衛星 データを用いた火山噴火活動 と植物活性 に関す る調査解析

長崎大学工学部研究報告 第31着 第5

7

3

1 35

衛星 データを用いた火山噴火活動 と植物活性 に関す る調査解析

後藤 健介* ･後藤君之輔** 岸上 正寛***･後藤 松生*

An a l ys i so fVe g e t a t i o nAc t i v i t ybe f o r ea n da f t e rt h eVo l c a ni cEr upt i o n b yUs i n gSa t e l l i t eDa t a

b y

Ke n s u k eGOTO* , Ke i n o s u k eGOTOH* * , Ma s a h i r oKI S I GAMI

a n dMa t s u oGOTO*

J a p a nha se i g ht y‑ t h z eea c t i v evol c a mo esa ndi sa m ongt h eT T K ) S t

J Cl ya f f e c t e dc oun t r ie sbyv ol c a noe r upt i onsi n t hewor l d.Al s oi ndl ey e a r2 ( X 札 Us uv ol c a n oa ndMi ya keI s l a nde r up t e donMa r c h31a ndJ ul y8,r e s p ec t iv e l ya nd t hes eer upt i onsi nf l uer L C edl a rgel yt ot hel i yesofr es i der L t Sa J l dt hei ndus t r ia l s e c t i on.Deyel opl ngf or ecas t i ng t e c hnol ogi e sofe r upt i ons ,notf ul l ye s t a bl i s h e dbypr e s ent ,w il lpr ovi d eusl a r g es oc i a l ben c f i t s .h t hi ss t udy,t h e p os s i b i l i t yofpr e di c t ingvol c a m ice r upt 1 0nWa si nv e s t i ga t e du s i ngc ha ng ei nv e ge t a t i ona c t i vi t yt xf or ea nda 触rt h e e r up t i oni nUs uv ol c a no

abyus i ngs a t e l l i t ed a t a･Th er e s ul ts h ows

a tv e ge t a dona c t i v it yn e a rva l c a no

r opp ed b ef or ee r updon.

1 .

活火山 とは ,現 に活動 している火山の意であり,そ の数 は世界各地 に約

8(

5 00

8 3

1 0%

2 (

,7

火山の存在 は ,豊富 な地下資源や頼光 などによって 周辺地域の住民 に大 きな活力 をもた らすが ,ひ とたび 火山が噴火す ると,人的被害の発生や地域社会への 多 大 な損害 を引 きお こす とい う二面性 を有 している.育 珠山地城では ,噴火活動 により周辺の横光施設 が立 ち 入 り禁止区域 に指定 され ,農林水産業 においては ,降 灰 による収穫量の減少などの被害 を受 けている.また 三宅島 においては ,現在 も全島民の避難生活が続 いて いる. この よ うに ,火山の噴火は住民の生活に大 きな

影響 を与 えるばか りでな く

,1 9

しか しなが ら,現時点 において ,噴火予知技術 は十分 に確立 されていないといえる.

そこで ,広域性 を有 し,かつ反復耕淵が可能 な衛星 リモー トセンシングを用いることによ り,活火山地域 の噴火前後の植生変化 を解析す ることで ,火山噴火の 前兆現象による植生変化 か らの噴火予知の可能性 を検 討 した.今回は研究対象 として

,2

2 .2 0 0

図‑1に研究対象地位置図 を示す.有珠山は ,北海道

平成

1 3

*大学院海洋生産料学研究科

( Gr a du a t eSc ho olofMa r inea ndEng in ee r ing)

**大学院生産科学研究科

( Gr a du a t eSc ho olofSc i e

a J l dTe c h nol ogy)

***西都市役所

( Sa it oci t yOf f i c e )

1 3 6

zA

義

責 ^{雷 曽}

10

後藤 健介 ･後藤君之轄 ･岸上 正美 ･後藤 松生

図

‑ 1

の南端に位置す る内浦湾 と,カルデ ラである洞爺湖に 挟 まれ ,伊達市 ,虻田町 ,壮甘町にまたがる活火山で ある. この活火山は,直径約6

k

k

91

97 7

7

9 7

1 5‑2 0

1 97 7

,2 3

年3月

31

2 7

2 9

1

3 0

今回の2000年噴火は,有珠山頂北西側の山兼一帯で 起 こってお り,3月

31

,4

1

2

,5

2 2

1 0

3 .

3. 1

火山噴火の前兆現象には,火山性地震の群発 .火山 周辺での地帯変動 ,火山の噴気 ,地熱 ,温泉などの温 度や噴出 ･湧水量の変化などがある.今回の噴火では, 火山性地震の増加 ,地下水の自噴などの前兆現象が報 告 されている5). これ らの前兆現象は ,地 中の地下水 位の変動 や地 中における亀裂の発生 な どを引 き起 こ

し,さらに地中におけるこれ らの微妙 な環境の変化は, 樹木 などの植物の活性状態に影響 を与 えている6). し たがって ,火山周辺地城の植生には,その火山の噴火 の前兆現象による地中の微妙 な変化が早期に表れてい るのではないかと考 えられる.そこで ,火山周辺にお ける植生の活性状態の推移か ら,火山噴火の予知 を行 お うとす るものである.

