ロンドンの都市型ヒートアイランドのリモートセンシング

サセックス大学の地理学客員教授であるジャネット・ニコル氏は、ERDAS ER Mapperを用いた研究プロジェクト「Remote Sensing of London's Urban Heat Island, by day and night」を完了しました。具体的には、夏の気温上昇に伴う都心部の死亡率の急上昇を調査したり、特定の人口グループにとって都市生活がハイリスクになる時期を予測したりするために、保健当局がこの研究を活用することが考えられます。

都市のヒートアイランド現象とは、都市部の気温が農村部に比べて上昇することです。まばらに配置された測候所から得られるデータが限られているため、空間的に測定・マッピングすることは困難ですが、Hexagon Geospatial技術を使用することで、十分な情報を収集・分析し、2019年の熱波の際のロンドンの内側の行政区や住宅地の気温と温度変化を空間的に詳細な地図として作成することができました。

熱衛星画像は、都市全体の温度の高密度なグリッドを提供することができますが、熱波長での信号が弱いため、比較的低い空間解像度でしか見ることができません。弱い信号を補うために、熱センサーは、衛星で測定可能な信号を得るために、より広い地上エリアをサンプリングするように設計されています。

ランドサットとASTERの熱衛星画像を使用し、放射率変調機能を用いて処理しました。この機能は、既知の地表の放射率の違いを補正し、空間分解能を高めた補正地表温度画像を出力します。ランドサット衛星はロンドンの昼間を11時頃までしかカバーしておらず、ASTER衛星で撮影されたロンドンの夜間データもありますが、今回評価した期間にはなかったという問題がありました。

「放射率変調機能とは... 既知の地表面タイプの異なる放射率を補正し、空間分解能を高めた補正地表面温度画像を出力することができる。
ジャネット・ニコル（地理学客員教授）

フリーデータは、NASAのEOSDIS Earthdata Hubからダウンロードしたものと、Greater London AuthorityのLondon DATASTOREから境界ファイルをダウンロードし、HexagonのERDAS ER Mapperにアップロードしました。

このソフトウェアが選ばれた理由は、その使いやすさ、優れた幾何学的補正機能、幅広いラスターデータ処理機能にあります。特に、ヒストグラム操作を用いたインタラクティブな画像補正機能を備えたER Mapperは、画像処理ソフトウェア市場でこの機能を提供する唯一の企業であり、完璧なソリューションでした。

画像の前処理では、最初にサブセット機能を使ってロンドンの調査エリアを抽出しました。その後、画像の幾何学的補正により、LandsatとASTERの画像を正しい座標系に登録し、地方自治体の境界線と道路網をシームレスに重ね合わせました。

また、近赤外バンドと赤バンドを使用して正規化植生指標（NDVI）を算出し、大気補正を行いました。また、ランドサットの熱画像の波長を再調整し、温度を摂氏で表示するようにした。このプロセスでは、デジタル番号（DN）から放射輝度への変換、プランク定数を用いた放射率の補正、そして30m解像度のNDVI画像を放射率補正式に組み込むことで、30mピクセルサイズの地表温度を導き出しました。

この研究では、ER Mapperを使って、ランドサットの熱画像のDN値（元の解像度は100m）を30mピクセルサイズの地表面温度（LST）に変換した。このプロセスは、サーマルバンドとNVDIデータセットの両方をプランク方程式に入力することで実現し、30mピクセルサイズの放射率補正されたLST出力を得ることができました。

このように熱画像の解像度が向上したことで、ランドサットデータからロンドンの都市型ヒートアイランドをストリートレベルで評価できるようになりました。このデータはロンドンの深夜の情報であり、都市のヒートアイランドは昼間や夜間に顕著に発生するが、それでも都市全体に温暖化の初期パターンが見られると結論づけられた。

この結果を他の研究と比較すると、実際の都市型ヒートアイランドの発生パターンを代表するものであることがわかります。

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