『Abstract
　We outline a method of inferring rooting depth from a Terrestrial Biosphere Model by maximizing the benefit of the vegetation within the model. This corresponds to the evolutionary principle that vegetation has adapted to make best use of its local environment. We demonstrate this method with a simple coupled biosphere/soil hydrology model and find that deep rooted vegetation is predicted in most parts of the tropics. Even with a simple model like the one we use, it is possible to reproduce biome averages of observations fairly well. By using the optimized rooting depths global Annual Net Primary Production (and transpiration) increases substantially compared to a standard rooting depth of one meter, especially in tropical regions that have a dry season. The decreased river charge due to the enhanced evaporation complies better with observations. We also found that the optimization process is primarily driven by the water deficit/surplus during the dry/wet season for humid and arid regions, respectively. Climate variability further enhances rooting depth estimates. In a sensitivity analysis where we simulate changes in the water use efficiency of the vegetation we find that vegetation with an optimized rooting depth is less vulnerable to variations in the forcing. We see the main application of this method in the modelling communities of land surface schemes of General Circulation Models and of global Terrestrial Biosphere Models. We conclude that in these models, the increased soil water storage is likely to have a significant impact on the simulated climate and the carbon budget, respectively. Also, effects of land use change like tropical deforestation are likely to be larger than previously thought.

Keywords: land use change; net primary production; optimization; rooting depth; terrestrial biosphere model; water cycle』

『要旨
　我々は、陸域生物圏モデルから、このモデル内で植生の利益を最大にすることによって、根の深さを推定する方法を概説する。これは、植生がその局所的な環境を最高限度に利用できるように適合させた進化原理に相当する。我々は単純な生物圏/土壌水文学連結モデルとともにこのモデルを説明し、深い根をもつ植生が熱帯の大部分に存在することが予測されることを見出している。我々が用いているような単純なモデルでさえ、観察される生物群系の標準的な姿をかなりうまく再現することが可能である。最適化した根の深さを用いると、世界的な年間純一次生産（および発散）は１mという根の標準深さの場合と比較して、とくに乾燥期をもつ熱帯地域において、実質的に増加する。蒸発が増すことによる河川流量の減少は、観察結果とうまくあう。我々はまた、最適化された過程は、湿潤および乾燥地域のそれぞれに対する乾季/雨季の間の水の不足/過剰によって主としてもたらされることを見出した。気候変動はさらに根の深さの見積りを大きくする。植生の水利用効率の変化をシミュレートする感度分析で、我々は最適化した根の深さをもつ植生は強制的な変動に弱くないことを見出した。我々は、一般循環モデルおよび世界的な陸域生物圏モデルの地表系の群集をモデル化する場合にこの方法を主に適用することについて調べている。これらのモデルで、土壌水の貯蔵量の増加は、シミュレートした気候および炭素収支のそれぞれに重大な影響を及ぼす見込みがあると、我々は結論づける。また、熱帯森林伐採のような土地利用変化の影響は以前に考えられていたよりも大きくなる恐れがある。』

Introduction
Methodology
　Model description
　Forcing of the model
　Determination of rooting depth
　Sensitivity to increased water use efficiency
Results
　Optimum rooting depth
　Impacts on NPP

Fig. 1 Global distribution of rooting depth obtained from maximization of NPP. The scattered values in desert ecosystems is due to the stochastic precipitation generated by a weather generator. 図1　NPPの最大化から得られた根の深さの世界的分布。砂漠生態系での値のばらつきは、気象発生プログラムにより引き起こされた確率的な降水量のせいである。 〔Kleidon,A. and Heimann,M.(1998): A method of determining rooting depth from a terrestrial biosphere model and its impacts on the global water and carbon cycle. Global Change Biology, 4, 275-286.〕

　Impacts on watershed hydrology
　Mechanism behind the optimization process
　Sensitivity to increased water use efficiency
Discussion
　Limitations of the model
　　Net Primary Production
　　Vertical heterogeneity of soil water distribution/groundwater
　　Bare soil evaporation
　　Bedrock/impermeable soil layers
　　Nutrient uptake
　　Snow
　　Frozen soil
　Limitations of the method
　　Equilibrium of vegetation/potential vegetation
　　Drought-avoidance strategy
　　Optimal behaviour
Summary and conclusion
References