SPMによる 日 本 海 域 側 の 黄 砂 沈 降 量 分 布 の 推 定 と 可 視 化 金 沢 工 業 大 学 情 報 フロンティア 学 部 メディア 情 報 学 科 中 野 侑 宮 崎 綾 子 1
研 究 の 背 景 黄 砂 が 飛 来 することによって 人 体 に 鼻 水 痒 みといった 呼 吸 器 官 への 被 害 や 目 や 耳 への 被 害 がある [1] このために 黄 砂 がどのくらい 日 本 に 飛 来 しているかを 調 べる 必 要 がある 2006 年 度 S-PLUS 学 生 研 究 で 直 江 智 宏 が 黄 砂 沈 降 量 に 関 する 発 表 [2] を 行 っていたが 問 題 点 がいくつかあった 問 題 点 北 陸 三 県 の 黄 砂 沈 降 濃 度 分 布 しか 求 めていない 面 的 な 補 間 を 行 うのにクリギング 法 を 使 用 しているが 広 域 への 適 用 が 難 しい これらを 改 善 したい! 2
研 究 の 目 的 1. 研 究 の 対 象 を 日 本 海 域 側 にし 黄 砂 沈 降 量 分 布 の 推 定 と 可 視 化 を 行 う 2. 点 的 ではなく 面 的 に 解 析 を 行 う 3. 黄 砂 の 流 れのアニメーションをGoogle Earth 上 で 表 示 する 多 くの 人 に 日 本 にどのように 黄 砂 が 飛 来 して いるのかを 知 ってもらう 3
黄 砂 現 象 とSPMについて 黄 砂 現 象 中 国 大 陸 西 部 のタクラマカン 砂 漠 や 北 部 のゴビ 砂 漠 などの 乾 燥 地 帯 で 巻 き 上 げられた 砂 の 粒 子 が 上 空 の 強 い 偏 西 風 に 乗 って 運 ばれる 現 象 日 本 では 冬 の 終 わりから 春 先 にかけて 飛 来 し 日 本 の 様 々な 地 域 で 観 測 されている SPM SPM(Suspended Particulate Matter)とは 大 気 中 に 浮 遊 して いる 粒 子 の 直 径 が10µm 以 下 の 粒 子 状 物 質 [3] 発 生 源 は 工 場 のばい 煙 自 動 車 排 気 ガスなどの 人 の 活 動 に 伴 うもののほか 自 然 界 由 来 ( 海 塩 の 飛 散 火 山 森 林 火 災 など)のものがある [1] 4
研 究 の 流 れ 観 測 局 107 局 分 のSPMデータの 収 集 SPMデータの 整 理 (マクロ 作 成 ) SPMデータから 解 析 日 の 選 定 を 行 う その 期 間 のデータをS PLUSによりデータ 解 析 等 高 線 をもとにPhotoshopで 色 分 けし 日 本 地 図 と 合 成 KML 言 語 を 用 いてGoogle Earth 上 にアニメーションとして 載 せる 5
SPMデータ 収 集 以 下 の 条 件 でデータの 収 集 を 行 った 収 集 元 環 境 省 ホームページ[4] 収 集 地 域 日 本 海 側 11 府 県 収 集 期 間 2007 年 の3 月 28 日 から5 月 31 日 の 約 2ヶ 月 間 格 納 データ 観 測 局 ごとに1 日 につき24 時 間 の 値 観 測 した 府 県 青 森 秋 田 新 潟 富 山 石 川 福 井 京 都 鳥 取 島 根 山 口 福 岡 同 じ 日 本 海 側 の 県 である 山 形 県 と 長 崎 県 はSPMデータが 欠 損 していたため 研 究 対 象 から 省 いた 6
データの 整 理 I. 各 府 県 ごとの 日 別 のSPM 値 を 求 める 下 の 図 は3 月 28 日 ~4 月 11 日 における 日 本 海 域 側 のSPM 値 の 変 化 量 を 表 したものである (μg/m3) SPMの 変 化 量 (3 月 28 日 から4 月 11 日 ) 180.0 160.0 140.0 120.0 100.0 80.0 60.0 40.0 20.0 0.0 3/28 3/30 4/1 4/3 4/5 4/7 4/9 4/11 青 森 秋 田 新 潟 富 山 石 川 福 井 京 都 鳥 取 島 根 山 口 福 岡 図 1 SPMの 変 化 量 7
境 界 値 の 求 め 方 データの 整 理 II. 黄 砂 飛 来 判 定 と 境 界 値 の 設 定 SPMデータには 黄 砂 に 関 係 の 無 い 生 活 粉 塵 も 含 まれている 生 活 粉 塵 はほぼ 一 定 であるために 黄 砂 の 飛 来 していない 日 を 調 べ その 日 のSPM 値 からある 一 定 以 上 の 値 は 黄 砂 であるという 境 界 値 を 求 める 必 要 がある 直 江 智 宏 [2]が 用 いたのと 同 じ 平 成 16 年 度 の 川 口 和 男 氏 の 放 送 大 学 修 士 論 文 [5]で 求 められた 黄 砂 飛 来 判 定 の 回 帰 曲 線 C=1.4642μ1+9.3471を 使 用 Cは 境 界 値 であり μ1は 黄 砂 未 飛 来 日 のSPM 平 均 値 である 表 1 各 府 県 の 境 界 値 府 県 名 青 森 秋 田 新 潟 富 山 石 川 福 井 京 都 鳥 取 島 根 山 口 福 岡 境 界 値 (μg/m3) 25.5 28.5 36.4 29.7 28.5 33.8 35.2 34.6 40.4 48.4 52.4 8
