─ ─325 （ ）239

よるとされる地球温暖化や大気汚染などのグローバルス

ケールでの環境問題が深刻化しつつある。特に地球温暖

化は，海面の上昇や乾燥化の進行など，生態系の存続を

脅かす可能性もあり，その現状の把握や対策が急がれて

いる。

1　はじめに

18世紀後半の産業革命以降，人類の生活向上にはた

す石油や石炭などの燃料使用が多様化してきたが，一方

で，特に近年，二酸化炭素やメタンなどの過度の排出に

古野　義明＊・中山　裕則＊＊・遠藤　邦彦＊＊・穆　桂金＊＊＊

Due to the resent remarkable water level decline of some closed lakes being recognized in the arid and semi-arid

regions of the Central Asia from Iran to China, the analysis of the change cause from the various viewpoints including the

global change is necessary. The similar change situation was recognized in the lower reaches of Hei He which is

belonged in the arid region lying on the north China.

In this study, the DEM data to extract the former lake shore line was firstly created with the high accuracy from high

spatial resolution satellite data by using a new development algorithm. Next, the water area of Old Juyan Lake changing in

the last several thousand years was investigated through the estimation analysis of former shore lines using the DEM

data. Furthermore, the change in land cover in the basin of Hei He was analyzed by the wide range observation satellite

data. Finally, the situation and the cause of the environmental change in the basin were analyzed. The result of this study

was summarized as follows.

（1）The DEM data with high accuracy was derived from Terra/ASTER stereo pair data by the applying of the new

developed and improved algorithm. However, the necessity of the improvement of correction and creation algorithm for

ASTER/DEM was shown, because SRTM-3/DEM was better by the comparative verification in both data.

（2）The repetition of the expansion and disappearance of the lake water area due to the growth of sand dune was

investigated through the estimation analysis of the fluctuation in the water area of Old Juyan Lake in Hei He basin during

the past several thousand years by using SRTM-3/DEM.

（3）The complicated changes such as disappearance and expansion of water area in some closed lakes depending on

the human impact was clearly shown based on the analysis of time series MODIS data in Hei He basin.

Keywords: environmental change, closed lake, Sogo nur, Old Juyan Lake, land cover, DEM, Terra/ASTER, SRTM

時系列衛星データによる閉塞湖水域変動解析に基づく

乾燥地域の環境変化分析―中国黒河流域を対象として―

Analysis of Environmental Change in Arid Region Based on the Investigation of Fluctuation in Water

Area of Closed Lake by Time Series Satellite Data

― In the Catchment Basin of Hei He in China―

Yoshiaki FURUNO＊, Yasunori NAKAYAMA＊＊, Kunihiko ENDO＊＊ and Guijin MU＊＊＊

（Received September 30, 2007）

＊Graduate School of Integrated Basic Sciences, Nihon University：3－25－40 Sakurajosui Setagaya-ku, Tokyo, 156－8550 Japan

