学位論文内容の要旨

博 士 （ 農 学 ） 劉    陽

学 位 論 文 題 名

    I   ●

Studies on relationships among envlronmentalfaCtorSln      ●

    northeaStASiabyremoteSenSlng

（リモートセンシングによる北東アジアの環境要因間の関係に関する研究）

学位論文内容の要旨

  種々の地球の環境変化は，世界的規模で人間生活に影響を与えており，大きな問題となってしユる。

その ため， 世界 的に地 球環境 システ ムの 観測が 行われ その観 測結果 から 地球圏 ・生物圏および人 間社 会間の 相互 作用を 理解し ようと する 試みが行われている。地球環境変化は，長期間にわたる大 規模 なスケ ール である ため， 衛星リ モー 卜センシング技術がこれらの現象を解明するために，有効 な手 段であ る。 すなわ ち，衛 星デー タは ，大規模な空間的・時系列的データを提供し，持続的かつ 客観 的な情 報で あり， 現地調 査が困 難な 地域のデータも取得可能である。さらに，衛星リモートセ ンシ ング技 術は ，植生 ，土壌 ，水域 ，森 林等のような土地被覆分類，これらの地上特性の抽出，マ ッピング（図イb，さらに気象要素，温室効果ガスの観測も可能である。

  本 研究の 目的は 地域粟 ぢ髱変 化に 関する 研究と して， 衛星 リモートセンシンク技術を用い，NDq

（正 規化植 生指 数）時 系列デ 一夕， 温室 効果ガ ス（以 ・下，C02およびCH4)デ一夕，気候要素デー 夕 伎 温 ・ 降 水 量 ） ， 土 地 被 覆 分 類 デ 一 夕 な ど の 環 境 要 因 の 相 互 関 係 を 知 る こ と で ある 。   研 究地域 は，北 東アジアを対象とし，日本，北朝鮮，韓国，中国東部，モン：カレIロシア連邦を 含む地域で，北緯300 ‑‑55゜，東経110゜〜150の範囲で，面積約5，125，000 krri2である。この地域は，

経済 活動が 急速 に発展 してお り，世 界で 最も経済が活発な地域のーつで，地域環境変化が著しく，

地球環境に及ぼす影響が懸念されている。

  本研 究 に 使 用 し たデ ー タ は ， ＠衛 星 デ 一 夕 とし て ， 気 象 衛星NOAA AVHRR，SPOT VGTお よび MODISなど からNDVI時系列 デ一夕 を，GOS}U'  (Greenhouse gases Observing SATenねめからCQお よび （飄デ ータ を取得 した。 （めS灯は 日本が2009年に 打ち上 げた，世界初の温室効果ガス観測技 術衛 星であ る。 ＠気候 デ二夕 は，1981〜2010年までの「Gkぬa1F貧ゆ鰤mda釧と「G］めm蛔坤eロn鵬 a班皿alydata」を使用した。このデ二夕はメッシュデータで，アメルカ海洋・大気圏局とイギリスの ぬtn：血大 学が作 成した もので ある 。＠土 地被覆 分類デ ・ー タは，2つ の「Gl出dLa皿dCovば由剛 で， アメリ カの メリー ランド 大学（1981〜1994年間の土地被覆）とヨーロッバ宇宙機構Q005〜2006 年間 の土地 被覆 ）が作 成した ものを 使用 した。なお，一部分の解析に土地被覆分類に衛星デ一夕の Iand闘tとAIDSも利 用した 。＠地 ヒ観 測のC0ヒ およびQL濃度 は，温 室ガス の世 界デ・ ータセ ンタ ーからス手した香港と与那国島のデニタであり，G0＆虹￣デ・ータの検証用に使用した。以上のデー タを用いて，以下の解析を行った。

  1） 生 育 期 間 中（6月 〜9月） に お け る ，1982年 ・〜2009年のNm彊気候 要素， および 土地被 覆 変化 問の時 系列 的・空 間的（ 平面Bめな 関係を解析した。最初に，1982〜2009年間のND｀H時系列デ ー タ を ，NOAAA冊 皿ulのGm働Sデ ー夕 （1982〜2006年 ） ，黯 ￣0TVく汀Q003〜2009年 ），お よび MOD珞 のMOD13A2デ 一 夕Q003〜2009年 ） の3デ 一 夕 か ら 重 回 帰 分 析 で 計 算 し た 。 こ のNDu 時系 列デー タか ら，1982年〜2009年 間に ，ND、qの増 加地域 と減少地あ勣瀧認できたが，増加地域 の方 カj多かっ た。ま た， 土地被 覆分類 デ二夕を用いて，土地被覆（森林I草地，農耕地，裸地）ご と のNDVI時 系列デ ータの トレン ドを解 析し た。伺 れの土 地被覆 のND、q時 系列デ ータで 増加の ト レ ン ド が 示 さ れ た が ， 森 林 のND｜ ヽH時 系 列 デ 一 夕 は 年 に よ る 変 動 が 大 き か っ た 。   解 析 地 域 を 降水 量 に 基 づ いて4つ の 気 候帯 に 区 分 し ，NDVI時系 列 デ ー タ と 気候 デ ー 夕 鰮 お

