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土木学会第60回年次学術講演会（平成17年9月）

衛星リモートセンシングによる火山灰堆積厚把握手法について
日本工営（株）

正会員 ○中川和男

独立行政法人土木研究所 正会員

山越隆雄

高知大学農学部

笹原克夫

正会員

国土交通省北海道局

竹内正信

北海道開発局室蘭開発建設部

長原 融

はじめにように雲のかかりやすい気候条件下においては、被雲され噴火後の火山では、斜面上に堆積した火山灰のため雨水ていない画像が得られる可能性は高くない。したがって、の浸透が妨げられ、その後の降雨時に土石流が容易に発生

数少ない観測機会を逃さないためにも、高頻度で地上を観するようになる。これまでの報告事例によると、流域の一測できる衛星を利用しなければならない。一方、IKONOS

定の面積が数十 cm 以上の火山灰で覆われた渓流で土石流をはじめ近年高空間分解能化が進んでいるが、火山灰堆積が発生するようになると経験的に言われており 1)、噴火後の状況の把握は、現地調査によって 1km2 につき数点という程火山において周辺の火山灰堆積厚分布を調べることは、土度の割合で堆積厚を計測し、そのデータに基づいて等層厚石流の発生する危険性を評価する上で重要なことであると線図が得られているという状況にあることを考えれば、使いえる。これまでは、噴火後に現地調査を行い、数多く火用する衛星画像の空間的な分解能は数百 m 程度で充分であ山灰堆積厚を調査し、まとめてきた。しかし、この作業は、ると考えられる。そこで、本研究では、空間分解能が 250

労力、時間の要する作業である上，噴火中の火山に接近すｍであり、毎日観測可能な TERRA/MODIS センサー画像るため危険を伴う。そのため、噴火中の火山における降灰を用いることとした。

堆積状況を把握するには、安全に広域を調査可能なリモー使用するデータは、三宅島で火山灰を伴う噴火活動が始まった 2000 年 7 月に得られた画像と噴火前の画像とした。

トセンシング技術を利用することが望ましい。
火山灰の堆積範囲の把握に対してリモートセンシング画

三宅島上空に雲が少ないこと、かつ三宅島周囲の解像度が像を適用した事例は数多くあり、その適用性が高いことは低すぎないことに留意し、噴火前の画像として、2000 年 5すでに明らかである。しかし、火山灰の堆積深の把握を目

月 9 日のもの、噴火後の画像として、2000 年 7 月 19 日の指した研究は数少ない 2)。これらの研究では、降灰の程度にものを選択した。

応じて植生の分光反射特性が変化することを利用し、植生検討結果の有無および活性度と関係の深い可視光および近赤外線帯

衛星画像によって噴火活動による植生の被害度を評価す域の反射を観測したデータを用いることによって火山灰堆る指標として (１)式のような関係式を定義し、これを積厚の差の把握に成功している。ここでは、これらの研究

NDVI の減少率（ΔNDVI）と呼ぶことにする。ここではの成果をうけ、同様の手法を 2000 年 7 月に噴火した三宅島

NDVI の減少率と降灰量の関係を調べた。に適用し、衛星画像から得られる情報が防災情報に資する∆NDVI =か否かを検討した。

NDVI before − NDVI after
NDVI before

検討方法× 100(%) ・・ (１)

解析には Terra MODIS の画像を利用した。
この画像は、植生活性度の評価に利用可能なバンドの空間分解能が 250

ここに、NDVIbefore は噴火前（2000 年 5 月 9 日）の画像

ｍであり、毎日観測が可能な衛星である。植生活性度を評データから算出した NDVI であり、NDVIafter は噴火後（7価可能なセンサーは、観測対象域が雲や噴煙で覆われてい月 19 日）の画像データから算出した NDVI である。
なお、NDVI は式(２)で表される正規化植生指標のことでると全く情報が得られなくなってしまう。しかし、日本の噴火前の2000年5月9日撮影

噴火直後の2000年7月19日撮影

NDVI

NDVI

高 : 1.0

高 : 1.0

低:0

フォールスカラー画像
02.5

NDVI画像低:0

フォールスカラー画像

5 km

図１ 噴火前後の Terra/MODIS データ(250m 分解能)
キーワード：火山灰，衛星リモートセンシング，MODIS，三宅島
連絡先：〒102-8539 東京都千代田区麹町 5-4 TEL03-3238-8215 FAX03-3262-4451-383-

NDVI画像3-192

土木学会第60回年次学術講演会（平成17年9月）
100△NDVI(%)

8060
火山灰堆積厚＝3.3e

400.036×△NDVI（R=0.82）

20
00

100
150
降灰堆積厚(mm)200250

図３ 降灰量と NDVI の減少率の関係

図２ 2000 年 7 月 14-15 日の噴火による噴出物の分布（大学合同観測班地質グループ・地質調査所作成，図３を見ても分かるとおり、NDVI 減少率が 60%の場合に2000）