3. 2

リモー トセンシングでは,対象物 か ら反射あるいは 放射 され る電磁波のエネルギーを渦定するが,その対 象物 によって反射 あるいは放射の特性 は異 な って く る. これ を分光反射特性 とい う7).植物の分光反射特 性 は ,その植物の活性状態によって異なる.植物の活 性状態が長い場合 ,近赤外域においては高い反射 を示 すが ,活性状態が下がってい くと,反射 も低いもの と なってい く.この様な植物の分光反射特性 を用いるこ とによって,植物活性度 を調べ ることがで きる.また, 本研究では,有珠山地域の噴火前か ら噴火後にかけて の植物活性の変化 を訴べるために,噴火前のデータと

して (

a)1 996

0

1

997

4

1 9 98

2 9

9 99

9日,(e)1 9 9 9

2

1 5

)2

9

^,(g) 2

1 5

,(h)2

4

3

,(i) 4

1 0

,(i) 5

1 9

1 6

4

今回の解析 には ,地球観測衛星LANDSAT‑5号/

TMセンサー,およびspoT

,2

/HRV

BAND7

0m

20mとなっている.HRV

BAND

l

BAND3までの波長帯 を持つ.空間解像度 は ,

BAND

2 0mとなっている.

衛星 データを用いた火山噴火活動 と植物活性 に関す る調査解析

植生指標の算出に必要 となって くる赤色光域 あるい は近赤外域 の波 長帯 の

BAND

,TM

BAND3

びBAND4

,HRV

BAND2

BAND3

解析手順 としては,まず衛星データか ら対象地の切 り出 しを行 う.切 り出 した衛星データに解析の前処理 として ,画像の幾何的な歪み を補正す る幾何補正 ,空 気 中の大気の影響 を除去す る大気補正の各処理 を行 う.そ して ,植物活性度 を算定式 か ら算出す るのであ る が ,今 回 の 解 析 に は ,正 規 化 植 生 指 標

NDVI ( Nor mal i z e dDi f f er enc eVeget a t i onI ndex)

い た . NDVI

NDVI ‑ ( I R‑ R)/ ( I R+ R)

ここで

,IR

BAND

CCT

( LANDSAT/

TM :BAND4)( SPOT/HRV :BANDS) ,R

BAND

CCT

( LANDSAT/TM :BANDS)( SPOT/

HRV :BAND

1 27

,1 27

こうして得 られた植物活性度の分布 よ り,噴火前か ら噴火活動期 にかけての有珠山地域の植生変化 を明 ら かにす る.

4 .

4. 1

画像‑

1 (a)

4

NDVI

‑1 (a) 〜 (g)

4

画像

‑ 1 (a)に示す ,1 996

1

1

4

NDVI

NDVI

画像 ‑1 (b)の

1 997

9

,1996

(a))

NDVI

1 996

1

1 998

9

28

1 (C)か

,1 997

‑ 1 (b))

NDVI

NDVI

1 37

えに くく,この地域 で噴火の前兆 による環境の変化が 生 じた もの と考 えられ る.

画像

‑ 1 (d)

1 999

1

9

NDVI

雲 による影響 を受けていない地域 を見 ると

,1 998

NDVI

(C))

NDVI

NDVI

画像

‑ 1 (e)

1 999

1 2

1 5

NDVI

NDVI

こまでの

NDVI

,1 999

1 2

1 5

NDVI

NDVI

NDVI

2

㈱

9

NDVI

NDVI

2

,1 999

‑1 (e)

NDVI

画像

‑ 1 (g)

2000

2

1 5

NDV

20(

2

9

NDVI

てお り,積雪 による影響 が大 きい.

2)有珠 山噴火後

画像

一1 (h)

NDVI

画像‑1(h)は ,火山噴火開始か ら4日目の2

0 0

月

3

NDVI

,NDVI

1 999

1 2

1 5

,2 0 0

2

9

,2

2

1 5

‑ 1 (e) 〜 (g))

NDVI

NDVI

NDVI

っていると考 えられ る.

1 38

( a )1 996

11

(d)

1 999

1 0

9

( g) 2∝

2

5

( j ) 2(

1 9

(b)

1 997

9

( e)1 999

1 2

5

(h)

2

( C) 1 998

9

29

( f ) 2( X

2

9

(i

)20 00年

(k)20α)年

6

1 6

画像‑ 1 有珠山地域のNDVI画像 有珠山噴火 か ら11日目の2000年4月1

0

る画像‑

1 (i)で は ,有珠 山南側斜面のNDVI

,2000

‑ 1

(l

)20 0

高

ー

日日

∪ I

N l 低

‑ ■

噴火直後に比べ ,火山活動 が低下 している

2 ㈱

5

9

1

さらに低下 してい ることが伺 える.

