2019 Summer Journal #04 2019 Summer Journal #04

寺内元基コラム「人工衛星観測データによる海の富栄養化監視」 GENKI TERAUCHI Column "Monitoring the eutrophication of the ocean through artificial satellite observation data"

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人工衛星観測データによる海の富栄養化監視

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Monitoring the eutrophication of the ocean through artificial satellite observation data

陸域における人類の活動は沿岸の生態系に大きな影響を与え、世界の海の40%以上がその影響を大きく受けているとの報告があります。沿岸部で都市化が急激に進み、世界有数の人口密集地域であるアジア諸国は、近年、農業、水産業や工業活動の発展が著しく、これらの人間活動の影響による海洋環境への負の影響が懸念されています。この負の影響のひとつに、人為的に引き起こされる富栄養化があります。これは、沿岸海域に過剰に流入する生活排水や工場排水中に含まれる窒素やリンなどの栄養塩が過剰に流入することで発生し、植物プラクトン等の有機物が異常に増殖し、その結果として赤潮や貧酸素が発生し、海洋生物が死滅に至ることがあります。

The activities of humans in shore areas have a major effect on coastal ecosystems, and it is reported that over 40% of the world’s oceans have greatly been affected. Asian countries, one of the most densely populated areas in the world where there has been rapid urbanization of coastal regions, has seen considerable development of agricultural, fisheries, and manufacturing activities in recent years. There are concerns that the effects of such human activities will nega-tively impact oceanic environments. One of the negative effects is artificially-induced eutrophication. This occurs when there is an excessive nutrient, such as nitrogen and phos-phorus, caused by wastewater and factory wastewater draining into coastal ocean areas. As a result, organic matter is increased with the growth of phytoplankton, causing red tide and oxygen deficiency, leading to the extinc-tion of living things in the ocean.

海の気象に敏感なサーファーは、沿岸の水がダイナミックに変化することを身をもって知っています。我が国では、1971年の水質汚濁防止法の施行以降、各都道府県に、河川、湖沼、港湾、沿岸海域等の公共用水域の汚濁状況の常時監視が義務付けられています。しかし、現在の現場の定点における月に一回程度の採水分析では、ダイナミックに変化する沿岸環境を監視するためには、時間的にも空間的にも限界があります。そこで、宇宙空間に地球を周回する人工衛星を軌道投入し、そこに搭載されるセンサから海洋環境を監視する試みが1970年代から、NASAにより始まっています。現在では、我が国の宇宙航空研究開発機構(JAXA)を含む、多くの宇宙機関や研究機関が国際協力し、海の環境の監視が可能な人工衛星を開発・運用し、その観測データを公益のためにインターネット上で公開しています。

Surfers, who are sensitive to changes in the ocean’s conditions, understand the dynamic changes of the coastal water in their skin. In Japan, since the enforcement of the Water Pollution Control Law in 1971, it has become an obligation of prefectures to regularly mon-itor the quality of the coastal public waters, such as rivers, lakes, marshes, harbors, and coastal areas. However, such monitoring is often conducted at a frequency of once per month, at some fixed points in time. There are limitations, temporally and spatially,
to observing the dynamically changing coastal environments. Thus, in the 1970s, NASA began launching artificial satellites to orbit and monitor the Earth from space, and experimented with observing the ocean environments with equipped sensors. With international cooperation, many space agen-cies, such as the Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA), and other research institutes have developed and operated ratification satellites that enable observation of ocean en-vironments, and share the observed data on the internet for the common good.

