乾燥地の時系列分析

乾燥地の時系列分析

環境情報学部2年　木村詩織

総合政策学部1年　大出亜矢子

乾燥地

の時系列分析

環境情報学部2年　木村詩織

総合政策学部1年　大出亜矢子

背景・目的

中国の半乾燥地における土地被覆・土地利用は過去30 年間で 大きく変化している.

中国内蒙古自治区では1987 年から1996 年にかけて 耕作地面積が22.1％増加している(Yang and Li, 2000)． また，1950 年代以降に過耕作，過放牧，過伐採などの 不適切な土地利用が進んでいる．

中国内蒙古自治区東部に位置するホルチン砂地は，

近年急速に砂漠化が進行している

土地に適した土地利用がなされなければ，

土地荒廃が発生する可能性がある

．

急速な土地被覆変化をしている半乾燥地では

その実態把握のために土地荒廃の程度を

対象地域とデータ

ホルチン砂地は中国内蒙古自治区東南部に

位置する東経119°～123°，北緯42.5°～45°

の範囲にある面積約4.23 万km2の土地である．

今回，都喜村周辺を

対象に分析をした．

使用した衛星画像

　　　　

データ

時期

　

精度

　　　Landsat/TM　

1984.07.10 30m

　　　Landsat/TM 　1988.09.23 30m

　　　Landsat/TM 　1990.07.11 30m

　　　Landsat/TM 　1995.09.11 30m

これらの画像をもとに都喜村周辺のサブセットを

作成し，演算・分析を行った．

データ入手方法

科爾沁左翼後旗カンチカの月別降水量・基本統計量データ 　厳網林,宮坂隆文（2003） 　コルチン砂地における砂漠化の進行過程と政策影に関する時空間分析より Chifeng とJarud Qi の1982年～1999 年の月別降水量データ 　　（→年降水量を算出し，解析に用いた） 　千葉大学大学院自然科学研究科　長田甫， 　千葉大学 環境リモートセンシング研究センター　近藤昭彦（2006）　 　　衛星画像を用いた長期植生変動モニタリング 　　～中国内蒙古自治区を事例として～　　　　　より 　　

分析手法

NDVI（植生指数）･･･植物の葉が青と赤の波長を吸収し， 　　　　　　　近赤外線領域の波長を強く反射する特性を 　　　　　　　利用した指数 →植生指標ＮDVIが小さい＝植生が少ない SAVI（植生指数）･･･ NDVIに背景土壌の反射の影響 　　　　　　　(乾燥地における土壌からの強い反射）を 　　　　　　　配慮した指数 NDWI(土壌水分指数)･･･対象物からの放射エネルギーを用いた　　 　　　　　　土壌水分量の推定 NDSI（正規化土壌指数）･･･土壌に関して植生と水域の変化は 　　　　　　　空間的スケールで見ると比較的狭い 　　　　　　　範囲で認められるが、土壌はより 　　　　　　　大きい範囲で変化する特徴を持っている。

　　　NDVI＝(NIR－RED)/(NIR＋RED）

SAVI＝(NIRーRED)/(NIR＋RED＋L）×(１＋L)

Lとは土壌の補正係数であり、植生の被覆率が 非常に高い→０ 適当である→0.5 非常に低い→１ NIR：近赤外（ランドサットTMの場合、バンド4）の反射率. RED：可視・赤色（ランドサットTMの場合、バンド3）の反射率. SWIR：中間赤外（ランドサットTMの場合、バンド５・７）の反射率.

ラスタ演算式

今回、使用したバンド

　　　　 　　　　　NIRーバンド４ 　　　　　REDーバンド３ 　　　　　SWIRーバンド５ 　※NDWIではVIS(可視チャンネル）としてバンド3を使用 土壌水分指数

NDWI=(ＶＩＳ-ＳＷＩＲ)/(ＶＩＳ+ＳＷＩＲ)

正規化土壌指数

NDSI=(ＳＷＩＲ-NIR)/(ＳＷＩＲ+NIR)

(Float([subset.img - Band_4]) - Float([subset.img - Band_3])) /

(Float([subset.img - Band_4]) + Float([subset.img - Band_3])) ＧＩＳでのラスタ演算 IMAGINEにおけるラスタ演算 ($n1_subset1984(4) - $n1_subset1984(3)) / ($n1_subset1984(4) + $n1_subset1984(3)) 各指標の平均値の算出はＧＩＳを用いて計算し、 散布図を作る際はIMAGINEで計算した画像を用いた。