（Current affiliation: Space Engineering Development Co.,Ltd）＊＊

Department of Geosystem Sciences, College of Humanities and

Sciences, Nihon University：3－25－40 Sakurajosui Setagaya-ku, Tokyo,

156－8550 Japan＊＊＊

The Xinjiang Institute of Ecology and Geography, Chinese Academy of

Sciences：#40 －3, South Beijing Road, Urumuqi, Xinjiang 830011

People’s Republic of China

＊ 日本大学大学院総合基礎科学研究科平成19年3月修了〒156－8550　東京都世田谷区桜上水3－25－40

（現宇宙技術開発株式会社〒305－0032　茨城県つくば市竹園1－12－2第3・ISSEIビル）

＊＊ 日本大学文理学部地球システム科学科〒156－8550　東京都世田谷区桜上水3－25－40

＊＊＊ 中国科学院新疆生物地理研究所：中華人民共和国新疆維吾爾自治区鳥魯木斉市北京南路40－3

日本大学文理学部自然科学研究所研究紀要

No.43（2008）pp.325－335

─ ─326（ ）240

古野　義明・中山　裕則・遠藤　邦彦・穆　桂金

モンゴル自治区内のゴビ砂漠に位置し，南部の祁連山脈

の山岳氷河・積雪域を水源として砂漠内を流れている。

下流域にはソゴノール，ガシュンノール，Old Juyan

Lakeなどの湖水域が存在する。黒河上流部には張掖，

金昌，武威といったオアシス域が分布しており，特に張

掖は漢や唐の時代においてシルクロードの交易の重要都

市であった。祁連山脈南側には青海湖が ,北方にはゴビ

砂漠の一部であるバダインジャラン砂漠が分布する。ゴ

ビ砂漠では，タクラマカン砂漠と同様に気流によってダ

ストが上空に巻き上げられ，春季には黄砂として中国東

部や日本に到来する。

黒河下流域はかつて，現在の湖水域が一つであったほ

ど巨大な湖であったが，水域が一度縮小し，B.C.5550年

以降にOld Juyan Lakeが発達した。B.C.550年には現在

のソゴノールに水が流れ始め，ソゴノールの水位は

A.D.550年からA.D.1250年の間に最も高い位置に到達し

たが，A.D.1000年頃から水位が低下し始めた 5）。その後

ソゴノールの湖水域は1990年代に一度枯渇しているが，

近年水が戻ってきた 13）。A.D.1200年頃には現在のガシュ

ンノールが形成されるが，その湖水域はA.D.1400年頃

から幾度にもわたって繰り返し干上がっている 5）。対象

地域のゴビ砂漠の周辺をFig. 1に示す。

3　研究方法

3. 1　研究の概要

本研究は主に，

①高分解能衛星データによるDEMの作成と旧湖岸地

　　形の抽出精度の比較検証

現在の中華人民共和国からカザフスタンやイランにか

けての地域を含む中央アジアの乾燥地域では，更新世以

降の大陸の衝突によって地表が隆起し，乾燥化が進行し

てきたと考えられている。近年，この地域に分布する多

くの湖沼水域が急激に縮小してきていることが確認され

ており，グローバルな変化も踏まえた要因の分析が必要

とされている。

これまでに，広域の情報を継続的にモニタリングが可

能な衛星リモートセンシングを適用し，中央アジアのア

ラル海やバルハシ湖などの湖沼域とその集水域を対象と

して環境変化の分析が行われてきた。その主な結論は，

上流域の灌漑農地の拡大に伴う河川水の取水量の増加が

湖沼域への流入量の減少を招いたというものであっ

た 1）2）3）4）。しかし，継続したモニタリングの結果，現

在でも縮小を示すアラル海の湖水域とは異なり，中国中

西部のゴビ砂漠内の河川，黒河の下流域に位置している

ソゴノールの湖水域が近年拡大傾向にあることが確認さ

れ，その背景や原因についての調査が必要と考えられ

た。

また，衛星画像や現地調査から，ソゴノール周辺にお

いて，湖水域が縮小する過程で形成される複数の過去の

湖岸線（以下，旧湖岸地形とする）が確認されている 5）。

これまでに，この旧湖岸地形をデジタル標高データ

（DEM）によって抽出し，過去の湖水域を復元すること

を目的とした研究も行われており，その結果，衛星デー

タのステレオペアから独自の手法を適用した高精度な

DEMの作成の可能性や6）7）8）9），それを用いた長期スケー

ルでの湖沼域変動の解析の可能性が示された 10）11）12）。

本研究では，中国の黒河流域を対象地域として長期的

なスケールで湖水域変動の解析を行うことを最終的な目

的とし，まず，高分解能衛星のステレオペア画像から独

自のアルゴリズムを適用した高精度なDEMの作成を試

み，複数の既存のDEMと合わせて，現地計測結果との

