FINN (Fire INventory from NCAR)のための地理情報処理：山火事からの大気汚染物質排出量の推計

FOSS4G 2023 Japan@FUKUI コアデイ
一般発表5:
木村 陽介

Transcript

1. FINN (Fire INventory from NCAR)のため
   の地理情報処理：
   山火事からの大気汚染物質排出量の
   推計
   FOSS4G 2023 Japan@FUKUI
   2023-09-18
   木村陽介
   

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2. 自己紹介
   • テキサス大学（アメリカ合衆国） Center for Energy and
   Environmental Resources勤務してます（助教？助手？技官？ ）
   • エネルギーと環境部門が専門です
   • ArcGIS, QGIS, GDAL, PostGIS, cartopy, leafletなどを使います
   

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3. やりたかったこと
   • 山火事からの大気汚染物質の排出量を推定
   • 土地被覆（land cover）や植生連続場（vegetation continuous field）をも
   とに、単位面積当たりの燃料量（B; fuel loading, kg/m2）、燃焼割合
   （FB; fraction burned, m2/m2）、排出係数（EF; emission factor, kg/kg）を
   きめる
   • 衛星から観測された熱異常（thermal anomaly）をもとに燃焼面積（A;
   Area Burned, m2）をきめる
   • 排出量（E; emissions, kg）は次のように求められる。
   𝐸 = 𝐴 ∙ 𝐵 ∙ 𝐹𝐵 ∙ 𝐸𝐹
   

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4. 方法
   • NOAAのActiveFireデータを
   使う
   https://firms.modaps.eosdis.n
   asa.gov/active_fire/
   • 24時間以内に観測された熱
   異常の位置をを地図にのせ
   る。
   • 二種類の精度の異なるデー
   タを同時に扱う（~1000mと
   ~375m）
   

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5. 方法
   • 正方形の燃焼域を仮定する
   • ➔隣同士の正方形の間に隙間
   ができる。実際には連続した
   焼け跡ができていると思われ
   る。
   • どうしよう？
   

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6. 方法
   • ActiveFireデータの点は衛星のセ
   ンサーに対応している。
   • センサーは同じものが格子状に
   並んでいるが、真下に向いてる
   ものに比べて斜めに向いている
   ものは位置の精度が悪い。
   • この精度を長方形で表すと、隣
   同士のセンサーの長方形はほと
   んど接する。
   • 隣同士のセンサーで観察された
   と思われる燃焼域の間はすべて
   燃えていると仮定する
   

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7. 方法
   • できれば「凹包」（ concave
   hull ）を求めたい。湾になっ
   てる部分は埋めたくない。
   • どうするか？
   

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8. 方法
   • できれば「凹包」（ concave
   hull ）を求めたい。湾になっ
   てる部分は埋めたくない。
   • どうするか？
   • となりあっている二つの正方形
   の凸包（ convex hull ）をつくる
   

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9. 方法
   • できれば「凹包」（ concave
   hull ）を求めたい。湾になって
   る部分は埋めたくない。
   • どうするか？
   • となりあっている二つの正方形の
   凸包（ convex hull ）をつくる
   • すべての組み合わせに関して繰り
   返す
   • すべての凸包の合併部分を求める
   

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10. 方法
    • 太い線で囲まれた部分が推定
    された燃焼域
    • FINNはさらに土地被覆等排出
    に関係する情報を処理して排
    出量を推定する
    

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11. むずかしかったこと
    • まずArcPyを使って実装➔北米大陸ではうまくいった
    • “Divide-and-Conquer”
    • 全大陸を処理しようとすると途中で失敗する。多分メモリーが足りな
    い？
    • PostGISに移った
    • ArcPyと比較して安定して効率よく処理できた
    • 多分ほかのRDBMSでもできる（MS SQLServerなど）
    

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12. まとめ
    • ベクター及びラスターデータを用いて山火事から大気への排出に必
    要なデータの処理をPostGISをつかって実装しました。この発表では
    ベクター処理部分を主に述べました
    • 処理するデータ量が多い場合、関係データベース（RDBMS）での実
    装が必須でした
    • 結果は査読誌に発表済みです:
    • Wiedinmyer, C., Kimura, Y., McDonald-Buller, E. C., Emmons, L. K., Buchholz, R. R.,
    Tang, W., Seto, K., Joseph, M. B., Barsanti, K. C., Carlton, A. G., and Yokelson, R.: The
    Fire Inventory from NCAR version 2.5: an updated global fire emissions model for
    climate and chemistry applications, Geosci. Model Dev., 16, 3873–3891,
    https://doi.org/10.5194/gmd-16-3873-2023, 2023.
    • https://www2.acom.ucar.edu/modeling/finn-fire-inventory-ncar
    • https://github.com/NCAR/finn
    

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