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よ 凋牽 水量 ） との 相関 関 係を 計算 し た。 西部 乾 燥地 域に 属 する 気候 帯 ではNDVIは 降水 量と 強い 正 の相関が示され たが，降水量の増 加に従い，この相 関関係は低下した。 さらに，この地域 におけ るNDVIと気 温 の関 係は 明 白に は表 れ なか った 。 また ，各 気 候帯 につ いて，2つの土地被覆 デ一夕 を 比較 した 結 栗乾 燥地 域 と半 乾燥 地 域で は， 草地の 減少と裸地の増加カ 頓著であり，全気 候帯の 森林では減 少働句であった。

  具体 的な 土 地被 覆変 化 を見 るた め ，衛 星デ ー タか ら過 去30年 間の2都 （中国・瀋陽市， 日本・

札幌市）に おける土地被覆変化 を比較した。

  2） GOSAI｀デ一夕 による東アジア（ 解析地域より広い範 囲）の温室効果ガス濃度（以下，C02およ びCH4)の分 布 図の 作減 を 行っ た。 提 供さ れたGOS/a￣デ・ータ は，メッシュ化さ れていないLeve2 デ 一夕 であ る 。そ のた め ，ク リギ ン グ法CKdぎ 磚mぬod）を利用し，バリ オグラム解析によ り，各 月に適合し たモデルを選んだ。 この各月のモデル を用いて，クリギング内挿メッシュ図を作成した。

（めs亅灯データのク リギング法による 値と地ヒ観測デー夕 値を比較した結果 ，クリギング法の値は 観涙Iデ二夕値よりも23％〜5．4°′卻 妾くなった。作成した12カ月分のC02およびaもの分布図による と，東アジ アにおける（X）2お よびく矼の分布は ，両温室効果ガス濃度とも地域による濃度差異が明 確 で， 季節 変 動が 観測 さ れた。また，冬期お よび春期には高濃 度の（如・2が認められ石炭 燃焼に 伴 う同 ガス の 生成 に関 連 する可能性が推定さ れた。a轟の濃度は，秋期お よび冬期に緯度と ともに 顕著に変動 しており，気温と関 連があると考えら れる。

  3）2） で 解 听 し た 結 果 を 用 い て ，2009年6月 か ら2010年5月 に つ いて ，0Q，ah，NDW， 気 候 要素（気温 と降水量），各土地 被覆デ一夕の関係 を解析した。この解析では偏相関および多重相関を 用 いたダイアグラ ム解析を行った。 その結果，ロシア 極東地域，中国北東 部，および潮ヒ平 原を含 む 地 域 に お い て ， こ の1年 間 の 「NDWとQ刈 お よ び 「NDuと 降 水 量Jの 聞 に 有 意 な 相 関 が あ っ た。この傾向は ，全ての土地被覆 区分（森林，混合 植生地，草地，農耕 地，裸地，都市） で認め ら れた 。す な わち ，北 東 アジ ア地 域 では ，NDVI―QL一降 水 量の3因子が ，重要な因子であ ること が 判明 した 。 さら に， 裸 地で は他 の 因子 に比 較 して ，NDWの変 動 に気温 の影響があった。 全ての 土地被覆区 分で，NDuとC晩の聞 に負の相関が認め られた。

  メッ シュ ご とに 重回 帰 分析 を行 っ た結 果NI）uとC（b．（ニ 眦の関係およびND、Hと降水 量・気 温 の関係が，高い 重相関係数を示し た。特にこれらの 関係は草地で他の土 地被覆区分より， 高い重 相関係数を 示し，者肺は最も低 い値であった。

  4）GOATに 搭 載 さ れ て い る 光 学 セ ン サ に つ いて ， 将来 の鉦DT（ヨ ーロ ッ バ） やMODIS（ ア メ リ カ ，NAS心 のNDヽqデ ー タ と の 互 換 性 に つ い て解 析し た 。そ のた め ，0彊 む虹C組デ 一夕 （ 分 解能12．5bめとsIめTV（打NDVl（分鯆亀O．8エ曲 ）デしタについて ，異なる季節の植生およびdニ地 被 覆 を 比 較 し た 。 （ めSATCAIk瑚3デ ー タ を 利 用 し て ， 最 大 値 コ ン ポジ ッ トQWC）法 によ り ， 2009年n月 ，2010年1月 ，4月 ，7月 にお け る東 アジ ア 地域 の10日 コン ポジ ッ トNDヽqを 算出 し ， こ れら の値 を 同期 間に お けるSK冫TVGTND、qの10日 コ ンポ ジッ ト デ一夕 と比較した。その 結果，