比較から，それらによる旧湖岸地形の抽出精度の検証を

行う。次に，精度検証により最も適していると判断され

たDEMを用いて，年代測定結果が報告されているOld

Juyan Lakeを対象に，実際に旧湖水域の復元を試みる。

最後に，時系列衛星データを用いて1970年代以降の黒

河流域の湖水域，灌漑農地，山岳の雪氷域を中心とした

環境変化を解析し，長期スケールでの湖水域変動解析の

結果との関係により，総合的に本地域の環境変遷につい

て考察を行う。

本研究の対象地域である黒河（Hei He）は，中国の内

Gashun nur

Sogo nur Old Juyan Lake

Badain Jaran Desert

Qilian Mountain

Hei He

Gashun nur

Sogo nur Old Juyan Lake

Badain Jaran Desert

Qilian Mountain

Hei He

Fig. 1 A study area

─ ─327 （ ）

時系列衛星データによる閉塞湖水域変動解析に基づく乾燥地域の環境変化分析

241

いた。米国のTerraは1999年に打ち上げられた極軌道プ

ラットフォームであり，本研究のDEMの作成に使用す

るASTERは，NASA/JPLと日本の通商産業省（現・経済

産業省）により共同開発されたセンサである。データは，

可視近赤外放射計（VNIR），短波長赤外放射計（SWIR），

熱赤外放射計（TIR）の3つのサブシステムより構成され

ており，その中でもVNIRは，近赤外域の波長帯におい

て，直下視及び軌道方向に対して27.6度後方を観測する

後方視のバンドを有している。

取得データは，複数の旧湖岸地形が現地で確認されて

いるOld Juyan Lakeを対象として選定した。使用データ

一覧をTable 1に示す。

3. 2. 2　DEM作成のソフトウェア

ASTERデータのステレオ画像からDEMを生成するに

あたり，ステレオマッチングソフトウェアの開発を行っ

た。使用ソフトウェア言語として本研究ではFORTRAN

を用いた。DEM生成のアルゴリズムを以下に示す。

対象物の標高をh，人工衛星の高度をH，直下視の視

野角をθ1，後方視の視野角をθ2，同一対象物でも撮像

する角度によって生じる水平方向の位置ずれ（視差）を

⊿とすると，対象物の標高hは以下の式（1）で算出でき

る 12）。

（1）

θ1に0°を，θ2にASTERの後方視センサの設定角度

である27.6°を，⊿に空間分解能の15 mをそれぞれ代入

すると，ASTERデータの1画素分の視差に対する比高は

28.69 mと計算される。しかし，後方視における視野角

と地表への入射角の関係をFig.3に示すが，地球は球面

であるため，地表に入射する角度θ3は27.6°よりも大き

くなる。地球の半径をRとすると，地球の球面を考慮し

た際の地表への入射角度θ3は，Fig.3から以下の式で求

められる。

（2）

Acquisition date Location Product

2001/8/13 Old Juyan Lake（North） Level 3A

2001/8/13 Old Juyan Lake（South） Level 3A

②最適なDEMを用いたOld Juyan Lakeの旧湖水域の

　　復元

③時系列衛星データによる1970年代以降の黒河流域　　における環境変化解析

の3点に分けられる。解析の流れをFig. 2に示すが，具

体的な解析手法は3.2節以降で述べる。

①では，衛星センサにステレオ機能を搭載している

Terra/ASTERのデータを用いてDEMの生成を行い，既

存のDEMや旧湖岸地形の比高の現地計測結果と比較し

て，その精度の検証を行う。次に②では，①の結果より

最も高い精度が示されたDEMを適用し，抽出された旧

湖岸地形の位置における年代測定結果と併せて，過去の

湖水域の復元を行う。③では，1970年代以降のゴビ砂漠

周辺の湖水域，灌漑農地，祁連山脈の氷河・積雪域を時

系列衛星データによって解析し，近年の黒河流域の環境

変化の考察を行う。最後に，②，③の結果より，ゴビ砂

漠における数千年スケールでの湖水域変化について論じ

る。

3. 2　高分解能衛星データによるDEM作成とその精度検証

3. 2. 1　使用衛星データ

本研究では，高分解能衛星よりDEMの作成を行うた

め，比較的安価で15mと空間分解能の高いTerra/

ASTER Level 3Aプロダクトのステレオペアデータを用

matching softwareDevelopment of stereo

Accuracy evaluation

Monitoring of environmentalchange in Gobi desert bymulti-temporal satellite data(from 1970s to 2005)

