原著論文 Original Article
SPOT 衛星データを用いた仙台沿岸域における
震災前後の景観変化の解析
趙 憶
1
・ 富田 瑞樹
1
・ 原 慶太郎
１
東京情報大学総合情報学部
Yi ZHAO, Mizuki TOMITA, Keitarou HARA: Landscape change analysis before and after
the earthquake disaster in Sendai coastal area by using SPOT satellite data
1 〒 265-8501 千葉県千葉市若葉区御成台 4 －1， Tokyo University of Information Sciences, 4-1Onaridai, Wakaba-ku, Chiba, 265-8501 Japan
要旨：2011 年 3 月の東日本大震災に伴う津波は，仙台沿岸域にこれまでない甚大な被害を及ぼした。 今後の復興のためには，広域スケールにわたる土地被覆変化や被災状況の評価が必要である。本稿は， 震災前後の衛星データを用いて仙台沿岸域における地震・津波による影響を定量的に示すことを目的 とした。解析には，2 時期（2010 年 10 月，2011 年 11 月）の SPOT HRG-2 衛星データから作成した 土地被覆分類図を元に，空間パターン解析の手法を用いてパッチ面積や景観の不均質性などの景観構 造特性を指数化し，震災前後の景観変化を明らかにした。解析結果から，海岸沿いにある防砂林の約 9 割（4.2km2から 0.5km2）が倒壊しことや，広範囲の浸水によって水田は 15.8 km2から 0.1 km2に減 少していた。また，大サイズパッチが津波で分断されたことによって，対象範囲の景観がより不均質 な景観構造になったことが示された。
キーワード : 津波，衛星リモートセンシング，土地被覆分類，景観構造，生物多様性
Abstract: The Great East Japan Earthquake and Tsunami in March 2011, has resulted in an unprecedented and immense damage in and around Sendai coastal region. In the cause of recovery and conservation in the region, evaluation on the status due to the disaster as well as the land-cover change over a broad scale became an impor- tant issue. Accordingly, revealing its inluences quantitatively was set as our goal in this paper. Based on land- cover classiication map from two SPOT HRG-2 photographs (October 2010 and November 2011), landscape characteristics such as patch area and landscape heterogeneity were indexed for revealing landscape change before and after the disaster. As the result, forest along the coast (4.2km2 to 0.5km2)almost 90 percent were col- lapsed. Paddy area, due to the wide scale immersion, had also decreased from 15.8 km2 to 0.1 km2 and became uncultivable mostly in the first year after the disaster. Otherwise, with increased fragmentation on the large dominated patches, landscape pattern of the area became more heterogeneous and conigured by a densely dis- tributed small size patches.