解 析 日 の 選 定 SPMグラフに 境 界 値 を 含 めたグラフを 作 成 した (μg/m3) 140.0 120.0 100.0 80.0 60.0 40.0 20.0 石 川 境 界 値 (3.28~4.11) 4 月 1 日 2 日 に 黄 砂 の 飛 来 が 確 認 できる 0.0 3/28 3/30 4/1 4/3 4/5 4/7 4/9 4/11 根 上 三 馬 七 尾 小 松 松 任 西 南 部 津 幡 内 灘 能 登 島 美 川 境 界 線 4 月 1 日 と2 日 に 石 川 県 に 黄 砂 が 飛 来 していること が 確 認 されている 他 の 府 県 のグラフも 同 じ ようなグラフになったが 秋 田 と 青 森 は 選 定 した 日 に 黄 砂 が 飛 来 していな かった グラフより3 月 31 日 から 4 月 3 日 までがSPM 値 の 差 が 分 かりやすい 為 解 析 日 に 選 定 した 図 2 石 川 県 の 日 別 SPM 値 ( 赤 線 は 境 界 値 を 表 している) 9
S-PLUS 用 データセットの 作 成 本 研 究 では 扱 うデータの 数 が 膨 大 であり また 境 界 値 の 設 定 や 純 粋 な 黄 砂 沈 降 量 を 手 作 業 で 求 めるには 時 間 と 手 間 がかかるためにマクロの 作 成 を 行 った データの 整 理 が 終 わるとS-PLUSに 入 力 が 出 来 る 形 式 に 変 換 される 図 3 S-PLUS 用 データセット 形 式 10
解 析 の 方 法 本 研 究 では 黄 砂 を 対 象 にしているため 地 域 によって 沈 降 してくる 時 間 が 異 なり また 範 囲 が 青 森 から 福 岡 では 相 当 な 距 離 がある SPMデータの 値 にバラつきが 生 じ バリオグラムがうまく 機 能 しなかったため 結 果 的 にクリギング 法 での 広 範 囲 の 空 間 分 布 の 推 定 は 出 来 なかった 今 回 は 広 域 でのシミュレーションが 可 能 な 補 間 法 を 使 用 し 面 的 空 間 分 布 の 推 定 を 行 う 11
黄 砂 沈 降 量 の 面 的 分 布 空 間 的 な 情 報 を 得 るためにSPMデータを 収 集 した 全 国 の 観 測 局 の 位 置 をプロットした これをもとに 面 的 分 布 を 推 定 する [6] 黒 い 点 が 観 測 所 の ある 場 所 図 4 全 国 の 観 測 局 をプロットした 画 像 12
補 間 の 方 法 等 高 線 を 表 示 させるためにS-PLUSによる 補 間 を 行 う 今 回 使 用 した 補 間 方 法 は 不 整 三 角 網 モデルのデローニ 三 角 形 を 用 いる デローニ 三 角 形 は 多 角 形 の 一 辺 を 共 有 する 地 形 点 同 士 を 結 んで 作 られる 三 角 形 群 のことである [7] 13
デローニ 三 角 形 による 補 間 図 中 の のSPMを 観 測 した 地 点 はランダム 状 に 配 置 されている 値 の 分 からない 場 所 の 面 的 な 値 を 推 定 するには 補 間 する 地 点 から 一 番 近 い3 点 のSPM 値 で 三 角 形 を 作 り その 三 角 形 の 面 で 補 間 する 場 所 の 値 を 推 定 する [8] 図 5 デローニ 三 角 形 補 間 を 行 う 際 の 間 隔 は S-PLUSのデフォルト 間 隔 で ある0.05 度 間 隔 で 行 っている 14
黄 砂 分 布 の 等 高 線 図 5の 結 果 から 補 間 を 行 い 黄 砂 の 分 布 を 等 高 線 で 表 示 させる 補 間 されたデータを 使 用 し 等 高 線 を 求 めた [8] 図 中 の 数 値 はSPM 値 で あり 数 値 が 高 いほど 黄 砂 の 沈 降 量 が 多 いことを 示 す これをもとに 画 像 を 加 工 し アニメーション 表 示 を 行 う 図 6 等 高 線 (4 月 1 日 12 時 ) x 軸 y 軸 はそれぞれ 経 度 緯 度 を 表 している 15
