閉鎖性海域環境の経年変化抽出への時空間地球統計学の適用  [in Japanese] Application of Spatio-Temporal Geostatistics to Detection of Secular Changes of Environments in a Closed Sea  [in Japanese]

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Author(s)

    • 小池 克明 KOIKE Katsuaki
    • 熊本大学工学部環境システム工学科 Department of Civil and Environmental Engineering, Faculty of Engineering, Kumamoto University
    • 劉 春学 LIU Chunxue
    • 熊本大学大学院自然科学研究科 Graduate School of Science and Technology, Kumamoto University

Abstract

環境悪化が顕在化している有明海の43測点において,1975~2000年の間に月1回の割合で得られた海面温度と4つの栄養塩濃度(NO2-N,NO3-N,NH4-N,PO4-P)のデータを解析対象とした.まず,時空間の実験セミバリオグラムのモデリング法として,平滑化3次スプラインを用いた修正多項式モデルを提案した.これを季節変化成分除去後の海面温度データ,および対数に変換した栄養塩濃度データに適用した結果,海面温度には時間と空間の両方向に明確な相関性が存在するのに対し,栄養塩濃度においては時間方向の相関性は微小であり,両者の相関構造の相違が明らかになった.また,空間方向の相関範囲はデータの種類によって異なり,海面温度が60 km程度と最も長く,栄養塩濃度は20~50 kmの範囲で得られた.次に,修正多項式によるセミバリオグラムモデルとオーディナリ・クリギングの適用性を評価するため,全測点で実測値と推定値とのクロス確認を行ったところ,相関係数は0.77~0.99の範囲で得られたので,推定精度は妥当であることが確かめられた.時空間分布推定の結果,海面温度は夏季と冬季で分布パターンが逆転すること,栄養塩の濃度分布はいずれも1年を通して湾奥で濃度が高いこと,夏季での濃度分布パターンは年によって大きく変わり得ること,および4成分ともに有明海全体で低い時期もあること,などの特徴が抽出できた.さらに,栄養塩濃度に加えて,硝化能力を評価するのに重要な濃度比の経年変化も明らかになった.<br>

Accurate spatio-temporal modeling of regionalized data is indispensable to environmental problems such as water and air pollutions. This modeling can contribute to specify influence factors and clarify mechanism of the worsening of environments. Geostatistics is adopted to construct a distribution model by considering spatio-temporal correlation structures included in the regionalized data. Data of sea surface temperature (SST) and concentration data of four nutritive salts, NO2-N, NO3-N, NH4-N, and PO4-P, in the Ariake Sea, southwest Japan, were chosen for a case study of geostatistics to environmental problem in closed seas. These data were sampled monthly between 1975 and 2000 at the 43 stations over the Ariake Sea. The first examination is proper modeling of spatio-temporal semivariogram of univariate on which estimation accuracy of kriging strongly depends: piecewise polynomial model using smoothed cubic spline was demonstrated to be superior to product-sum model, because it could follow complicated changes in experimental semivariogram. The difference in spatio-temporal correlations between the SST and nutritive salts was clarified by the semivariogram models. Estimation accuracy of ordinary kriging was checked through the cross-validation for all the sample data, which proved high estimation accuracy for the SST and acceptable accuracy for the nutritive salts with considering only the space direction. Temporal changes of the SST and four nutritive salt concentrations in summer and winter were depicted with clarifying the characteristics of fluctuation patterns. One possible influence factor for sea environmental change is decline of nitrification activity in the northern part of Ariake Sea in winter, because the rations of NO2-N/NH4-N and NO3-N/NH4-N have seemed to decrease from 1997.<br>

Journal

  • Geoinformatics

    Geoinformatics 16(1), 3-15, 2005-03-25

    Japan Society of Geoinformatics

References:  17

Codes

  • NII Article ID (NAID)
    110001845093
  • NII NACSIS-CAT ID (NCID)
    AN0036643X
  • Text Lang
    JPN
  • Article Type
    Journal Article
  • ISSN
    0388502X
  • NDL Article ID
    7311657
  • NDL Source Classification
    ZM49(科学技術--地球科学--地質) // ZM13(科学技術--科学技術一般--データ処理・計算機)
  • NDL Call No.
    Z15-B43
  • Data Source
    CJP  CJPref  NDL  NII-ELS  J-STAGE 
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