Keywords: Tsunami, Remote sensing, Land-cover classiication, Landscape pattern, Biodiversity
Ⅰ . はじめに
2011 年 3 月の東日本大震災に伴う地震・津波は， 仙台湾を含む東北地方にこれまでない甚大な被害
を及ぼした。仙台沿岸にある仙台平野は，リアス海 岸などの他の被災地域と比べて平坦な地形である ため，広大な面積にわたって津波が浸水しより大き な被害を受けた。当該地域は，浅海生態系，湿地
生態系，水田生態系が複合した景観モザイクである
（原・樋口，2013）。また，「水域と陸域」，「淡水と 海水」の出会う場，或いは推移帯，エコトーンを含 み，多様な生物種の生育の場と高い生物生産の場と して位置付けられる（佐々木ほか，2013；平吹ほか， 2011；Yang, 2009）。ここで，エコトーンとは，空間 的に異なるタイプの生態系が接する境界域または推 移帯である。
景観生態学は，景観モザイクの空間配置または 空間パターンと生態的プロセスの相互作用を明らか にし，さまざまな空間スケールでの空間的不均質性 の原因と結果を重視する（Turner et al., 2001;Wiens et al., 1993）。そして，広域にわたる環境および土地 管理上の生態学的問題を研究対象とする。今回の 地震・津波のような大規模撹乱は，その原因，パ ターン，動態そして影響が景観生態学の主要研究 範疇に含まれる（Romme & Knight, 1982; Risser et al., 1984; Turner, 1987; 1989; Baker, 1989a;b; Turner
& Dale, 1998）。また，近年，目覚ましい衛星リモー トセンシング技術の進歩に伴って，これまでにない 高い空間分解能，高い時間頻度で地上に起きる様々 な生態的現象を把握できるようになった。特に，衛 星データを用いて景観レベルのパッチモザイクの空 間配置や動態をさまざまな空間スケールにおいてモ ニタリングでき，生物多様性保全や土地管理に有用 な情報を得る有効なツールとなった。
以上のことから，本稿は 2 時期の衛星データを用 いて土地被覆分類図を作成し，仙台沿岸域におけ る震災前後の植生パッチのサイズや密度などの空間 パターンとその変化を指数化し，景観生態学的な観 点から震災の影響を評価することを目的とする。
Ⅱ . 研究対象地および方法
１. 調査地
本研究は，宮城県仙台市若林区の約 34km2の範 囲を対象地とする（38o13'59.3"N, 140o59'13.8"E）（図 1）。年間平均気温が 12.1℃，降水量が 1241.8mm である。対象範囲の地形は，標高が約 0m ～ 5m となる低平な沖積平野である。また，対象範囲は， 東西において海岸の荒浜，長浜，井戸浜から仙台 東部道路，南北において名取川から七北田川の範 囲とする。この範囲は，国土地理院によって指定さ れた浸水範囲に準ずる（国土地理院，2011）。対象
地には，南蒲生や井土浦などを含み，浅海域から 推移帯の海岸域を経て，陸域の耕作地や都市域に 及ぶ地域である。主な土地被覆構成としては，海岸 の砂丘植生，低木林状のクロマツ植林，高木林状 のマツ・広葉樹混交林と後背湿地，住宅地や畑地， 水田，道路があげられる（平吹ほか，2012）。
２. 解析方法
仙台沿岸における震災前後の景観変化を把握す るために，2010 年 10 月 2 日と 2011 年 11 月 2 日の SPOT HRG-2 衛星データを使用した。衛星データの 空間分解能は 10m，観測波長のバンド構成は可視 域の緑から短波長赤外までの 4 バンド（0.5μm ～ 0.89μm と 1.58μm ～ 1.75μm）である。画像色調の ダイナミックレンジが 8 ビットの 256 諧調で，シーン ごとの観測幅は 60km × 60km，観測の平均回帰 周期は 2 日から 3 日間である（Spot Images,2003）。
震災前後の衛星データを用いて土地被覆を分類 した。 画 像 全 体（20km × 20km） に対して， 森 林，草地・低木，水田，市街地，水域，裸地の 6 クラスを設け，図 2 に示す手順に従って教師付分 類である最尤法を用いて分類した。以上の解析は， ERDAS IMAGINE 2011 （Intergraph Corporation） を使用した。分類精度を検証したうえで，本研究 の対象範囲を全体画像より切り出した。そのうえで，
ArcGISを用いて 2 時期の差分解析やインターセクト