SPMデータの 可 視 化 SPMデータの 等 高 線 をもとに 色 を 塗 り 日 本 地 図 と 合 成 させ 等 濃 度 図 を 作 成 する Photoshopを 使 用 し 色 を 塗 る 濃 度 値 が 薄 いほど 黄 色 に 近 く 濃 いほど 赤 に 近 い 色 にする 濃 度 値 は10から250まで で 50 刻 みで 行 う 図 7 等 濃 度 図 16
日 本 地 図 との 合 成 色 分 けした 濃 度 図 と 日 本 地 図 を Photoshopを 用 いて 合 成 する 図 8のような 画 像 を 3 月 31 日 から4 月 3 日 の 各 24 時 間 分 合 計 96 枚 作 成 し アニメーション 表 示 を 行 った [6] 図 8 合 成 させた 日 本 地 図 17
アニメーション 表 示 例 として3 月 31 日 の15 時 4 月 1 日 2 日 3 日 の0 時 の 画 像 を 以 下 に 示 す 図 9 黄 砂 沈 降 量 アニメーション アニメーションの 結 果 から 西 から 東 に 黄 砂 が 流 れて いることがわかった 18
Google Earth 上 での 表 示 1. Google Earth 上 で 日 本 のエリアに 合 う ように 画 像 を 配 置 する 経 度 と 緯 度 を 設 定 する 2. Time SpanというKML 言 語 を 用 いて 全 ての 画 像 を 時 間 別 に 表 示 させ アニメーションにする 3. 完 成 したKMLファイルをGoogle Earthで 読 み 込 む 19
Google EarthとKMLについて [9] Google Earthとは Google 社 が 配 布 している バーチャル 地 球 儀 ソフト 航 空 写 真 や 衛 星 画 像 が 使 われ ており 立 体 図 も 表 示 可 能 KMLとは 三 次 元 地 理 空 間 情 報 の 表 示 を 管 理 するために 開 発 されたXMLベースの マークアップ 言 語 目 印 イメージ 3Dモデルなどを 表 示 させることができる 図 10 Google Earth 図 11 KMLによる3Dモデルの 表 示 20
Time Spanを 用 いたアニメーション Time Spanとは 画 像 などを 時 間 を 指 定 して 表 示 させることのできる 機 能 である [9] 今 回 はこれを 用 いてアニメーションを 作 成 した 図 12 Google Earth 上 のアニメーション 21
まとめ アニメーション 結 果 から 黄 砂 の 動 きを 観 察 して みると 黄 砂 が 西 から 東 へ3 月 31 日 までと4 月 1 日 から 二 度 繰 り 返 して 飛 来 していることがわかった 各 府 県 で 収 集 した 実 際 のSPM 値 とS-PLUSで 解 析 したSPM 値 に 多 少 の 誤 差 が 生 じる 府 県 も あった S-PLUSでは 補 間 法 で 観 測 所 以 外 の 場 所 の 数 値 を 推 定 しているが 場 所 が 離 れているため 多 少 の 誤 差 が 生 じたのではないかと 考 えられる 22
参 考 文 献 [1] フリー 百 科 事 典 ウィキペディア(Wikipedia) (http://ja.wikipedia.org/wiki) [2] 直 江 智 宏 ( 金 沢 工 業 大 学 工 学 部 ) SPMによる 黄 砂 沈 降 量 の 空 間 分 布 の 確 定 2006 年 度 S-PLUS 学 生 研 究 (http://www.msi.co.jp/splus/events/student/2006pdf/st06naoe.pdf) [3] 大 気 汚 染 の 発 生 源 沿 道 環 境 対 策 技 術 SPMの 対 策 技 術 (http://www.mlit.go.jp/road/road/new5/01/1a.html) [4] 環 境 省 ホームページ 大 気 汚 染 物 質 広 域 監 視 システム そらまめ 君 (http://soramame.taiki.go.jp/) [5] 川 口 和 男 SPMデータによる 黄 砂 エアロゾル 飛 来 現 象 の 解 析 放 送 大 学 修 士 論 文 2004 年 [6] 嶋 田 亮 太, 松 岡 直 樹 SPMデータによる 黄 砂 の 空 間 分 布 の 可 視 化 とアニメーション 金 沢 工 業 大 学 メディア 情 報 学 科 2007 年 度 工 学 設 計 Ⅲ 論 文 2007 年 [7] 村 井 俊 治 空 間 情 報 工 学 社 団 法 人 日 本 測 量 協 会 2000 年 [8] 数 理 システム S+SPATIALSTATS ユーザーズマニュアル 2002 年 数 理 システム S-PLUS6 ユーザーズガイド 2002 年 [9] 茜 丸 / 内 部 高 志 / 森 田 アンナ Google Earth コンテンツ&アプリ 作 成 ガイドブック 株 式 会 社 技 術 評 論 社 2008 年 23