Extraction of formerlake shore line

Climate data

Analysis of recentenvironmental change

Analysis of environmentalchange in ancient times

Result of agedetermination

Conclusion

Generation of DEM byusing Terra/ASTER data

Fig. 2 A flowchart of monitoring environmental change in the

catchment basin of Hei He by using multi-temporal

satellite data

Table 1 ASTER data used for the DEM generation and it’s

accuracy verification

×+

=21 tantan HH

Hh

⎭⎬⎫

⎩⎨⎧ ×+

RHR 2

3

sinarcsin

古野　義明・中山　裕則・遠藤　邦彦・穆　桂金

─ ─328（ ）242

で，旧湖岸地形の抽出精度とは，現地において計測され

た旧湖岸地形の比高と，同位置における生成された

DEMの比高の両者を比較した場合，生成されたDEM

が現地計測結果と段状のパターン抽出についてどの程度

一致しているかを示したものである。本研究では，これ

らを断面図に描画して目視による比較を行った。

3. 3　DEM

3. 3. 1　DEMによる旧湖岸地形の抽出

新たに作成されたDEMならびに既存のDEMによる

旧湖岸地形およびその断面図を現地計測結果と比較し，

最も現地計測結果と類似した比高断面を有していた

DEMを適用して，目視判読による旧湖岸地形の判別を

試みた。このとき，旧湖岸地形の判別は行うことが可能

であっても，空間分解能の違いにより15 m四方の平均

標高値が表されているASTERのDEMや約100 m四方の

平均標高値が表されているSRTM-3/DEMの値と，現地

調査によって求められた比高あるいは絶対標高は，衛星

/センサの空間分解能の違いから必ずしも一致しないこ

とも考えられる。しかし，DEMは精密に幾何補正され

ているため，本研究では，旧湖岸地形が抽出された地点

におけるDEMの値を過去の湖水域の水位として仮定し

た。

3. 3. 2　年代測定結果に基づいた湖水域の時系列変化

　　　　解析方法

対象地域としたOld Juyan Lake東部の旧湖水域内に存

在する砂丘は，ここ500年間の間に形成された比較的新

しい砂丘であるとされている 14）。従って，7000年以上

式（2）から，θ3は30.96°となり，式（1）のθ2に30.96°

を代入すると，ASTERステレオペアにおける1画素分の

視差に対する比高は25.0 mとなる。

すなわち，ステレオマッチングソフトウェアは，直下

視画像と後方視画像から，標高を算出する地点において

何画素分の視差があるかを計測し，その画素数に25.0を

乗算することで標高を計算するものである。実際には，

本ソフトウェアにより，ASTERデータのステレオペア画

像からDEMを生成（以下｢ASTER/DEM｣と呼ぶ）した。

3. 2. 3　DEMの旧湖岸地形抽出精度の検証方法

旧湖岸地形の抽出精度の検証は，高分解能衛星データ

から作成されたDEMと，既存のDEMであるTerra/

ASTER Level 3Aプロダクトに付加されるDEMデータ，

および2000年にスペースシャトルのエンデヴァー号に

レーダを搭載して全球を対象とした観測データより作成

されたDEMデータ（以下｢SRTM-3/DEMデータ｣と呼

ぶ）に対して行った。また，対象としたOld Juyan Lake

の旧湖岸地形の真値として，現地調査で計測された各旧

湖岸地形の比高値を使用したが，調査の関係上，実際に

比高の測量を行った値ではなく，ポータブルGPSに表

示される標高値から比高値を計算した値を用いている。

Old Juyan Lakeにおける旧湖岸地形の計測地点をFig. 4

に示す。

現地調査における旧湖岸地形の比高計測結果とDEM

の値を比較するため，作成されたDEM，および既存

DEMを精密幾何補正によりUTM座標系へ地図投影変

換を行った。Old Juyan Lakeにおける地図投影系は，

UTM座標系の第47帯にあたり，解析範囲は旧湖水域の

ほぼ全域をカバーする東西90 km×南北135kmとした。

この後，新規に作成されたDEMおよび既存のDEM

を用いて，旧湖岸地形の抽出精度の検証を行った。ここ

Fig. 4 Measurement points of the elevation of gravel bar in

Old Juyan Lake

p1p2 p3

p4 P5 p6 p7p8p9

p10p11

p12

p13p14p15 p16

p17 p18 p19

Lake Front

Satellite

32

The Earth

R

H

Fig. 3 A model of incident angle calculation

─ ─329 （ ）

時系列衛星データによる閉塞湖水域変動解析に基づく乾燥地域の環境変化分析

243

る雪氷域の抽出を行った。最後に，NDVIによって分類

された水域，裸地，植生域と，可視域の赤の波長帯によっ

て分類された雲域，雪氷域を統合して1つの分類画像と

した。

4.　Old Juyan Lakeを対象とした各DEMの旧湖岸地

形抽出の精度検証

Old Juyan Lakeにおける作成されたASTER/DEMと，

精度検証に使用したASTER3A/DEM，SRTM-3/DEM，

ASTER/DEMに標高補正を施したDEM（このASTER/

DEMを以後“ASTER/DEM2”と呼ぶ）のそれぞれのカ

ラー表示画像をFig. 5に示し，これらと現地調査によっ

て計測された旧湖岸地形の横断（Fig. 4）方向の比高を

Fig. 6に示す。

ASTER/DEMは1画素の視差に対する比高が25mと大

きく，緩やかな傾斜の地形は段状のパターンとなって表

示され，25m未満の比高値はほとんど表現されず，その

ままでは旧湖岸地形抽出に適さないことが分かった。そ

こで，ASTER/DEMとSRTM-3/ DEMを比較して両者

の差を取り，一定以上の閾値（差の値）を越えた場合に

はASTER/DEMのデータにSRTM-3/DEMの値を置き

換えるという処理を行った。その際，両DEMの差を対

前からの湖水域の復元を行うために，砂丘を除去する必

要がある。そこで本研究では，変化解析に先立ち，旧ソ

連製10万分の1地形図を精密幾何補正してDEMとの

