画像処理技術と生物光学を融合した新型海洋一次生産者別基礎生産算出アルゴリズム

2016 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 15K00513
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 平田 貴文 北海道大学, 地球環境科学研究院, 特任准教授 (80576231)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 一次生産 / 基礎生産 / 海色 / リモートセンシング / 生物光学

研究実績の概要

本年度は、昨年度開発した海色リモートセンシング技術（人工衛星によって測定された海色観測値より、海洋の複数グループの植物プランクトンの光吸収係数、光合成量子収率、光合成速度を求めるアルゴリズム）の最適化を行い、開発したアルゴリズムの安定化を試みた。また、開発および最適化したアルゴリズムを用いて、海洋植物プランクトンの群集別光合成速度の衛星データセットを作成した。最適化においては、具体的には、異なる２つの最小二乗法アルゴリズムを適用した（ひとつは通常標準的に利用される評価関数の微分値を０として解析的に計算する方法で、もうひとつは評価関数の微分値を評価することで評価関数の最小値を逐次的に探索する数値計算法）。結果、標準的最小二乗法がよりアルゴリズムが安定する傾向を得た。また、開発したアルゴリズム自体の特性から、アルゴリズムへ入力するデータの数により結果の信頼性が異なることから、どの数のデータを入力するのが良いかを調べた。これは、入力データ数を変えて反復的にアルゴリズムを実行し、結果を統計量で評価しアルゴリズムの安定度などを決定した。必要なデータ数はその後の解析の目的にもよるが、本研究ではある一定のデータ数（12個）を使うのがよいと判定した。衛星データセットの再作成については、今後の解析のために全球データセットおよび日本近海用データセットを作成した。また、上記研究成果について、学会発表を行い、投稿論文用原稿を執筆した。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

提案書にある予定では、本年度は開発したアルゴリズムを最適化し、衛星データセットを作成することが目標として掲げられていた。本年度は、これらを実施した上で、学会発表や論文執筆も行ったので、順調に進展していると言える。

今後の研究の推進方策

次年度も提案書の予定通りに研究を進め、作成したデータセットを用いて解析を行い海洋学的知見を得る予定である。

次年度使用額が生じた理由

海外学会での発表より、投稿論文執筆を重視し、海外旅費の利用を控えたため。

次年度使用額の使用計画

投稿予定の論文の出版代、および人件費（補助員or補佐員）に利用予定である。

研究成果

• [国際共同研究] Alfred-Wegener Institute/University of Bremen(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: Alfred-Wegener Institute/University of Bremen
• [国際共同研究] University of Richmond(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: University of Richmond
• [雑誌論文] Obtaining Phytoplankton Diversity from Ocean Color, Frontiers in Marine Science (2017)
  • 著者名/発表者名: Bracher, A., H. Bouman, R. J. W. Brewin, A. Bricaud, V. Brotas, A. M. Ciotti, L. Clementson, E. Devred, A. Di Cicco, S. Dutkiewicz, N. Hardman-Mountford, A. E. Hickman, M. Hieronymi, T. Hirata, S. N. Losa, C. B. Mouw, E. Organelli, D. E. Raitsos, j. Uitz, M. Vogt, A. Wolanin
  • 雑誌名: Frontiers in Marine Science 巻: 4 ページ: なし(online)
  • DOI: 10.3389/fmars.2017.00055
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Inter-comparison of phytoplankton functional type phenology metrics derived from ocean color algorithms and Earth System Models (2017)
  • 著者名/発表者名: Kostadinov, T. S., A. Cabre;, H. Vedantham, I. Marinov, A. Bracher, R.J.W. Brewin, A. Bricaud, T. Hirata, T. Hirawake, N. J. Hardman-Mountford, C. Mouw, S. Roy, J. Uitz
  • 雑誌名: Remote Sensing of Environment 巻: 190 ページ: 162-177
  • DOI: 10.1016/j.rse.2016.11.014
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Development of new ocean colour products: moving toward estimation of phytoplankton photphysiology (2016)
  • 著者名/発表者名: Takafumi Hirata and Koji Suzuki
  • 学会等名: Japan Geoscience Union
  • 発表場所: 幕張メッセ(千葉県千葉市）
  • 年月日: 2016-05-22 – 2016-05-26
  • 国際学会