衛星が西アフリカの脅威を検知：侵略的外来種の花

花は時に悪者になることがあります。一見無害な紫色の花びらと青々とした緑の葉を持つホテイアオイは、ベナンを含む西アフリカと中央アフリカの熱帯地域を侵略しています。人口の多い中央海岸に近いコトヌーのノクエ湖では、ホテイアオイが侵略の危機に瀕しています。ここ数十年で、ホテイアオイは密集して繁殖し、日光を遮り、在来植物や野生生物を駆逐し、水路や灌漑用水路を塞ぎ、村人たちが移動したり魚を採ったりするのを妨げています。

ダニエル・ウッドは、宇宙技術が解決策の一つになり得ると考えていました。2017年、NASAからMITに移籍して間もなく、彼女はある会議に出席し、そこでベナンの起業家と出会いました。その起業家から、衛星データが侵入雑草の管理に地域住民をどのように役立てられるかを探るよう誘われました。現在、ウッドはMITメディアラボのSpace Enabled研究グループのディレクターを務めており、地球観測技術を用いてアクセスが困難な地域をマッピング・監視し、地域住民の意思決定に役立てる方法を示した研究成果をFrontiers in Climate誌に発表したばかりのチームの一員です。具体的には、ベナンの住民が衛星、ドローン、湖に設置されたセンサーから得たデータを用いて、ヒヤシンス問題に取り組んでいる様子が示されています。

北米やヨーロッパの企業や機関は、こうした技術に頻繁にアクセスできますが、世界の他の地域では必ずしもそうではありません。ウッド氏と彼女のチームは、NASAとUSAIDが主導するSERVIRと呼ばれるプログラムのリソースを活用しました。このプログラムは、経済発展途上国におけるこうした能力の向上に貢献しています。「私たちの目標は、宇宙、空中、そして水上からのデータを用いて、こうした継続的な映像を、手頃な価格で運用可能なものにすることです」とウッド氏はベナンでのプロジェクトについて述べています。

ウッド氏のグループの博士課程学生であるウフオマ・オヴィエンマダ氏は、プロジェクトの実施を支援し、ベナン人医師でグリーンキーパーアフリカ社のマネージングディレクターを務めるフォーラ・ムフタウ氏と協力した。ムフタウ氏は、ラテンアメリカのアマゾン川流域原産のホテイアオイを撲滅したいわけではない。むしろ、地域社会でホテイアオイを有効活用したいと考えている。ホテイアオイの花は、油性汚染物質の吸収に効果的な有機繊維に変えることができ、油流出事故や油、酸、塗料で汚染された表面の清掃に利用できる。グリーンキーパーアフリカは、湖の近くに住む女性を含む地域の何百人もの人々と契約し、ホテイアオイを採取して繊維に加工している。しかし、まずは、採取の重点をどこに定めるべきかを把握する必要がある。

オヴィエンマダ氏は、ホテイアオイがどこで、どれほど速く成長しているかを高解像度の写真で撮影するため、ドローンクワッドコプターを湖の上空と周囲に飛ばしたが、操縦できる場所とバッテリーの持ち時間に制限があった。衛星データはより包括的だった。チームは、可視光線と近赤外線の波長で地域全体の画像に加え、電波とマイクロ波を使ったレーダーデータも収集した。そして、それを1980年まで遡るNASAの軌道画像と比較した。「他の方法と比べて、衛星データの本当に素晴らしい点は、大規模で、長い歴史を持つ画像アーカイブを持っていることです。ホテイアオイの成長傾向を分析することができました」とオヴィエンマダ氏は語る。

衛星画像は地域的な視点を提供する一方、オヴィエンマダ氏のドローン写真は対象地域の詳細な情報を提供した。彼女はまた、ボートで湖に入り、あちこちで停泊してセンサーで水質測定を行った。

オヴィエンマダは、これらのデータをすべて活用することで、年々多少の変動はあるものの、ホテイアオイの問題は確かに悪化しており、平均すると毎年湖を覆う面積が増加していることを実証しました。このプロジェクトでは、GKAが採取場所を計画し、必要な人員と保管スペースを推定し、ホテイアオイの過剰な拡散をどの程度防げているかを評価するのに役立つオンラインツールも開発されました。

2004年に開始されたSERVIRは、こうしたプロジェクトを可能にしています。このプログラム（スペイン語で「奉仕する」という意味）は、地方自治体や地域社会が衛星データを活用して環境の脅威に対処し、自然災害に対応できるよう支援しています。「世界中の国々がデータを活用できます。NASAにはデータとノウハウがありました。この二つをどう組み合わせるのでしょうか？」と、アラバマ州にあるNASAマーシャル宇宙飛行センターのSERVIRグローバルプログラムマネージャー兼研究科学者、ダニエル・アーウィン氏は問いかけます。アーウィン氏は、これらのプロジェクトを設計するのはNASAの職員ではなく、地元の専門家であることを強調します。