ＳＡＶＩ _{(植生指数）}

　　　LANDSAT TMデータ 1984.07.10

　

1984　　　　　　　1988

SAVI

LANDSAT TMデータ 1984.07.10 　　　0 - 80139(MEAN= -0.0609166)　…5.2％ 　　　1 - 1453389(MEAN=0.284776)　…94.8％ LANDSAT TMデータ 1988.09.23 　　　0 - 42417(MEAN= -0.267131)　…2.0％　 　　　1 - 2111599(MEAN= 0.280827)　…98％ LANDSAT TMデータ 1990.07.11 　　　　0 - 67601(MEAN= -0.11439)　…4.41％ 　　　　1 - 1464559(MEAN= 0.284474)　…95.6％ LANDSAT TMデータ 1995.09.11 　　　　0 - 91796(MEAN= -0.218322)　…4.26％ 　　　 1 - 2062220(MEAN= 0.307158)　…95.7％ ホルチン砂地では 7月に植生が育ち始め， 9月上旬が最も植生が 多くなる時期である 　　　　↓ 時期が近い1984年と 1988年，1990年と1995 年の比較をして 植生が増えているのは 季節の影響があると考 えられる．

時期が同じころである1984年と1990年、

1988年と1995年のＳＡＶＩ結果をラスタ演算で引く

↓

1990－1984　　　　　　　

減少データ（茶色）　743599 増加データ（緑色）　787441

1995－1988　　　　　　

減少データ（茶色）　975990 増加データ（緑色）　1178026

結果：植生の量はいずれも

増加

している

この結果に対して降水量を考慮する

　　　　　　　↓

砂漠化地域において植生量は降水に大きく

作用されるためである

最も都喜村に近い降水量観測地点の Ganjig（ホルチン左翼後旗甘旗峠鎮）は 都喜村から約５０キロ離れた場所に位置し、 （東経121°53′～122°33′，北緯42°42′～43°5′） Chifeng（赤峰）とJarud Qi（扎魯特旗）は中国内蒙古自治区の 南東部，北緯41 度～46 度，東経116度～124 度に位置する

年・月 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 年間 1961 1973 1984 42.7 58.4 184.2 1987 5.4 2.3 9.9 1.7 48.1 59.1 148.9 169.5 35.9 5.1 3.7 0 489.6 1988 1.4 1.5 0.7 13.8 33.5 29.7 59.5 156.7 121.4 26.8 0 0 445 1989 5 6.1 0.9 6.7 66.9 110.4 120.8 8.6 45 23.6 0.6 0.3 394.9 1990 3.1 12 29.9 40 68 68.9 151.2 74.5 65.8 3.3 8 5.6 530.3 1991 1.2 0.2 0.9 17.7 14.6 164.2 191.5 29.1 92.2 23.7 3.6 0.8 539.7 1992 0.2 0.7 5.2 12 34.3 77 212.8 77.9 32.9 25.7 11.1 2 491.8 1993 0 1.1 7 12.6 15.1 108.3 65.8 97.7 18.1 9.9 11.8 6 353.4 1994 1 0.1 6.9 0.2 74.5 48.2 325.4 100.6 26.7 2.8 0.5 3.2 590.1 1995 0 6.7 9.6 24.1 57.1 130.9 55.6 15.3 34.5 0.8 334.6 1996 0.2 0.1 24.3 11.7 39 65.1 101.9 70 16.1 14.7 11.9 0.8 355.8 1998 1.2 2.3 8.2 16 21.6 27.9 130.5 228.7 21.2 12.7 5 0.9 476.2 1999 369.3 2000 377.8 2001 2002 2003 0 0 2.9 1.8 24 68.2 44.1 96.6 13.7 38.4 3.3 0.2 293.2 431.6 表１　科爾沁左翼後旗カンチカの月別降水量(mm) 平均年間降水量

表．月間降水量

（甘旗）

年間降水量グラフ

（

甘旗

）

月別降水量 0 50 100 150 200 250 300 350 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 月 降水量 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1998 年間降水量(1987～1996) 0 100 200 300 400 500 600 700 年度 降水 量 年間降水量 半乾燥地域において 年間の降水量は安定して いない 月の降水量も年によって 降る量が異なる

