ArcGIS Spatial Analysis Services: Copernicus、ココアとコーヒーのプランテーションの健康状態を測定します

FernandoRoque

1. 光合成と干ばつ進行を止める緩衝地域 <\/FONT><\/STRONG><\/P>グアテマラのこれら4つの地域におけるCopernicusの吸収された光合成活性放射分率（FAPAR）製品を用いた光合成の測定により、ココアとコーヒーが森林保全に与える利益、そしてこれらの地域が低い土壌水分率と高い土壌温度で砂漠化の進行を止める安全地帯として機能している様子を特定できます。 この分析のビデオはこちらでご覧いただけます: https://www.youtube.com/watch?v=byt5-M6x48w 
4つの地域は以下の通りです:
1) グアテマラ北中部のAlta Verapaz県にあるココア農園（図1a参照）。ココア農園の範囲は農業省の土地利用マップによるもので、これはグアテマラ政府の公式情報源です。
2) ココア農園の南側で、標高と地形が類似した地域。この地域にはココア農園はなく、砂漠化の兆候が見られます。（図1a参照）
3) 西部Huehuetenango県にあるコーヒー農園（図1b参照）。コーヒー農園の範囲は農業省の土地利用マップによるもので、こちらもグアテマラ政府の公式情報源です。
4) このコーヒー農園の東側で標高と地形が類似している地域（図1b参照）、しかし深刻な砂漠化の兆候と低い光合成レベルが見られます。<\/P><\/span><\/P>図1a.<\/STRONG>  グアテマラAlta Verapaz県のココア農園 <\/P><\/span><\/P>
図1b. <\/STRONG>Huehuetenango西部県のコーヒー農園 <\/P>2. グアテマラAlta Verapazにおけるココア農園<\/FONT><\/STRONG><\/P>Huehuetenango県はグアテマラ西部の乾燥回廊に位置し、図1bに示すように、このコーヒー農園は砂漠化進行に対する最後の防衛線となっています。 <\/P>4つの地域について2020年から2025年10月までの歴史的時系列光合成測定値を示します。図3ではAlta Verapaz（図1a）の地域1と2の統計的時系列を観察できます。図3は吸収された光合成活性放射分率（FAPAR）を用いた光合成データを示し、その値は0から0.94まで変動します。0.8以上は優れた光合成を示し、0.75未満は中程度でリスクが出始めていることを示唆します。0.58未満は懸念され、砂漠化開始の可能性があります。<\/P><\/span><\/P>図3: <\/STRONG>Alta Verapazのココア地域（図1a参照）における吸収された光合成活性放射分率（FAPAR）を用いた光合成データ（0から0.94まで） <\/P>図3では青線が2020年から2025年10月までの月別ココア農園の光合成レベルを示しています。ほとんどの場合、0.75以上という優れたレベルを維持し、雨季末期である9月と10月には0.9に達します。ただし2024年5月には指標が懸念される0.568まで低下しています。
オレンジ線はココア農園南隣接地域の光合成レベルを示します。同じ標高と地形にもかかわらず、図4に示すように、この地域の光合成レベルはココア農園より低いことがわかります。
最も低い光合成レベルは2024年と2025年5月で、それぞれ極めて低い0.353および0.484でした。これらは雨季開始時期に発生しており、深刻な砂漠化リスクを示唆しています。グアテマラ全域から得られた証拠によれば、雨季開始は従来5月ではなく6月となっており、その結果気候変動により夏季と高温期間が約30日長くなっています。<\/P><\/span><\/P>図4:<\/STRONG> 図1aに示すココア農園地域およびその南側非栽培地域の標高と地形。海抜700〜900メートルであることがわかります。 