オーバーレイ処理を行い，地図に記載されている砂丘部

分をマスクした。

精度検証で最適と判断されたDEMを適用して，3.3.1

項の方法で抽出された旧湖岸地形の位置における標高を

当時の水域の水位とし，その地点の年代測定結果を用い

て過去の湖水域の復元を行った。なお，現地調査報告 14）

によると，Old Juyan Lakeの東部と西部を分ける中央部

のバーは，水位の変動があるたびに北から徐々に発達し

てきたとされており，水域形成当時は隔たり無く湖の西

部と東部がつながっていたと考えることが出来る。その

ため，本研究では，Old Juyan Lakeの西部と東部の水域

が分断されて表示された場合も，当時1つの水域である

とみなした。

3. 4　時系列衛星データによる1970年代以降の環境変

　　　化解析方法

時系列衛星データの解析のための使用データとして，

1970年代から1990年代にかけてはNOAA/AVHRRデー

タを，2000年代についてはTerra/MODISデータをそれ

ぞれ選定し，祁連山脈や黒河流域をカバーするデータの

取得を行った。使用データ一覧をTable 2に示す。ゴビ

砂漠におけるデータセットは，原点を北緯24°，東経

105°，標準緯線を北緯40°40′，北緯27°20′としたランベ

ルト正角割円錐図法とした。

本研究では，土地被覆分類のためにAVHRRとMODIS

共通の観測波長帯である可視域（赤）と近赤外域のバン

ドを使用して正規化植生指標（NDVI）を作成し，閾値

を設定すること（以下，閾値法）で水域，裸地，植生域

の分類を行った。NDVIでは自然植生と灌漑農地を区別

することが困難であったため，本研究では自然植生と灌

漑農地を合わせて植生域とした。雲域は，可視域の赤の

波長帯を用いて目視判読によるマスク処理を行った。次

に，同じく可視域の赤の波長帯を使用して，閾値法によ

Fig. 5 DEM color images derived from Terra/ASTER(a),

existed ASTER 3A/DEM(b) , SRTM-3/DEM(c), and

ASTER/DEM2(d) in Old Juyan Lake

Acquisition date Location Platform/Sensor

1979/8/31 Gobi desert NOAA/AVHRR

1990/9/20 Gobi desert NOAA/AVHRR

1998/9/50 Gobi desert NOAA/AVHRR

2003/8/30 Gobi desert Terra/MODIS

2005/8/12 Gobi desert Terra/MODIS

Table 2 Satellite data used for the analysis of environmental

change in Gobi desert

(a) ASTER/DEM (b)ASTER3A/DEM

(c) SRTM-3/DEM (d) ASTER/DEM2

850 1100m 0 100km

古野　義明・中山　裕則・遠藤　邦彦・穆　桂金

─ ─330（ ）244

から，SRTM-3/ DEMの分解能では抽出ができなかった

ことが考えられる。

以上の結果より，現時点では旧湖岸地形の抽出につい

て最適であるのはSRTM-3/DEMであると考えられた。

従って，以後の旧湖岸地形抽出に基づく旧湖水域復元と

これによる環境変化分析には，SRTM-3/DEMを用いた。

ただし，ASTER/DEM2は，空間分解能がSRTM-3/

DEMと比較して高いことから，補正方法を改良するこ

とで詳細な旧湖岸地形の抽出が可能であることが考えら

れた。

5.　Old Juyan Lakeの旧湖水域の復元と湖水域の時

系列解析

5. 1　 旧湖岸地形の抽出結果に基づくOld Juyan Lake湖

　水域の復元

SRTM-3/DEMを適用して復元された，約7500年前

から約1000年前までのOld Juyan Lakeの湖水域の推定

範囲を示す画像をFig. 7に示し，これより算出された湖

水域面積のグラフをFig. 8に示す。

これらから，Old Juyan Lakeが形成されたB.C.5503年

頃には，湖の東部と西部がバーによって隔てられ，湖水

域が分割さたことが確認できる。しかし，3.3.2項でも述

べたように，このバーは長期にわたるOld Juyan Lakeの

水量増減の変動によって北から徐々に伸びてきたことが

分かっている。当時はまだ湖の東部と西部が地上でつな

がっていたことが考えられるため，本研究では1つの水

域であるとした。

また，A.D.300年以降における年代測定結果の入手は

象領域内全画素において計算し，頻度が最も多い差の値

を閾値として決定することを試みたが，頻度が最も多

かった差の値が0であったため，本研究では，仮の閾値

として，1画素の視差に対する比高の半分である12.5 m

を採用した。

Fig. 5（a）から，作成されたASTER/DEMは，Old

Juyan Lake内の塩が広がる白色の地点や，砂漠で同一濃

度パターンが広がるOld Juyan Lake周辺部において，幾

らかミスマッチングが示されたが，Fig. 5（d）および

Fig. 6を確認したところ，上記の補正を行ったASTER/

DEM2において，補正前のASTER/DEMと比較して広

い範囲にわたって分布していたミスマッチングが除去さ

れており，標高も滑らかに表現されているのが分かる。

補正前と比較して，ASTER/DEM2の旧湖岸地形の抽出

精度はある程度向上したと考えられるが，抽出できた旧

湖岸地形は，p17，p16，p5，p4の4地点のみであった。比

高値が補正前と同じであったp14からp10にかけてとp8

からp6にかけては，ASTER/DEMとSRTM-3/DEMの

差が，補正のための閾値である12.5m未満であったため，

ASTER/DEMの標高値が補正されずそのまま表現され

たことが考えられた。

また，Fig. 6から，ASTER3A/DEMは現地計測値と大

きくかけ離れていたことが示されたが，SRTM-3/DEM

は他のDEMと比べて実際の旧湖岸地形を最も良く表現

していることが見て取れる。このDEMで実際に比高が

抽出できたのは，19地点の旧湖岸地形のうちp17，p16，

p13，p9，p8，p7，p5，p4，p2，p1の10地点である。p19，

p18，p14，p3については，旧湖岸地形の間隔が狭いこと

-20

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

0 500 1000 1500 2000 2500Distance (m)

