中国福建省南平市の10 m高解像度樹冠高プロダクト

なぜ宇宙からの樹高が重要か

気候や水資源を守る木々はどれほど高いのか。中国南東部の森林に恵まれた都市、南平の山間部では、その答えを正確に得るのは意外に難しい。本研究は、衛星、ドローン、高度な解析手法を組み合わせて詳細な森林高マップを作成し、地域の管理者がこれらの森林がどれだけの炭素を蓄え得るか、また実際にどの程度健全かをより明確に把握できるようにした過程を示す。

森林に包まれた山の都市

南平市は福建省北部の険しい丘陵地に位置し、しばしば中国南部の自然の盾と表現される。土地の四分の三以上が森林で、常緑広葉樹が優勢であり、植林された針葉樹や竹の斑点も見られる。地形は急峻で、気候は高温多湿、台風、害虫、伐採による撹乱を繰り返してきた。これにより地表にはさまざまな樹高のパッチワークが生じ、土壌浸食や生息地劣化のリスクが高まる。一方で従来の現地調査は正確だが遅く高コストで、対象範囲が限られるため、年ごとの森林変化に関する大きな空白が残る。

上空から森林高を捉える

こうした空白を埋めるために、研究チームはGEDIと呼ばれる宇宙搭載レーザー計測器に着目した。GEDIは国際宇宙ステーションから光パルスを下向きに照射し、葉や地表でどのように反射するかを記録する。これにより森林の垂直プロファイル、すなわち樹高を約北緯・南緯50度の範囲で数十億地点にわたり明らかにする。ただしGEDI単体では、特に高木林や極めて密な森林、急峻な山地では系統的な誤差を生じ、高さを数メートル単位で過小・過大評価することがある。研究者らはこれを補うため、2022年と2023年に南平の30地点のサンプル区上空を飛行したドローン搭載レーザースキャナーによる非常に詳細な測定とGEDIデータを組み合わせた。これらのドローン調査は1メートル解像度のほぼ地上真値に近い樹高マップを作成した。

データに自己補正を学習させる

ドローン測定を信頼できる参照として、研究者らはGEDIがどのような条件下でどのように偏るかを学習するバイアス補正モデルを構築した。モデルには元のGEDI高さ推定値に加え、高解像度標高図から導出した標高、傾斜、方位、影などの局所的な地形情報を入力した。ランダムフォレストアルゴリズムに基づくこのモデルは、各GEDIフットプリントに対して補正後の高さ値を予測することを学んだ。この段階を経てGEDIとドローンデータの一致度は飛躍的に向上し、典型的な誤差はほぼ12メートルから2メートル未満に低下し、複雑な高地でも系統的な過大評価はほぼ解消された。

点群から全域マップへ

補正済みのGEDI点は依然として狭いトラックに沿ってしか存在しないため、次の課題はそれらの間のギャップを埋めることだった。そのためにチームは、補正GEDI高さと森林状態に関する豊富な衛星情報を組み合わせた。Sentinel-2の光学画像で植生の色や緑度を捉え、Sentinel-1のレーダーで構造や水分を感知し、気候や土地被覆データで温度、降水、森林タイプの文脈を補った。これらの情報から改良された植生指標やテクスチャー指標など12の主要特徴量を作成し、森林の粗さや滑らかさを表現した。二段目のランダムフォレストモデルはこれらの特徴と樹高の関係を学習し、その関係を用いて南平全域を10メートル解像度で2022年と2023年の各年について推定した。

新しいマップが明かすこと

完成した成果物は市全域の樹冠高を示す10メートル解像度のマップで、自由に入手できる。訓練に使われなかったドローン区による独立検証では、マップは実際の樹高を約3メートルの誤差で再現しており、従来の地域・全球プロダクトに比べ大幅に改善されている。南平の森林の大部分は10〜20メートルの高さで、20メートルを超える林分は比較的少ない。2022年から2023年にかけて平均樹冠高は約40センチメートル増加しており、進行中の成長や局所的変化と整合する穏やかだが検出可能な上昇を示す。最も高い林分や極めて険しい地形では不確実性が残るが、これらのマップは森林バイオマス推定、撹乱の追跡、より精密な森林管理計画の基盤として堅牢な基礎を提供する。

人々と気候にとっての意義

非専門家にとっての主な教訓は、宇宙搭載レーザー、ドローン、衛星画像を融合することで、南平の森林構造をこれまでよりはるかに詳しく可視化できるようになったことだ。これにより科学者や地域機関は、これらの森林が蓄えている炭素量、土壌や水を保護する能力、台風や害虫、人間活動に対する反応をより精度よく推定できる。同じ手法は他の山岳地帯や森林豊かな地域にも適用可能で、散在する測定を都市全域の明瞭な森林健康像に変え、より賢明な保全と気候政策を導く助けとなる。

引用: Yi, L., Yao, X., Yang, A. et al. A 10 m High-precision Canopy Height Product for Nanping City, Fujian Province, China. Sci Data 13, 710 (2026). https://doi.org/10.1038/s41597-026-06767-6

キーワード: 森林樹冠高, リモートセンシング, GEDIライダー, 南平 福建, 炭素蓄積マッピング