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

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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
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
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
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）
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？
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
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？
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
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
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
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）
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