Rel

ativ

ehe

ight

(m)

ASTER/DEMASTER3A/DEMSRTM-3/DEMASTER/DEM2Field survey

P19P17

P15

P14

P13

P12 P11 P10P9 P8 P6 P5P4

P3

P2 P1P7

P18

Fig. 6 Profile of the relative height of each DEM at the old lake shore and several gravel bars of Old Juyan Lake

─ ─331 （ ）

時系列衛星データによる閉塞湖水域変動解析に基づく乾燥地域の環境変化分析

245

困難であったため，A.D.300年以降における湖水域の復

元は現時点では不可能であったが，遠藤ら 5）によると，

A.D.1000年頃までにはOld Juyan Lakeは干上がってし

まった。そこで，A.D.1000年における湖水域の状態は，

現在と同じく干上がった状態であると仮定し，Fig. 8で

A.D.225年以降の水域変化は破線で表示した。

5. 2　Old Juyan Lake湖水域の時系列変化

Fig. 8から，Old Juyan Lakeの湖水域は複雑に増加や

減少を繰り返してきたことが分かる。以下に調査報告 5）

を基に，その変動の背景の考察を行った。

B.C.5503年～B.C.870年にかけては，湖水域が増加傾

向にあった期間である。B.C.1000年以降の流入河川は，

発達してきた砂丘によって遮られたことから，流路を北

に変えて新たな水路が形成され，Juyan Deltaおよび入り

組んだ水路を発達させて，Old Juyan Lakeの湖水域が変

化してきたと考えられている。

B.C.870年～B.C.398年にかけては湖水域面積が減少

傾向であるが，これはこの頃から上記の水路が砂丘に

よって遮られ始め，Old Juyan Lakeの水位が上昇・低下

を繰り返して変動していたことによる。また，B.C.550

年頃からはソゴノールへ水が流れ始め，この頃から黒河

の水はOld Juyan Lakeとソゴノールの両湖に注がれてい

た。なお，ソゴノールへの水は，B.C.550年からA.D.250

年の間に発達した小規模のデルタ（Ejina East Delta）の

水路を経由して注がれていた。

B.C.398年～A.D.225年の期間は湖水域が増加傾向に

(f) B.C.398 (g) B.C.380 (h) A.D. 150(e) B.C.870

(i) A.D. 185 (j) A.D. 225 (k) A.D. 1000

Water area

(c) B.C.4003 (d) B.C.955(b) B.C.5433(a) B.C.5503

0 50km

Fig. 7 Color images showing former lake water area in Old

Juyan Lake from B.C.5503 to A.D.1000 based on

SRTM-3/DEM with field obsevation data

Fig. 8 Estimation of change in lake water area of Old Juyan Lake by using SRTM-3/DEM data with field

observation data

0

300

600

900

1200

1500

1800

-6000 -5000 -4000 -3000 -2000 -1000 0 1000 2000Year

Lake

area

(km

2 )

古野　義明・中山　裕則・遠藤　邦彦・穆　桂金

─ ─332（ ）246

たことによると考えられた。

6.　衛星データ解析に基づくゴビ砂漠の環境変動

6. 1　1970年代以降のゴビ砂漠周辺の地表被覆変化

Fig. 9に衛星データ解析に基づく1979年から2005年

にかけての流域の地表被覆変化を，Fig. 10に1979年か

ら2005年にかけての祁連山脈の雪氷域変化を示し，Fig.

11に1970年代から2000年代にかけてのソゴノール，植

生域，雪氷域の面積変化を示す。なお，山脈に雲域の多

かった1998年は雪氷域の分類処理を行わなかった。

植生域に関しては，最も顕著に面積の増加を示した

1990年～2003年の期間で，Fig.9の（b）～（d）より，上

流部の植生域の拡大が目立った。これらの地点に関して

は，衛星カラー合成画像の判読から，植生域が1979年

からすでに存在していたと判読できたが，1979年から

1990年にかけては植物の活力が他の年と比較して低く，

NDVIの閾値法による分類では植生域として抽出されな

かったことが原因で，1990年代以降の植生域の拡大に影

響したと考えた。実際に，衛星カラー合成画像の判読に

よると黒河上流部における植生の活力は増加しているこ

ある。劉邦によって建てられた前漢の王朝時代はB.