2つのM）Wデ ータ セ ッ卜 に相関関係 があり，その季節 による変動はなかっ た。しかし，2つのND、H デ 一夕 セッ ト は植 生の 類 型と土地被覆で相関 の程度が異なって いた。sPOTVGTデータは，G0＆虹￣

（ ニMデ ータ と比 較 する と， 高 空間 分解 能 が原 因で ， 植生 が多 い 所は高 いM）ヽqを示した がGa虹

（湖データ は植生が少ないとこ ろでやや高い値を 示した。

  本研 究の 主 な結 果は ， 以下の通りである。 膨大な衛星デ二夕 を利用して，北東 アジアのNDヽH時 系 列デ 一夕 を 計算 した 。 この デー タ から ，1982年〜2009年 間に ，ND、qの増加地域と減少 地蜘瀧 認 でき たが ， 増加 地域 の 方が 多か っ た。G0＆ 虹 デ二 夕に よ る， 東ア ジ アのC02お よびa轟の 分布 を 計算し，両ガス 濃度とも地域によ る濃度差異が明確 で，季節変動が観測 できた。北東アジ ア地域 で は， 解析 に 使用 した 因 子の中で，NDW一降水量一Qhの3因仔・ カj，重要 な因子であること が判明 し た 。 ま た ， 将 来 のた め， （ ｝0＆ 虹゛CAIデ ・ー タ とsPOTVく 汀NDVIデ二 夕の 比 較を 行っ た 。

学位論文審査の要旨 主査 副査

副査 副査 副査

准教授 教授 教授 教授 講師

谷 大崎 齋藤 野口 王

学 位 論 文 題 名

     宏      満      裕      伸 秀峰

     ●   I

Studies on relationships among envlronmentalfaCtorSln      ●

    northeaStASiabyremoteSenSlng

（ リ モ ー ト セ ンシ ン グ によ る 北東 ア ジ アの 環 境要 因 間 の関 係 に関 す る 研究 ）

  本論 文は7章か らなり ，図60，表22， 弓｜用 文献155を 含む170ベー ジの英文論文で，参考論文 3編 が添え られ ている 。

  種々 の地球 の環境 変化 は，世 界的規 模で人 間生活に影響を与えており，大きな問題となってい る。 地球環 境変化 は，長 期間に わた る大規 模なス ケールであるため，衛星リモートセンシング技 術が これら の現象 を解明 するた めに ，有効 な手段 である。衛星データは，大規模な空間的・時系 列的 データ を提供 し，持 続的か つ客 観的な 情報で あり，現地調査が困難な地域のデータも取得可 能で ある。 さらに ，衛星 リモー トセ ンシン グ技術 は，植生，土壌，水域，森林等のような土地被 覆分 類｜こ れらの 地上特 性の抽 出， マッピ ング， さらに気象要素，温室効果ガスの観測も可能で ある 。

  本研 究の目 的は， 地域 環境変 化に関 する研 究とし て， 衛星リ モート センシ ンク 技術を 用い，

NDVI（ 正 規 化植 生 指 数） の時系 列デ一 夕，温 室効 果ガス （以下 ，C02とCH4)デ ー夕， 気候 要素 デー 夕（気 温と降 水量） ，土地 被覆 分類デ 一夕な どの環 境要 因の相 互関係 を知る ことで ある。

  研究 地域は ，北東 アジ アを対 象とし ，日本 ，北朝鮮，韓国，中国東部，モンゴル，ロシア連邦 を 含 む 地 域 で ， 北 緯30° 〜 55゜ ， 東 経110°¥‑150゜ の 範囲 で ， 面 積 約512万lanで あ る 。   本 研 究 の 使 用 デ ー タ は ， ＠ 衛 星 デ ー 夕 ： 気 象 衛 星NOAAA帽RR，SPOTVGTお よ びMODISな ど か らNDW時 系 列 デ ー タ を ，GOS灯 （Greenhouseg闘csobservingSATemtc冫 か らC02とC出 デ ータ を取得 した。 ◎気候 デー夕 ：1981〜2010年ま での「Globalprecipita60ndata」 と「G10bal temp田白lrean0血lydata」を使用した。◎土地被覆分類デー夕：2つの「G10balLandCoverda．ta」 で， アメリ カのメ リーラ ンド大学とヨー口ッパ宇宙機構が作成したものである。＠地上観測のC02 とCH4濃度 ：香港 と与那 国島の デー タで，GOSATデ ータの 検証 用に使 用した 。以上 のデ ータを用 いて ，以下 の解析 を行っ た。