図4はAlta Verapaz内の地域1と2が海抜700〜900メートルで類似した標高・地形であることを示しています。ただしこの地域は火山山脈ほど高くなく、最高1500メートルです。データから判断すると、ココア農園は高い光合成活性のおかげでオアシスとして機能し、周辺への砂漠化進行を遅らせる緩衝帯として作用しているようです。<\/P>3. グアテマラHuehuetenangoにおけるコーヒー農園<\/FONT><\/STRONG><\/P>図5に示すHuehuetenangoでのコーヒー分析では、標高・地形が類似する隣接する干ばつ被害地域とは対照的に優れた光合成活性を持つ農園が明らかになりました。この統計データは、図7に示すように国東部からメキシコ国境西部まで伸びるグアテマラ乾燥回廊拡大への障壁としてこのコーヒー林が機能していることを示しています。<\/P><\/span><\/P>図5.<\/STRONG>  Huehuetenangoでのコーヒー分析<\/P>青線は図1bに示すコーヒー農園を表し、2023年、2024年、2025年5月以外は0.8〜0.9という高い光合成レベルを維持しています。これら5月には0.7まで低下しますが、この値もまずまず良好ながらシリーズ内他期間より低めです。5月は雨季開始かつ開花期なので土壌水分減少が作物品質や収量へ影響する可能性があります。
オレンジ線は図1b干ばつ地域の光合成レベルを示します。同じく約500メートルしか離れていませんが、ここでは光合成レベルが低く、雨季末期9月・10月でも最大0.75であり、2024年にはピークで0.78でした。この地域では2023年・2024年・2025年5月に懸念される干ばつが発生し、それぞれ歴史的最低値として0.48、0.38、および0.43となりました。このデータはグアテマラ各地で雨季開始遅延が起きている可能性を支持します。
これら光合成レベルを類似標高・地形地域（図6参照）と比較します。<\/P><\/span><\/P>
図6:<\/STRONG>  コーヒー農園および砂漠化リスク隣接地域の標高・地形。海抜1500〜2000メートル間です。<\/P>標高・地形レベルから、高山地帯で海抜1500〜2000メートル間であることがわかります。主な違いはやはりコーヒー農園の存在です。

グアテマラ乾燥回廊は図7に示されています。国東部ホンジュラス国境から西部メキシコ国境まで伸びています。 
<\/span><\/P>図7: <\/STRONG> グアテマラ乾燥回廊<\/P>図7から、西部Huehuetenangoにある緑豊かな地域として示されているこのコーヒー農園が、国を二分するグアテマラ乾燥回廊進行への障壁として機能していることがわかります。 <\/P>4. PythonによるArcGis空間解析サービスを用いた衛星画像から統計抽出<\/FONT><\/STRONG><\/P>この分析はPythonプログラミングによるArcGisサービスの高性能画像解析のおかげで可能となりました。以下はこの計算を行うための主要コード部分です。<\/P>imagery_layer<\/SPAN> =<\/SPAN> upload_imagery_to_agol_userstore<\/SPAN>(<\/EM>
files<\/SPAN>=<\/SPAN>[raster_path<\/SPAN>],<\/EM>
gis<\/SPAN>=<\/SPAN}< \/>)<\/EM>

imagery_layer<\/SPAN><\/EM><\/P>from<\/SPAN> arcgis.<\/SPAN>raster.<\/SPAN>analytics import<\/SPAN> compute_statistics_histograms

stats =<\/SPAN> compute_statistics_histograms(
input_raster=<\/SPAN>imagery_layer,
gis=<\/SPAN>gis
)

stats<\/SPAN><\/EM><\/P>結果は次のようなものを含みます:<\/P>{<\/SPAN><\/EM><\/P>'statistics': [{<\/EM>
'min': 12,<\/EM>
'max': 245,<\/EM>
'mean': 123.67,<\/EM>
'stddev': 18.2<\/EM>
}],<\/EM>
}<\/EM><\/DIV> <\/DIV>ArcGisは、クラウド処理とPythonを組み合わせた衛星画像処理の強力なプログラミングツールです。 <\/DIV> <\/DIV>結論<\/FONT><\/STRONG>
1) ココア農園は、標高700〜900メートルの同じ高度と地形の隣接地域と比較して、より高い光合成レベルを示しています。
2) フエフエテナンゴのコーヒー農園は、乾燥回廊の拡大に対する緩衝材として機能しています。
3) この分析を証拠として、雨季は現在6月に始まります。これは、5月に高い湿度レベルを期待するコーヒー農園の開花、品質、および量に影響を与えます。<\/DIV>4) ArcGIS Spatial Analysis Servicesの使用は、この研究で行ったように衛星画像から大量の統計計算を行うのに役立ちます。<\/DIV><\/DIV><\/DIV><\/DIV><\/DIV><\/DIV><\/DIV><\/DIV><\/DIV><\/DIV><\/DIV>