出典:環日本海海洋環境ウォッチシステムホームページ ocean.nowpap3.go.jp

長崎大学の大学院では、衛星生物海洋学を専攻し、海の色を観測する人工衛星センサから推定される植物プランクトンの量のデータを用いて、沿岸の富栄養化を監視する手法開発に取り組みました。植物プランクトンは海洋生態系を生産者として支える重要な生物で適度な量が必要されますが、増えすぎると生態系のバランスが崩れてしまいます。私が開発した手法では、人工衛星観測で得られる海の色の時系列データを広域的に解析し、植物プランクトンの濃度が高い海域と低い海域に2区分し、さらに経年的なトレンドから増加傾向、減少傾向、増減傾向が見られる海域を3区分しています。続いて、これらの植物プランクトンの濃度とトレンドによる区分を組み合わせることで、海域を6つの類型(高濃度で且つ増加傾向、高濃度で増減傾向なし、高濃度で減少傾向、低濃度で且つ増加傾向、低濃度で増減傾向なし、低濃度で減少傾向)に区分し、富栄養化が起こりやすい海域のマップを作成しています。このように、環境のモニタリングに濃度とトレンドを組み合わせる手法は例がないことから、最近では、国連の持続可能な開発目標(SDGs:Sustainable Development Goals)の達成状況を定量的に評価する手法として、世界的に注目されています。今後、解析データの増加に伴い、世界的なテクノロジー企業のGoogleやJAXAと協力し、クラウドコンピューティング技術や最新の人工衛星センサデータを活用することで、世界各地海域で起こりうる富栄養化の監視を進めていきたいと思います。

At the graduate school of Nagasaki University, I majored in satellite biological oceanography. My research theme was to use remotely sensed chlorophyll-a concentration data, proxy for amount of phytoplankton, to monitor and assess marine eutrophication. Although adequate concentration levels of phytoplankton are necessary as a primary producer of the marine ecosystem, if there is too much it begins to cause the collapse of the ecosystem. The technique I developed ana-lyzes time series of ocean color data acquired from satellite observation in wide areas. First, the ocean is separated by high and low concentration levels in phytoplankton bio-mass. Then, the ocean is classified into three areas (increasing, decreasing and no trend) by detecting inter-annual trends. Then, by combining phytoplankton concentration level and the inter-annual trends, I classify ocean areas into six types (high concentration and increasing trend, high concentration and no trend, high concentration and decreasing trend, low concentration and increasing trend, low concentration and no trend, and low concentration and decreasing trend), and create a map of the ocean areas where eutrophication is likely to occur. As there are few precedents for techniques that combine concentration level and trends in environ-ment monitoring, it has been gathering recent attention globally as a technique to quanti-tatively evaluate the status of achieving the Sustainable Development Goals (SDGs) set by the United Nations. Going forward, with the increase in the volume of satellite data, we are starting to work with international technology companies, Google and JAXA, to utilize cloud computing technology and em-ploy the latest artificial satellite sensor data to monitor and assess marine eutrophication that could occur in coastal areas of the world’s oceans.

寺内元基
1976年石川県生まれ。海洋研究者、木製サーフボードビルダー、家具デザイナー。(公財)環日本海環境協力センター 主任研究員/合同会社 GT Designs代表。大学卒業時に始めたサーフィンがきっかけとなり、メーカー勤務のサラリーマンから海の研究者へ転身する。海洋研究の傍ら、自然と一体となり最高の環境でサーフィンすることを追い求めた結果、その土地の上流の山の木でサーフボードを作りはじめる。大学時代に学んだ建築の知識を生かし、自宅敷地内に工房を設置し、木製サーフボードや家具製作を本格的に始め、2017年12月に合同会社GT Designsを設立。

GENKI TERAUCHI
Born in Ishikawa Prefecture in 1976. PhD (science) holder, wooden surfboard builder, furniture designer. Representative at GT Designs/Chief Researcher at Northwest Pacific Region Environmental Cooperation Center. Prompted by starting to surf when he graduated university, he changed from working as a regular employee at a manufacturer to being an oceanographer. On the sidelines of his ocean research, as a result of pursuing surfing in the ultimate environment at one with nature, he began making surfboards with wood from the mountains upstream from the land. Leveraging the architecture knowledge he learned in uni versity, he established GT Designs in December 2017 by building a studio on the premises of his home and beginning full-blown manufacturing of wooden surfboards and furniture.

2019年6月23日(日) Jun 23rd, 2019

写真: 中矢昌行
文章: 寺内元基

Photographer: Masayuki Nakaya
Text: Genki Terauchi


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