  1）1982〜2009年 間 のNDW時 系 列 デ ータ か ら，NDvIの増 加地域 と減少 地域を 確認し た結 果，

増加 地域の 方が多 かった 。また ，土 地被覆 分類デ ータを用いて，土地被覆クラス（森林，草地，

農 耕地 ， 裸 地 ） ご とのNDW時 系列デ ータ のトレ ンドを 解析し た結 果でも ，全て のクラ スのNDvI は増 加傾向 を示し た。

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  解 析 地 域 を降 水 量 に 基 づいて4つ の気候 帯に区 分し，NDVI時系 列デー タと 気候デ 一夕と の相 関関 係を計 算し た。西 部乾燥 地域に 属す る気候 帯では ，NDVIは 降水量 と強い 正の 相関を 示した が，降 水量の増加に従い，この相関係数は低下した。乾燥地域と半乾燥地域に属する気候帯では，

草 地 の 減 少 と 裸 地 の 増 加 が 顕 著 で あ り ， 全 気 候 帯 の 森 林 は 減 少 傾 向 で あ っ た 。   2） GoslX:rデー タで クリギ ング法 によりC02とCH4の 内挿 メッシ ュ図を 作成した。この計算値 と地上 観測デー夕値を比較した結果，クリギング法の値は観測デー夕値よりも2.3％〜5.4％低くな った 。作成 した12カ月分 のC02とCH4の分 布図に よると ，東ア ジア （北東 アジア より広 い範囲 ） にお けるC02とCH4の 分布は ，両温 室効果 ガス 濃度と も地域 による 濃度差 異が 明確で ，季節 変動 が観測 された 。また ，冬 期およ び春期 には， 高濃度 のC02が認 められ ，石炭 燃焼に伴う同ガスの 生成に 関連す る可能 性が 推定さ れた。CH4の 濃度は ，秋 期およ び冬期 に緯度 とともに顕著に変動 してお り，気 温と関 連が あると 考えら れた。

  3）2）で 解 析 し た 結果 を 用 い て ，2009年6月 か ら2010年5月に つい て，C02，CH4，NDVI，気 候要素 ，各土 地被覆 デー タの関 係を解 析した 。この 解析では偏相関および多重相関を用いた。そ の結果 ，口シ ア極東 地域 ，中国 北東部 ，およ び華北 平原を含む地域において，この1年間のrNDVI とCH4̲1お よ び 「NDVIと 降水 量」の 間に 有意た 相関が あった 。こ の傾向 は，全 ての土 地被覆 区 分で 認めら れた 。すな わち， 北東ア ジア 地域で は，NDVI−CH4一降水 量の3因子 が，重 要な因 子 であ る こ と が 判明 し た 。 また ，全て の土地 被覆区 分で，NDVIとC02の間 に負 の相関 が認め られ た。

  メ ッ シ ュ ごと に 重 回 帰 分析を 行った 結果，NDVIとC02． CH4の関係 およびNDVIと降 水量 ・気 温の関 係が， 高い重 相関 係数を 示した 。特に これら の関係は草地で他の土地被覆区分より，高い 重相関 係数を 示し， 都市 は最も 低い値 であっ た。

  4） GOSAl'に 搭 載 さ れ てい る 光 学 セ ンサ に つ い て ， 将来 のSPOTやMODISのNDVIデ亠夕 との 互 換性 に つ い て 解 析し た 。GOSATCAI Level3デ ー タを 利 用 し て ，最 大 値 コ ン ポジ ッ ト(MVC) 法に よ り ，2009年11月 ，2010年1月 ，4月，7月に おける 東アジ ア地域 の10日 コンポ ジットNDVI を算出 し，こ れらの 値を 同期間 におけ る SPOT VGT NDVIの10日コンポジットデータと比較した。

その 結果，2つ のNDVIデ ータセ ット に相関 関係が あり， 季節に よる 変動は なかっ た。し かし ，2 つ のNDVIデ ー タ セ ッ ト は 植 生 の 類 型 と 土 地 被 覆 で 相 関 の 程 度 が 異 な っ て い た 。   以上の ように ，衛 星デー タを主 として 利用 し，植 生，土地被覆，気象要素，温暖化ガス等の環 境因 子 間 の 関 係を 明 ら か にし ，またGOSATデ ータを いち 早く利 用して 温暖化 ガス 濃度の 分布を 実利用 可能に した成 果は ，学術 上，応 用上， 高く評 価される。よって，審査員一同は，劉陽が博 士（農 学）の 学位を 受け るのに 十分な 資格を 有する もの と認め た。

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