SERVIRは現在5つの地域拠点を有しており、そのうちの1つは西アフリカにある。他の拠点は東アフリカ、南アフリカ、アマゾン、ヒンドゥークシュ山脈、メコン川にあり、今後は中央アメリカなどにも拠点を追加する予定だ。このプログラムは独自の宇宙船を保有していないが、NASAの様々な衛星、欧州や日本の宇宙機関、そして最近ではサンフランシスコに拠点を置くPlanet Labsなどの商用衛星から収集されたデータを使用している。「我々はLandsatのパワーユーザーです」とIrwin氏は言う。Landsatとは、NASAと米国地質調査所が開発し、1972年から地球を周回している一連の衛星のことである。（Ovienmhada氏とWood氏の研究は、これらの古いLandsat画像の恩恵を受けた。）

このファミリーの最新衛星であるランドサット9号は、先月打ち上げられたばかりです。現在も軌道上にある前身機と同様に、ランドサット9号は、約180キロメートル四方の領域を表す画像を提供し、各ピクセルは30メートル四方の領域をカバーしています。「8日ごとに非常に高品質のデータを取得できます。これは特に水質分析に大いに役立つでしょう」と、メリーランド州にあるNASAゴダード宇宙飛行センターのランドサット9号プロジェクト科学者、ジェフリー・マセック氏は述べています。画像の範囲と解像度は、オヴィエンマダの分析だけでなく、藻類ブルームのマッピングや、干ばつや洪水の追跡・予測などの他のプロジェクトにも役立つことが証明されています。他のSERVIRプロジェクトでは、ランドサットデータを使用して、森林伐採、牧草地の喪失、農作物の収穫量、山火事のマッピングと追跡を行っています。

画像には自然、屋外、フィールド、田舎、農村、農場、建物、草原、花、植物、花が含まれる場合があります

SERVIRの画像を活用するのにデータサイエンティストやコンピュータプログラマーである必要はありませんが、プロジェクトに最適なデータセットを見つけ、管理するには、Pythonなどのスクリプト言語に関するトレーニング（プロジェクトのハブで受講可能）が必要です。また、Ovienmhada氏がデータ、地図、表のインポートに使用したGoogle Earth Engineのようなオンラインのクラウドベースツールも役立ちます。

SERVIRプログラムがアフリカなどの地域で活発化している理由の一つは、NASAとUSAIDが訓練と協力を通じて、ツールとデータを現場の人々にとってより有用なものにすることができたためだと、ラスクルーセスにあるニューメキシコ州立大学の生態学者、ニール・ハナン氏は述べている。ハナン氏は昨年、経済発展途上国における意思決定に地球観測データを活用する様々な方法を検証した論文を執筆した。「彼らは、個々の農家や地域社会のレベルにまで踏み込んだ管理者向けに、製品をカスタマイズしようとしています。つまり、研究面よりも応用面に重点が置かれているのです」と彼は語る。「彼らは、政府省庁、地域管理者、NGO、土地所有者、土地利用者など、様々な関係者との関係構築に多大な努力を払っています。」

実際、研究対象地域の人々が主導するプロジェクトもあります。ナイロビの開発資源マッピング地域センターで生態系とモデリングを主導するエドワード・ウーコ氏は、農家が牛やヤギを放牧する際に役立てるため、ケニアの放牧地に侵入した植物をマッピングしたいと考えていました。これらの植物は家畜にとって口に合わず不健康で、動物を栄養不良にし、農家の生活を脅かしています。「ケニア北部の国境は、アカシアやウチワサボテンなどの侵入種による侵略が著しく進んでいました。根絶することはできませんが、今できる最善のことは、それらを監視してその影響を軽減することです」と、SERVIR東アフリカ拠点でプロジェクトを主導したウーコ氏は言います。昨年、彼は環境科学誌「Frontiers in Environmental Science」に、侵入植物の分布場所をマッピングし、さまざまな気候シナリオ下でどのように広がるかを予測する研究を発表しました。

ウッド氏は最近、ランドサットデータを用いた別のプロジェクトを完了した。ガーナの同僚らと共同で、同国における10年以上にわたる森林伐採の状況を地図化した。8月に発表された調査結果には、小規模鉱業による土地の喪失と都市部の拡大による土地の喪失が同程度に及んでおり、森林生態系の劣化と破壊が進んでいることが示されている。

オヴィエンマダ氏とウッド氏にとって、ホテイアオイのプロジェクトは結果だけを追求するものではありません。科学者と地元の専門家が協力し合う際に、敬意を持って協力し、データを収集し、成果を発表するための実践的なアドバイスを導き出すことも目的としています。彼らは、自分たちの研究が他の人々に刺激を与えることを願っています。「この方法論は、包括性、歴史的な力関係の不均衡、そして知識を生み出す様々な方法に特に注意を払っています」とオヴィエンマダ氏は言います。

2021年11月18日午後6時（東部時間）更新：この記事は、ヒヤシンスの侵入が西アフリカと中央アフリカの両方で発生しており、グリーンキーパーアフリカが（以前のように雇用するのではなく）労働者と契約してヒヤシンスを収集していることを明確にするために更新されました。

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