1988年と1990年は衛星写真が撮られた月と前月に 甘旗では200ミリを越える降水があった 月別降水量 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 月 降水量 1988 1900 1995

甘旗の1984年年間降水量データがなかったので

参考に他２地点の降水量を見た

だが、1993年と1994年の降水量において

甘旗と大きな違いがあるためにあまり参考には

ならないと思われる

1984年6月・7月・・・比較的少ない降水量

1988年8月・9月・・・多くの降雨があった

1990年6月・7月・・・合計500ミリを超える降雨があった

1995年8月・9月・・・例年を下回る降水量

よって、

1984年から1990年の植生量の増加は

降水量の影響も考えられる

では、

ここで、社会的背景を見ていくと・・・

1980年末から大規模な農地開発が始まり、

食糧増産

が行われた。

草原が次々と農地に変えられ、

後旗の農作物作付面積は1984年には11.2万haで

あったのが1999年には13.4万haとなり、

食料総生産量は1992年から1999年の間で

約21万トン（35.8万トンから57.1万トン）増加

した。

また，人口の急増に伴い，1990年代以降には エネルギー源（蒔）として多くの植林が行われる傾向にある． また，退耕還林（草）政策で経済林を植栽する農家も増えている．

散布図

縦軸にNDVIを，横軸をNDWIとして相関を見たところ，

1984年と1995年はマイナスの相関係数を示すのに対し，

1988年と1990年は正の相関がある．

考察

植生指標ＮDVIが小さいことは植生が少ないことを意味する

植生は水分を多量に含むことから，

　　NDVlが小さいとＮＤＷＩも小さくなる

　NDVlの大きな場所では当然，水分指標ＮＤＷｌも大きい

　　

だが、植生指標NDVIに対して水分指標ＮＤＷｌが

　　小さい（負の相関である）ことは,

　　その植生が土壌水分の不足によって

　　水ストレスを受けている

ことを意味する．

降水量のデータから見ても 1988年と1990年は例年よりも多い降水量が あったために植生と土壌水分は正の相関となった．

→しかし、画像が取られた月と先月に

　　降水量が少なかった1984年と1995年は

　　NDVIとNDWIは

負の相関

である．

時系列での植生の増加分は自然な植生による

ものではなく，人為的なもの（農地・経済林）である．

結論

干ばつの年には植生の生育が制限されるが，

そうでない年には農業などの別の要因が

植生に強い影響を与える．

　　　　　　　↓

今回の結果から，降水量と土壌ストレスとの関係は

一定の傾向があるといえる．

　そして，このまま農地開発による食料増産を

続けていけば

例年の降水量でも

土壌に水スト

レス（土壌の劣化）が生じる可能性もある．

課題

ＮＤＶＩなどの指標を用いた際に，

土壌の反射など誤分類されたデータも含まれる

　→スペクトル特性を考慮して正しく分類する

　　必要がある

農地開発とともに牧業も盛んになっている

　→牧業の影響を見る指標と

　　砂漠化進行を裏付ける検証が必要である

謝辞

分析を進めるにあたってデータの提供と助言を

してくださった厳網林教授，

IMAGINEなどで作業する際に

親切に教えてくださったＳＡの大場さんに

多大な感謝の意を表したい

参考文献

厳網林，宮坂隆文（2003） コルチン砂地における砂漠化の進行過程と政策影に関する時空間分析 ＜http://www.kri.sfc.keio.ac.jp/report/mori/2003/A-2/Part1.htm＞ 千葉大学大学院自然科学研究科 長田甫, 　同大学環境リモートセンシング研究センター 近藤昭彦（2006） 衛星画像を用いた長期植生変動モニタリング ～中国内蒙古自治区を事例として～ ＜http://www.chikatsulab.g.dendai.ac.jp/s_forum/pdf/2006/%E7%AC%AC%EF%BC%91%E3% 　　82%BB%E3%82%AF%E3%82%B7%E3%83%A7%E3%83%B3/13_osada.pdf ＞ 長澤 良太,原 慶太郎,金子 正美（2007）古今書院 自然環境解析のためのリモートセンシング・GISハンドブック