2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of observation and monitoring system for land degradation in arid regions
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19H04239
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| Research Institution | Tottori University |
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Principal Investigator |
木村 玲二 鳥取大学, 乾燥地研究センター, 准教授 (80315457)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
森山 雅雄 長崎大学, 工学研究科, 准教授 (00240911)
松島 大 千葉工業大学, 創造工学部, 教授 (50250668)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 土地劣化計測システム / 乾燥地 / 砂漠化 / 衛星 / ハザードマップ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1. 気候学的な乾燥度指標（降水量/可能蒸発散量）(AI)とSatellite based aridity index (SbAI)による実際の乾燥度を比較することによって乾燥地を水収支学的に15の地域に分類分けした。その結果、乾燥地はAIとSbAIの両方を満たす安定した地域、乾燥化に向かっている地域、湿潤化に向かっている地域、乾燥地域、湿潤地域の5つのゾーンに分けられることを示した。
２．衛星データを用いて北東アジアの草原における消費土壌水分量や生長量を算定する手法を提示した。衛星によって算定される熱慣性（地表面の熱伝導率と熱容量の積）に関する指標を日々積算することで、積算値が消費土壌水分量や生長量と相関することを実証し、北東アジア全域にまで面的に応用することを試みた。その結果、積算値の分布は降水量やNDVIの分布とよく対応しており、本指標が草原の管理に役立てられる可能性を示唆した。
３．黄砂の発生源に生育する草本を想定した模型（円柱・円錐・逆円錐）を対象に、小型境界層風洞及び圧電飛砂計を用い、草本の形状や被覆率が飛砂の堆積量、粗度長、フラックスに与える影響を調べた。本研究結果は、飛砂や黄砂の抑制に有用な草本を選抜するための科学的根拠を提示する一つのブレークスルーになることを示唆している。
小型境界層風洞を用い、直径5～10 mmのレキ面上における飛砂量の鉛直分布について検討した。被覆率が20%以上になると、どの風速においても高さが6～10 cmの間に対数分布から外れた１つのピークが見られた。また、高さ4 cmにおける飛砂量は被覆率や風速に関わらず、飛砂量全体の約20%を占めることが分かった。このことは、現場の観測において、ただ1点の飛砂の観測値が地表面近くのトータルな飛砂量を推定する際に重要であることを示唆している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
１．「砂漠化監視に特化した計測システム」は、風速計、放射温度計、飛砂計、デジタルカメラで構成される土地劣化の監視に特化した計測システムである。システムの中心となる飛砂計（特許出願中）に関しては、令和元年10月までに完成予定であったが、データロガーの小型化、飛砂計全体の軽量化と重量バランス、および、海外からのデータ転送に必要なFTPサーバ機能等を検討する必要性が生じた。これらの課題は補助金を繰り越すことで随時解決され、特許申請に至るまでの完成に漕ぎつけることができた。現在は、屋外での実用性を確認する段階に入っている。
２．「衛星による観測の補完および面的モニタリング手法の開発」に関しては、気候学的乾燥度指数と衛星による実際の乾燥度を比較することで、水収支的に砂漠化の場所を特定できる手法を開発した。これらの成果は、本課題で提示した最終的な目標である「砂漠化ハザード監視パッケージの開発」を進展させる大きな要因となった。また、衛星データを用いて北東アジアの草原における消費土壌水分量や生長量を算定する手法を提示し、衛星によって算定される熱慣性（地表面の熱伝導率と熱容量の積）に関する指標を日々積算することで、積算値が消費土壌水分量や生長量と相関することを実証し、北東アジア全域にまで面的に応用できることを示した。本指標は、草原の管理や干ばつのモニタリングに役立てられる可能性を示唆している。
３．現地に行かずとも、風洞実験によって現地の地表面を想定した飛砂実験を行うことで、より物理的な成果を得ることができた。特に、劣化した土地に生育する草本を想定した模型（円柱・円錐・逆円錐）を対象に、草本の形状や被覆率が飛砂の堆積量、粗度長、フラックスに与える影響を解明できたことは研究の進捗に大きな影響を与えた。本成果は、飛砂の抑制に有用な草本を選抜するための科学的根拠を提示する一つのブレークスルーになる。
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| Strategy for Future Research Activity |
（１）「砂漠化監視に特化した計測システムの試作と開発」
①風向・風速計、放射温度計、飛砂計、デジタルカメラで構成される土地劣化の監視に特化した簡易計測システムを引き続き開発する。システムは土地劣化と関わりのある飛砂と飛砂の要因である地表面湿潤度、植被率をターゲットにしたものである。昨年度試作・開発した飛砂計（風向に追尾かつ風向と鉛直フラックスを観測できるよう開発・製作：特許申請中）を野外（鳥取砂丘）で稼働し、計測システムを含めた海外現場での適用性を検証する。（劉が担当）②植生は、その幾何学的構造から、緑色葉だけでなく黄色（枯）葉も飛砂を抑制する。そこで、デジタルカメラによる赤と近赤外の画素を用い、黄色・赤色葉が混在した場合の植被率が推定できるアルゴリズムを引き続き発展させる。（森山が担当）③飛砂と関わりの深いごく薄い表層土壌水分を、放射温度計により測定された放射温度による熱慣性との関係から推定する方法を確立する。（松島が担当）
（２）「衛星による観測の補完および面的モニタリング手法の開発」
①表層の湿潤度に関して、昼夜間の地表面温度の振幅が表層の熱慣性と関連があることに着目し、地表面温度の振幅を熱収支計算による仮想的最大振幅または放射量の振幅で除すことで土壌表面の熱慣性を再現する手法、および詳細な熱収支2層モデルによる土壌水分指標を使用する。手法の妥当性は土壌水分推定モデルの結果と併せて評価し、衛星データによる地表面湿潤度の指標として耐えうるものを選抜する。（木村・松島・森山が担当）②①で得られた手法をモンゴルに適用し、干ばつや土地劣化の早期警戒や監視に資するモニタリング手法を確立する。（木村が担当）③鳥取砂丘での観測および実験室データによって、飛砂発生の臨界風速を決定する推定関数を導出し、受食性の要因となる植生量と土壌水分の閾値を決定する方法を開発する。（松島・木村・劉が担当）
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Research Products
(12 results)