C.206年～A.D.8年にあたり，この頃には大規模な農耕

地および灌漑システムが発達していたが，王朝の最終期

には周辺域の砂漠化が著しく進行してきたと考えられて

いる。

A.D.225年～A.D.1000年にかけては，湖水域が減少傾

向にあった。A.D.250から，Juyan Deltaにおける複数の

水路が砂丘によって阻まれ，この頃から水位が低下し始

めた。また，現地調査では，A.D.250年以降のグラベル・

バーが発見されておらず，ある程度長期にわたって水位

が固定されていないと形成されないグラベル・バーの性

質から，その縮小速度は急激であったことが考えられ

た。なお，Ejina East Deltaの水路へはその後も水が流れ

ていて，A.D.550年頃にその水位は最も高くなった。

以上のことからOld Juyan Lakeの変動の要因を考察す

ると，黒河の下流域では，砂丘の発達に伴って水路の進

路がそのつど変化し，それによって湖水域の形成，衰退

が繰り返されてきたことが考えられた。最終的にOld

Juyan Lakeが干上がった要因としては，湖水域に流入す

る複数の水路が，発達してきた砂丘によって全て阻まれ

(a) 1979 (b) 1990 (c) 1998

(d) 2003 (e) 2005

Cloud

Bare land area

Vegetation area

Water area

0 200km

Fig. 9 Color coded land cover classification images from 1979 to 2005 in the catchment basin of Hei He

─ ─333 （ ）

時系列衛星データによる閉塞湖水域変動解析に基づく乾燥地域の環境変化分析

247

とが確認でき，この地域では，1990年～2003年の期間

で植生の密度もしくは活力が増加したか，あるいは灌漑

農地が拡大して分布密度が増加したことが推察される。

2003年から2005年にかけては，2003年以前に対し植生

域は緩やかな拡大傾向を示した。

ソゴノールの湖水域に関しては，Fig. 9より，1979年か

ら1998年まで縮小傾向を示し，1998年までに一度干上

がっている。縮小速度は，1979年から1990年にかけて

－1.27km2/year，1990年から1998年にかけて－2.00km2/

yearとなり，1990年から1998年にかけての縮小速度が

1990年以前と比較して著しくなったことが分かった。ま

た，それまで干上がっていたソゴノールの湖水域は2003

年から2005年の間に再び現れ拡大を示し，その速度は

17.50km2/ yearとなった。このことから，ソゴノールに

おいて，1979年から1998年に示された縮小の変化よりも，

2003年から2005年に示された拡大の変化の方が著しい

ことが分かった。

祁連山脈の雪氷域の面積は，Fig. 11より，1979年から

1990年までは若干の縮小傾向，1990年から2003年にか

けては若干の拡大傾向，2003年から2005年にかけては

著しい縮小傾向にあると考えられた。なお，雪氷域の変

化速度は，1979年から1990年にかけては－0.36km2/

year，1990年から2003年にかけては5.00km2/year，2003

年から2005年にかけては－10.69 km2/yearとなり，2003

Fig. 10 Color coded land cover classification images from 1979 to 2005 in Qilain mountain

(a) 1979 (b) 1990 (d) 2003 (e) 2005

Cloud

Bare soil area Vegetation areaWater area

Snow area0 100km

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010year

Veg

etat

ion,

Snow

(km

2 )

0510152025303540

Wat

er(k

m2 )

Sogo nurVegetationSnow

Fig. 11 Change in water area of Sogo nur，vegetation and snow area in the catchment basin of Hei He from