マグマ活動の低下 が発表 されてか ら約1ケ月後で あ

衛星データを用いた火山噴火活動 と植物活性 に関す る調査解析

図‑

2

1 80

160 些1 40 喜120 zl OO 80 60

9 6 / 1 0 / 1 1 9 7 / 9 / 4 98 / 9 / 2 9 9 9 / 1 0 / 9 0 0 / 9 / 4

4

NDVI

1 80 160 些1 40 喜1 20 z l OO 80 60

9 6 / 1 α11 97 / 9 / 4 98 / 9 / 29 99 / 1 0 / 9 0 0 / 9 / 4

‑6

NDVI

る

2 0 0 0

6

1 6

‑ I(k)

NDVI

2 0 0

5

1 9

‑ 1

さらに高 くなってい る. しか し,噴火地域である有珠 山頂の北西部 で は ,依然

,NDVI

この画像か らは,噴火地域 は噴煙の影響 を受 けてお ら ず ,噴火活動 によ り植生 が被害 を受 けていることが分 かる.

マ グマの供給停 止 が発表 され てか ら約

2

2 0 0 0

9

4

‑ 1 (1)

NDVI

2 0 0

6

1 6

,2 0 0

6

1 6

NDVI

‑ 1 (k))

1 80 160

# 1 40 云 1 20

≡ I OO

80 60

1 3 9

9 6 / 1 0 / 11 9 7 / 9 / 4 98 / 9 / 2 9 9 9 / 1 0 / 9 0 0/ 9 / 4

図

‑3

NDVI

1 80

160

冒: ;:

1 00 80 60

9 6 / 1 0 / I1 9 7 / 9 / 4 98 / 9 / 29 9 9 / 1 0 / 9 W/ 9 / 4

‑5

NDVI

1 80 160 些 1 40 i1 20 1 00 80 60

9 6 / 1 0 / I 1 9 7 / 9 / 4 98 / 9 / 29 9 9 / 1 0 / 9 0 0 / 9 / 4

‑7

NDV

4. 2

NDV

解析 した

NDVI

,NDVI

NDVI

図

12

,2

図

‑3

‑7

NDVI

まず ,図

‑3

1 40

のNDVIの推移 を見てみ ると,1

996

0月 11

999

1

9

ちのの ,平均 をとればほぼ一定であり,変化は見 られ ない.また,最大値 ･最小値の幅の違いは季節的な変 化によるもの と考えられ る.1

99 9

2

5

‑2α

2

1 5

きい と考 えられ る.噴火後のNDVIは,最大値 および 最小値の幅 も徐 々に広 くなり,平均値 も上昇 している が,2

∝

図‑

4

996

1 0

1

1 997

4

,一

,1 9 97

4

〜1 999

0

9

1(b)〜 (C)か ら分かるように,噴火地域 と

999

2

5

‑200 0

1 5

図‑

5

,1 997

4

,1 998

29

1 99 9

1 0

9

999

2

1 5

〜2000

5

NDVI

996

1

1

‑1 998

29

図

‑6

1 9 96

9 9 9

99 9

2

1 5

‑2

2

1 5

,2000

1 9

200 0

1 9

図‑

7

1 996

1

11

999

0

9

999

1 2 月 1 5

‑20 00

月 1 5

㈱

以上の ことか ら,有珠山噴火前か ら噴火後にかけて の有珠山地域における植物活性 を解析 した結果 ,噴火 地域 においては,噴火前の

1 997

NDVI

5.

今回の調査では ,植物活性に着 日して解析 を行 った 結果 ,火山活動 による影響が噴火前に植物活性の変化 に表れている可能性が確認できた. したがって,噴火 の前兆 は環境 に敏感 な植生 に変化 を及ぼす と考 えら れ ,本研究で授業 している手法が噴火予知に十分適用 で きるもの と考 えられ る.この捷案手法には,広域性 と周期性 を有す る人工衛星データの利用が効果的であ る.また人工衛星データは地表面温度の解析なども可 能であることか ら,その他の火山噴火予知技術 との併 用により様 々な視点か ら粛査す ることで ,より明確 な 前兆現象の確認で き,それが火山噴火の予知精度 を上 昇 させるものと考 えられる. しか し,季節変化の影響 を考 えてい く必要 があり,これ を除去す るとともに , さらに定量的に

NDVI

拳考文献

1

,p.1,1 9 9

2)同上, p.1 65.

3

,ci vi lEngi neer i ng Cons ul t a n t

,pp.1 3‑ 1 4,2

4

2 (

,pp.1 50‑ 1 54

2 0 00.

5)佐藤 努 ･太田英順 ･秋田藤夫 ･鈴木教生 ･松島 書堆 :

2(

,pp.20‑ 26,2( XO.

6

,pp.55,1 9 90.

7)

,pp. 12‑19

1 992.