などの空間処理によって分類項目に倒壊林，被災水 田，被災市街地を追加した。ここで，「被災水田」は， 水田が津波で浸水し，その後，耕作がなされずに
図 1 研究対象地 宮城県仙台市の若林区 (c)CNES 2010, Distribution Astrium Service/Spot Image S.A
イヌビエなどの雑草群落や裸地になったところを示 す。「被災市街地」は，市街地が津波で被災し，ほ とんどの建造物が倒壊したところをさす。これらの 追加した土地被覆タイプは自動分類によって得られ たものではないため，後の精度検証から除いた。 精確な土地被覆分類図が得られたことを確認した うえで，FRAGSTATS （McGarigal et al., 2012）を用 いて対象範囲の震災前後の景観構造特性と景観変 化を，パッチレベル，クラスレベル，景観レベルごと に指数化した。ここで，パッチレベルは“ある土地 被覆タイプを構成する個々のパッチについての計測” を，クラスレベルは“土地被覆タイプごとの計測”を， 景観レベルは“すべての土地被覆タイプを合わせた 景観全体についての計測”を意味する。使用した 各景観指数の概要については表 1 に示した。
Ⅲ . 結果
１. 土地被覆分類および土地被覆変化
土地被覆分類結果から，いずれも高い分類精度 を確認できた（表 2 と表 3）。震災前と震災後を比 較すると，震災後の分類精度がやや低かった。震 災前と比べると津波による影響で草地と裸地の変化 が大きく，それらの分類精度に影響したためと考え られた。一方，震災後の市街地の分類精度は高かっ た。表の行列ごとの総和を考慮し，より包括的に分 類精度の一致性を表現したカッパ係数（κ）の値か
ら，いずれの時期も極めて良好で一致した分類精度
（Landis & Koch, 1977）が得られた。
震災前の土地被覆分類結果から，対象範囲は水 田を中心とする農耕地帯であったことが示された（図 3）。水田の他には，海岸林や屋敷林からなる森林 域と市街地が分布していた。草地・低木や裸地の分 布面積は少なかった。震災前後の土地被覆を比較 すると，沿岸に分布する海岸林と，水田の変化が最 も大きかった。特に，沿岸部の海岸林については， 津波で壊滅的な被害を受け，そのほとんどが倒壊 林または裸地となっていた。また，津波の浸水範囲 にある水田もほとんど耕作不能となっていた。 震災前後の土地被覆タイプごとの面積割合の内 訳をみると，森林（4.2 km2（12.3%）から 0.5 km2
（1.6%））と水田（15.8 km2 （46.7%）から 0.1 km2
（5.4%））が最も減少した。その次に減少したのは 草地・低木と市街地で，それぞれ 2.7 km2 （8.0%） から 1.8 km2 （5.4 %），4.8 km2 （14.1%） から 3.4 km2 （9.9%）に減少した。砂浜における地盤沈下に よって，裸地は 1.4 km（4.0%）から 1.2 km2 2 （3.3%） に僅か減少した。それに対して，倒壊林，被災水 田，被災市街地，水域の面積がそれぞれ 0 から 3.6 km（10.4%），16.1 km2 （47.6%），1.4 km2 2 （4.0%）に， 明らかに増加した。
２. 震災前後の景観解析とその変化 図 2 土地被覆分類の解析フロー
表 1 使用した景観指数の概要 表中，P はパッチレ ベル，C はクラスレベル，L は景観レベルのことを表す.
表 2 震災前の土地被覆分類結果の精度検証結果
表 3 震災後の土地被覆分類結果の精度検証結果
図 3．震災前後の土地被覆分類結果とその変化
（１）パッチレベル
土地被覆タイプごとのパッチサイズの計測結果か ら，震災前にパッチサイズが大きかった森林，水 田，市街地が減少し，全体的に小さなパッチになっ た（図 4）。草地・低木のパッチサイズも全体的に縮 小したが，裸地のパッチサイズが大きくなった。水 域は，地盤沈下による浸水や湿地化などでパッチ数 が増加したため，全体的にパッチサイズが減少して いた。大サイズのパッチの減少に伴い，森林，草地， 水田，市街地パッチの周長も減少した。水域は小 サイズパッチの増加とともに周長も減少した。裸地 の周長はパッチサイズの拡大とともに増加していた。
（２）クラスレベル
土地被覆タイプごとのパッチ数とパッチ密度は， 草地，市街地のそれぞれが増加していた（図 5）。 森林については，ほとんど変化がなかったが，倒壊 林のパッチ数とパッチ密度が著しく増加した。水田 は明らかに減少するとともに，被災水田のパッチ数 とパッチ密度が増加した。被災市街地は，震災後 の各土地被覆タイプの中に最も増加していた。裸地 は，砂浜の減少およびパッチサイズの拡大によって パッチ数とパッチ密度が減少した。