the 1970’s to the 2000’s

古野　義明・中山　裕則・遠藤　邦彦・穆　桂金

─ ─334（ ）248

年から2005年にかけての面積縮小状況は1990年以前の

面積縮小状況と比較して約30倍も著しいことが示され

た。

6. 2　ゴビ砂漠

6. 2. 1　社会的背景および気候変化

時系列衛星データの解析結果に基づいたゴビ砂漠の環

境変化要因の考察を行うため，現地の社会的背景や気象

データを整理し分析を行った。

社会的背景として，近年の内モンゴル自治区では幾つ

かの国家政策が実施されている。ソゴノールが完全に消

失した1992年には，国家水利部が特別委員会を設置し，

水量配分に関する法案を策定し，下流域への放流量や放

流時期などをそのつど協議で定めるようにした。2001年

には「生態移民」の政策が指示され，黒河上流域では水

源涵養のために森林が必要となり，森林を破壊するとさ

れるヤギなどを追い出すために放畜民の移民が政策課題

とされた。黒河の下流域では，地下水位の低下によって

立ち枯れはじめた胡楊林を守るために，2001年から3年

間の間に当該地域の住民を退去させるという政策が課せ

られている 15）。

また，ソゴノールから約30km南部に位置するEjin Qi

における気温および降水量の気象データ（気象庁より入

手）をFig. 12に示すが，入手時（2007年1月）にはデー

タ取得の期間が1988年から2004年までであり，それ以

外の期間のデータは入手には至らなかった。その特徴と

して，年平均気温は，1999年までは8℃から10℃の間を

増減する変化を示していたが，1999年以降は徐々に増加

傾向にあることが分かる。降水量は，観測された16年

間の平均の37.71mmを上回ったのは，1990年から1996

年にかけての6年間と1997年および1999年であり，2000

年代は比較的降水量が少ないことが示された。

6. 2. 2　ソゴノールの湖水域変化に関する考察

前項の結果から，1970年代以降のソゴノールの変化要

因については次のようにまとめられた。

（1）水量配分に関する法案が策定される1992年まで

は，黒河流域内の都市域や植生域の拡大に伴う水

資源の多量の使用によって，ソゴノールの湖水域

の縮小が進行し，さらに1998年には水域が消滅

したと推察された。なお，1994年までは降水量が

多く，雪氷域も増加の傾向を示しており，ソゴ

ノールの水域が消滅した主な原因は，黒河流域の

上流部での人間活動の拡大に伴う水の使用量の増

加であると考えられた。

（2）2001年以降は，上流部での森林の確保，下流域

への水分配の確保の政策が取られたことによっ

て，黒河上流域の灌漑地を中心とした植生域の拡

大が顕著になり，2003年以降におけるソゴノール

の回復につながったことが推察された。ここで，

雪氷域面積縮小の傾向と気象変化から，2001年以

降における気温の増加とそれに伴う雪氷域の面積

縮小が考えられ，融雪水がソゴノールへ多量に流

れ込んだとは考えにくく，2003年以降に湖水域が

増加した理由は，黒河下流域への上流域からの放

流量調節という人為的作用が考えられた。

7.　結論

本研究では，数千年間におよぶ中国・黒河流域の環境

変遷を閉塞湖水域変動解析に基づき分析を行うことを最

終的な目的とし，高分解能衛星データを適用したDEM

の作成とその精度検証を行って，これにより最適な

DEMを適用したOld Juyan Lakeにおける数千年間の湖

水域の復元と湖水域変動の分析を行った。さらに黒河流

域における1970年代以降の地表被覆変化の解析結果を

合わせて流域内の環境変化分析を行った。本論の結論は

以下のようにまとめられる。

（1）衛星ステレオペアデータからDEMを作成するソフトウェアの開発を行い，そのソフトウェアを適

用したTerra/ASTERのステレオペアデータによるDEMを作成し，これにSRTM-3/DEMによる標高補正を行うことで精度の向上が示された。し

かし，ASTERデータから作成されたDEMおよび

PrecipitationTemperature

0

20

40

60

80

1988 1992 1996 2000 2004

Year

Precipitation (mm)

024681012

Temperature ( )

Fig. 12 Annual mean temperature and total precipitation from

1988 to 2004 in Ejin Qi

─ ─335 （ ）

時系列衛星データによる閉塞湖水域変動解析に基づく乾燥地域の環境変化分析

249

活動の拡大が1998年のソゴノールの水域の消滅

を招き，2000年代以降では人為的に水を下流域に

放出したことが水域の拡大につながったことが分

かった。

謝辞

本研究を進めるに当たり，ステレオマッチングのソフト

ウェアの開発支援を行って下さったNEC航空宇宙システムの山口志野氏，現地の情報を提供していただいた日本大学文

理学部地球システム科学科の田少奮助手には謝意を表しま

す。

尚，本研究では科学研究費｢アジア中東部地域における気

候変動および水資源動態の分析に関する研究｣（課題番号

16500652，研究代表中山裕則）の費用の一部を使用した。

既存のSRTM-3/DEM，ASTER3A/ DEMによりOld Juyan Lakeの旧湖岸地形抽出を試みた結果，SRTM-3/DEMが最も抽出精度が高いということが分かった。

（2）最適とされたSRTM-3/DEMから抽出可能な旧湖

岸地形に各年代測定情報を参照させ，Old Juyan

Lakeにおける過去約7500年間の湖水域の復元を

行った結果，黒河下流域の湖水域は，砂丘の発達

に伴って水路の進路が年代と共に変化し，それに

よって湖水域の形成，衰退が繰り返されてきたこ

とが分かった。

（3）MODISなどの時系列広域衛星データを解析した

結果，1970年代以降で，黒河上流域における人間

1）　中山裕則，田中總太郎，遠藤邦彦，管　雄三：人工衛星

データによる乾燥地域の湖水域と植生域の変化モニタリ

ング，沙漠研究，vol.4, pp.21－38, 1994

2）　中山裕則，田中總太郎，遠藤邦彦，管　雄三：人工衛星

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グ，（社）日本リモートセンシング学会誌，Vol.15, No.1,

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と現地調査によるジュンガル盆地の環境変化調査，（社）

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参考文献