる.
Ⅴ .研 究業績
本 欄 に は 、 研 究 代 表 者 及 び 研 究 分 担 者 が 最 近 5 カ 年 間 に 発 表 し た 論 文 、
著 書 、 産 業 財 産 権 、 招 待 講 演 の う ち 、 本 研 究 に 関 連 す る 重 要 な も の を 選 定
し 、 現 在 か ら 順 に 発 表 年 時 を 過 去 に さ か の ぼ り 、 発 表 年 ( 暦 年 ) 毎 に 線 を
引 い て 区 別 ( 線 は 移 動 可 ) し 、 通 し 番 号 を 付 し て 記 入 し て く だ さ い 。 な
お 、 学 術 詩 へ 投 稿 中 の 論 文 を 記 入 す る 場 合 は 、 掲 載 が 決 定 し て い る も の に
限 り ま す 。
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様式2(①~③)
1. T . Fukushima , K. Kamiya, Y. Onda, A. Imai and K. Matsushige: Long-term changes in lake sediments and their
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2. Z. Zhang, F. Tao, P. Shi, W. Xu, Y. Sun, T. Fukushima and Y. Onda: Characterizing the flush of stream chemical runoff
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3. T. Gomi, Y. Asano, T. Uchida, Y. Onda, R. C. Sidle, S. Miyake, K. Kosugi, S. Mizugaki, and T. Fukushima: Evaluation of
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4. F. Yang, B. Matsushita and T. Fukushima: A pre-screened and normalized multiple endmember spectral mixture analysis
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5. W. Yang, B. Matsushita, J. Chen, T. Fukushima, and R. Ma: An enhanced three-band index for estimating chlorophyll-a in
turbid Case II waters: Case studies of Lake Kasumigaura, Japan and Lake Dianchi, China. IEEE Geoscience and Remote
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6. Luki Subehi, T. Fukushima, Y. Onda, S. Mizugaki, T. Gomi, K. Kosugi, S. Hiramatsu, H. Kitahara, K. Kuraji, and T.
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8. Y. Oyama, B. Matsushita, T. Fukushima, T. Nagai and A. Imai: Testing the spectral decomposition algorithm (SDA) for
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9. Luki Subehi, T. Fukushima, Y. Onda, S. Mizugaki, T. Gomi, T. Terajima, K. Kosugi, S. Hiramatsu, H. Kitahara, K. Kuraji,
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10. Y. Oyama, B. Matsushita, T. Fukushima, K. Matsushige and A. Imai: Application of spectral decomposition algorithm for
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11. B. Matsushita and T. Fukushima: Methods for retrieving hydrologically significant surface parameters from remote
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12. Z. Sun, Q. Wang, B. Matsushita, T. Fukushima, Z. Ouyang and M. Watanabe: Development of a simple remote sensing
evapotranspiration model (Sim-ReSET): Algorithm and model test. J. Hydrology, 376, 476-485, 2009.
13. Z. Zhang, T. Fukushima, P. Shi, F. Tao, Y. Onda, T. Gomi, S. Mizugaki, Y. Asano, K. Kosugi, S. Hiramatsu, H. Kitahara,
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15. S. H. R. Sadeghi, T. Mizuyama, S. Miyata, T. Gomi, K. Kosugi, T. Fukushima, S. Mizugaki and Y. Onda: Determinant
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18. T. Nagai, A. Imai, K. Matsushige, K. Yokoi and T. Fukushima: Dissolved iron and its speciation in a shallow eutrophic
lake and its inflowing rivers. Water Research, 41, 775-784, 2007.
19. Z. Zhang, T. Fukushima, Y. Onda, T. Gomi, T. Fukuyama, R. Sidle, K. Kosugi and K. Matsushige: Nutrient Runoff from
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