（３）景観レベル
図 5 パッチ個数とパッチ密度の計測結果 図下の 表は，各土地被覆タイプのパッチ密度の計測結 果を示す．
図 6 景観レベルの景観解析結果（シャノンの多様 度指数による景観の不均質性）
景観レベルの解析結果，震災前と比べて，対象 とする景観が不均質になったことが示された（図 6）。 これは，それぞれの土地被覆タイプが不均一なサイ ズで分布していることを表す。
図 4 パッチレベルの震災前後の景観解析結果の箱 ひげ図 図中，a はパッチサイズ，b はパッチ周 長の計測結果を示す．また，“o”は外れ値を表す． 上ひげと下ひげはそれぞれ箱の長さ（第 3 四分位 数と第 1 四分位数）から 1.5 倍離れている処を表 す．箱の上と下は，それぞれ第 3 四分位数と第 1 四分位数である．箱の中にある線はデータの中央 値を表す．
Ⅳ . 考察
本稿は，2 時期のSPOT HRG-2 衛星データを用 いて仙台市沿岸域の土地被覆分類図を作成し，震 災前後の景観変化を明らかにした。震災前後の土 地被覆分類結果から，沿岸部の海岸林と平野部の 水田は津波による影響が最も大きかったことが示さ れた。なかでも，南蒲生および井土浦周辺にはわず かな残存林パッチが確認されるがそれ以外の場所 の大部分が破壊された。残存林については，現在 猛禽類などの生息が確認されたため（平泉， 2012）， 今後の海岸林生態系のソースとしての保全が喫緊の 課題である。また，井土浦周辺域のような生物多様 性の高い湿地景観においても，津波による景観変化 が非常に大きかったことが確認された。井土浦も今 後の生物多様性・生態系の保全と再生にとって重要 である。水田を中心とする農耕地エリアは震災後の 間もない時期であったため，浸水による塩害が著し くほとんどの場所は耕作不能となっていた。 土地被覆分類図を用いて，対象範囲における震 災前後の景観構造特性を計測し，津波が景観構造 の変化に与えた影響を定量的に評価した。パッチレ ベルでは，森林，草地・低木，水田，市街地のパッ チサイズが縮小した一方，水域と裸地についていず れも増加したことが示された。生物の生息地として， 一定以上の面積が必要とされるため（Turner et al., 2001），森林や草地・低木のパッチ面積の減少は， それらをハビタットとする生物の再生過程に大きく影 響するだろう。
土地被覆タイプごと（クラスレベル）と景観レベ ルの解析結果から，水田や森林のような大サイズの パッチが均一に分布していた景観が，多数の小サイ ズパッチに分断され，不均質な景観構造になったこ とが示された。景観モザイクは，撹乱がなければ均 一になり，撹乱が生じると不均質的になることがあ るとされる （Forman & Godron, 1986）。また，景観 の不均質性を維持することは，生物にとっての資源 の枯渇や，生物種の絶滅を防ぐために有効である とされる（Myers, 1976; Turner et al., 2001）。しかし， 今回のような低頻度大規模撹乱による景観モザイク の激的変化が，地域の生物多様性や生態系機能に どのような影響を与えたかについては不明な点が多 い。今後，景観レベルで残存生息地の面積や配置が， 地域の生物多様性や生態系機能にどのように影響し
たかを明らかにする際に，今回の土地被覆分類図 は有用である。
本稿で使用したSPOT HRG-2 衛星データの空間 分解能によって，対象範囲における震災前後の全 体的な景観変化の傾向が把握できた。今後は，高 分解能衛星データを用いたサイトスケールにおけるよ り細かいレベルでの景観構造を解析することが必要 だと考える。また，震災から現在に至る多時期の衛 星データも加えて，対象地域における景観動態の経 時変化をモニタリングすることで，今後の生物多様 性や生態系機能の保全と再生に有用な知見をもたら すだろうと推察する。
謝辞
本研究の一部は，文部科学省私立大学戦略的 研究基盤形成支援事業（東京情報大学 S0801024； 東北学院大学 S1103002），JSPS 科研費 24510332, 24810024，25830153 の助成を得て実施された。
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受付日 2013 年 9 月 30 日 受理日 2013 年 11 月 26 日