対応する降灰堆積厚は24〜96mmとかなり広い幅があることから、火山灰堆積厚を推定する際にはかなり大幅な誤差ある。

NDVI =50

IR − RED
IR + REDを覚悟しなければならない。また、衛星画像によって火山・・（２）

灰堆積厚分布を求めようとする段階で図２に示すような火

ここに、IR：近赤外波長の観測強度、RED：赤色波長の山灰堆積厚分布図は無い。実際には、人間が近づける範囲内において火山灰堆積厚が計測されるものと考えられるた観測強度である。
NDVI はもともと植生の活性度を表す指標であり、植生以外の領域で NDVI の変化を調べることにあまり意味はな

め、図３に示される点の数はずっと少なくなり、推定精度がさらに著しく減少する恐れがある。

い。そこで、植生の領域のみを調査対象とした。また、植一方、図 2 にも示されているように、衛星画像に写らな生の領域であっても、それぞれの画像において雲や噴煙がい範囲や、もともと植生が生えていない範囲では、上記の存在する場合はマスク処理により調査対象から除外してい方法で火山灰堆積厚を得ることはできない。そのような範る。雲や噴煙の抽出にはフォールスカラー表示、およびト囲を補完する手法の開発が必要である。

ゥルーカラー表示の画像を使用した。図 1 に雲や噴煙の領おわりに本研究で用いた Terra/MODIS センサーによって三宅島域にマスク処理をした NDVI 画像を示す。
大学合同観測班地質グループ・地質調査所による現地調が本格的な噴火活動を開始した 7 月 8 日以降 1 ヶ月の間に査によって得られた火山灰堆積厚のアイソパックを図２に比較的被雲率の小さい画像が５枚取得できた。これは、1示す 3)。このアイソパックは、2000 年 7 月 14〜15 日にか週間に 1 回以上の頻度で三宅島の観察が可能であったことけて噴火・堆積した火山灰の等層厚線図である。この図をを示す。また、NDVI の減少率を評価することにより、三参照し、MODIS データと同じサイズの降灰量データを作

宅島の 2000 年 7 月 14-15 日噴火の事例では、10cm 程度ま成した。このとき、2 つの等層厚線に囲まれる範囲をひとつでの火山灰堆積厚と NDVI の減少率の間に比較的良い相関の領域とみなし、その中間値を降灰量として採用した（例があることを見出した。しかし、NDVI 減少率から火山灰えば 32mm と 64mm の等層線に囲まれる領域の降灰量は、堆積厚を求める際にはかなり大きな誤差を覚悟しなければすべて中間値である 48mm とした）
。図３は NDVI の変化ならない。また、今回は堆積してから 4 日後の画像を用い率と降灰量の関係を示したものである。

たが、火山灰が噴出、堆積してからこれ以上時間が経過す

図３によれば、降灰量が増加するにつれて NDVI の減少

ると、降雨による火山灰の洗脱や、再萌芽などが生じ、NDVI率が増加するが、降灰量が 10cm 程度以上では、それ以上の減少率と火山灰堆積状況の間の相関関係が劣化すること

火山灰の堆積厚が大きくても NDVI の減少率は増加しなくが予想される。それなりの精度を求めるのであれば、噴火なるように見える。火山灰が 10cm 程度堆積したことによ

後なるべく早い時点で画像を得る必要があると考えられる。って、植生指標がこれ以上減少しないレベルまで減少した参考資料ことになる。これは、植生が完全に火山灰によって覆われ

1)たか、死滅したかを意味すると考えられる。

例えば、富士山ハザードマップ検討委員会(2004)：富士山ハザードマップ検討委員会報告書，240p.

ここで検討した事例の場合、降灰量が 10cm 程度までは

2) 例えば、深山ほか(1979)：航空機 MSS ﾃﾞｰﾀによる有珠山噴火

NDVI の減少率と降灰量との間には比較的良い相関関係が農地被害のﾃﾞｼﾞﾀﾙ解析，写真測量とﾘﾓｰﾄｾﾝｼﾝｸﾞ，Vol.18, No.1,ある。仮に指数関数で両者の間の関係式を求めると、比較

p12-22.

的良い相関係数で図 3 中に示すような式によって近似され

3) 大学総合観測班・地質調査所(2000)：三宅島 2000 年噴火の噴る。究極的には、噴火後に衛星画像を取得して NDVI 減少

出物の堆積状況，http://www.eri.u-tokyo.ac.jp/nakada/ash率を求め、このような回帰式を作成することによって、.html

NDVI の減少率から降灰堆積厚分布を求めたい。しかし、-384-