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環境研究総合推進費による研究（地球環境研究）
１１．先駆的地球環境研究
〔担当者〕
| 社会環境システム部 |
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田村正行・清水 明・山野博哉 |
〔目 的〕
植生の種組成分布やバイオマス分布など陸域生態系の空間構造は，地球規模での環境の状態を評価する上で最も基本的なパラメータの一つである。その変化は，熱帯林の減少や砂漠化，生物多様性の減少など地表面の変動に直接的にかかわる問題においてはもちろんのこと，地球温暖化などのより広域的な地球規模での環境変動に対しても地表面での物質，エネルギー収支の変化を通じて大きな影響を及ぼす。このため，生態系の空間構造とその変化を全地球レベルで計測，評価することが地球環境問題に取り組むうえでの最も重要な課題の一つとなっている。しかしながら，局所レベルから全地球レベルまでを対象として，生態系の構造を計測し，その動態を評価することは現時点では極めて難しく，いまだに十分なデータ，知見が得られていないのが実状である。本研究は，陸域生態系の最も基本的な構成要素である植生に焦点を合わせ，その三次元構造とその変動を計測するための観測システムを構築することを目的とする。一本の樹木のレベルから全地球レベルでの植生分布までを対象とするため，地上調査による方法から航空機，人工衛星を利用したリモートセンシング手法までの多段階観測手法を開発し，さらに，その動態を評価するための構造変動モデルを開発する。
〔内 容〕
陸域生態系の変化を把握しその地球環境における役割を解明する上で，リモートセンシング画像データ，とくに人工衛星データは有効なツールである。人工衛星を利用することにより広域の地表面を定期的に観測し，現在起こりつつある変化を実証することが可能である。また，地球環境を駆動する生物地球化学的プロセスをモデル化する際に，衛星データを入力データあるいは検証データとして用いることにより，精度の高いモデル開発が可能になる。さらに，大陸レベルで二酸化炭素など温暖化ガスの収支を推定する上で，陸域生態系の分布や変動に関する衛星データは不可欠である。
本研究では，種々の衛星センサを用いて植生の種類，分布，バイオマス，及び季節・経年変化等を計測する手法の開発を行う。本年度は，北海道大学苫小牧演習林において航空機搭載型レーザースキャナーを用いて広域の樹高分布と地形を計測し，その精度の検証を行った。
〔成 果〕
（１）人工衛星データを利用した陸域生態系の三次元構造の計測とその動態評価に関する研究
１）航空機搭載レーザースキャナーによる樹高計測
樹高は，森林のバイオマス，生産ポテンシャル，炭素収支等を推定する上で基礎となる重要なパラメータであり，精度の高い推定方法の開発が望まれている。しかし，樹高は，胸高直径などと異なり地上での実測が困難なことが多く，広範囲にわたる分布データを得るためには多大な労力と時間が必要となる。このような問題を解決するものとして，航空機や衛星に搭載したレーザーシステムによる樹高計測が注目を集めている。航空機搭載型レーザーシステムによる樹高計測には，当初，プラットフォーム直下のデータを進行方向に沿って取得するレーザープロファイラーが主として用いられた。現在までに，樹高計測結果の検証，レーザーパルスの透過率と樹冠閉鎖率との関係の検討，バイオマスの推定などが行われている。さらに近年になって，レーザービームをプラットフォームの進行方向と直交する方向に走査して，地表のデータを面的に取得するレーザースキャナーも開発され，樹高の計測とその評価や樹高とキャノピー密度の計測によるバイオマスの推定等に利用されている。
本研究では，森林バイオマス推定のための基礎データを得ることを目的として，北海道大学苫小牧演習林において，レーザースキャナーによる樹高計測実験を実施した。同演習林は苫小牧市街地に隣接する，標高５〜９５mの火山灰の平坦な台地上に位置し，約２７００haの森林のうち２５％が針葉樹の人工林で，残りはミズナラ・イタヤ類をはじめとする広葉樹林となっている。林内には高さ２５m，半径４０mの範囲をカバーする林冠観測用ゴンドラが設置してあり，周囲の樹高の計測が行われている。
航空機レーザースキャナーによる樹高計測は，１９９８年秋季および１９９９年夏季に実施し，演習林の西側２/３程度をカバーするデータを取得した。レーザースキャナーシステムで，フットプリントの３次元座標値として算出される値は，地盤高（標高）および樹冠高（地盤高＋樹高）である。これらは，ランダムなポイントデータであるので，それぞれをメッシュデータ化（連続した三角形で面の形状を近似したモデルTriangular
IrregularNetworkを作成し，それをメッシュ化）したうえで，樹冠高から地盤高を差し引いて樹高データを算出し，２mメッシュの樹高分布図を作成した。
樹高計測精度を検討するために，レーザースキャナーによる樹高の３次元座標データと，林冠観測用ゴンドラを中心とする半径４０mの範囲の樹木の実測樹高データを比較した。誤差の許容幅を１mとして両者を比較した結果，全実測ポイント８９点のうち６７点（７５％）が 許容範囲内にあり，実測データよりもレーザースキャナーデータの値が高かったのは１６点（１８％），低かったのは６点（７％）であった。この結果より，レーザースキャナーを利用することにより，広い範囲の樹高分布を良好な精度で測定することが可能であり，森林の研究および経営上大きなメリットがあることが確かめられた。
２）航空機搭載合成開口レーダーによる森林計測
北海道大学苫小牧演習林において，航空機搭載型の合成開口レーダー（SAR）を用いて森林パラメータの計測を実施した。この実験は，郵政省通信総合研究所，宇宙開発事業団，及び本研究所の共同研究によるものである。このSARはＸ-バンドとＬ-バンドの２周波数帯域でフルポラリメトリック計測を行うことができる。Ｘ-バンドとＬ-バンドのそれぞれに関してHH，VV，HV偏波成分による疑似カラーコンポジット画像を作成し，樹種や葉面積指数などの森林パラメータと比較分析した。その結果，Ｘ-バンドのフルポラリメトリックデータが針葉樹と広葉樹の判別に有用であることが確かめられた。しかし，葉面積指数と相関の高い周波数成分あるいは偏波成分は見あたらなかった。
〔発 表〕C-２０，２３〜２５，c-２５〜２９ |
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