SlideShare a Scribd company logo
シビックテックと統計学で予測する
琵琶湖の環境問題
CIVIC TECH FORUM
2021年5月15日
代表
五十嵐康伸、博士(理学)
1 はじめに
関西大好き!
佐藤
奈良県在住
藤原
滋賀県在住
五十嵐
大阪府&奈良県に25年
近畿の水瓶:琵琶湖
4
琵琶湖は日本で一番大きい & 深い
北湖
南湖
琵琶湖大橋
琵琶湖の定量的特性
• 滋賀県の面積:4,017km2
• 琵琶湖の面積:670.25km2
(滋賀県面積の約1/6)
(淡路島より少し大)
• 湖岸線延長:約235km
• 貯水量:約275億m3
北湖:約273億m3、南湖:約2億m3
• 平均深度:約41m
北湖:約43m、南湖:約4m
• 最大深度:103.58m
• 最小幅:1.34km
5
6
周辺が都市化する「南湖」
7
自然豊かな「北湖」
水質の定期モニタリング
【公共用水域の水質監
視】
○調査地点数:琵琶湖51(北湖31、南湖20)
河川35(調査河川数31)
北湖では全層循環が起こっている
滋賀県琵琶湖環境科学研究センター: 琵琶湖の全層循環
https://www.lberi.jp/setting/learn/jikken/junkan
琵琶湖の北湖の水深は90mを超え、全層循環という現象が起こっている。
気温の変化は、深層の水温よりも、表層の水温へ急速にかつ大きく影響を
与える。春から夏にかけて表層の水温は大きく上がる。北湖では、春から
初冬にかけて、表層と深層の間に水温が急激に変わる水温躍層(すいおん
やくそう)が形成される。表層水は温度が上がることで低密度になり、沈
みにくくなる。水温躍層が形成されると、表層と深層の間で水の対流が減
り、上下方向に湖水が混ざりにくくなる。表層水は酸素を多く含んでいる
が、その酸素が底層に届かなくなる。底層では、溶存酸素(DO)が供給さ
れず、溶存酸素の消費が進む。晩秋に底層のDOは最も低くなる。
秋から冬にかけて表層の水温は大きく下がる。水温躍層は緩和し、冬に無
くなる。表層水は温度が下がることで高密度になり、沈みやすくなる。表
層から深層に向かって湖水の混合が進む。湖水の混合が底層まで進むこと
により、底層まで酸素が届きDOが回復し、冬には表層から底層まで水温と
DOが一様に近くなる。この現象を「全層循環」と言う。底層の生物が住み
やすい環境になるので、「琵琶湖の深呼吸」とも呼ばれる。
近年の傾向
• 琵琶湖表層の水温は、気温と同様に上昇傾向にあり、約40年間で
約1.5℃の上昇した
• 2018年度と2019年度の冬は、2年連続で北湖の一部水域で全層
循環が完了しなかった
• 底層DOが2[mg/l]を下回ると琵琶湖の下の生物が死ぬ、可能性がある
琵琶湖環境科学研究センター 環境監視部門
平成30年度琵琶湖水質変動の特徴 &令和元年度 琵琶湖水質変動の特徴
https://www.pref.shiga.lg.jp/ippan/kankyoshizen/kankyou/306170.html
https://www.pref.shiga.lg.jp/ippan/kankyoshizen/kankyou/313082.html
今回の取り組む問題
<定性>
今後、地球温暖化で琵琶湖表層の水温が上昇したら
全層循環はどうなるのか?
そして底層DOはどうなるのか?
<定量>
琵琶湖表層の水温が何度上昇したら
底層DOは2 [mg/l] を下回るのか?
2 材料と方法
2.1 測定者
• 滋賀県琵琶湖環境科学研究センターが測定したDOと水温のデータを用い
た
1. 滋賀県 環境白書 資料編
https://www.pref.shiga.lg.jp/ippan/kankyoshizen/kankyou/11319.html
2. 北湖底層DO調査結果
https://www.pref.shiga.lg.jp/ippan/kankyoshizen/biwako/300014.html
3. マザーレイク21計画関連指標オープンデータ、水質
https://www.pref.shiga.lg.jp/ippan/kankyoshizen/biwako/306153.html
2.2 測定場所
• 位置は北湖にある今津沖の第一湖盆の中央に限定して用いた
• 深さは水面から深さ0.5m・湖底上1mの2点に限定して用いた
2.3 測定時期
• 測定は毎月1〜4回実施されていた。月内のデータを平均化して用いた
• 期間は1979年4月から2020年3月の492ヶ月・41年に限定して用いた
2.4 測定方法
• DO:JIS K0102
• 水温:上水試験方法-2011 Ⅱ-3 1
4. 令和2年度 公 共 用 水 域 ・ 地 下 水 水 質 測 定 計 画、滋 賀 県
https://www.pref.shiga.lg.jp/ippan/kankyoshizen/biwako/311000.html
2.5 分析方法
• プログラミング言語:Python 3.8.3
• 予測アルゴリズム:SARIMAXモデル
• パラメータ最適化基準:AIC
もものきとデータ解析をはじめよう
https://momonoki2017.blogspot.com/2018/02/python1.html
3 結果
3.1 DO理解
DO [mg/l]
溶存酸素量
トレンドと季節性と残差足し合わせると
オジリナルの時系列と一致
月別の平均値
DOの時系列の自己相関
青:95%信頼区間
信頼区間の領域を超えてプロットされているデータは
統計的に有意差がある値とみなされます。
3.2 TEMP理解
表層から0.5m
TEMP
トレンドは
約1.5℃上昇
季節性大
±10 ℃
規則性が強い
底層から1m
TEMP
表層より
規則性が弱い
トレンドは
約1.5℃上昇
表層より
季節性小
±0.3 ℃
3.3 DO単独の予測と
TEMPを用いたDO予測
<データ>
• 学習(訓練、モデル作成用)用データ:1979-04〜2019-03: 40年分
• 予測(テスト)用データ:2019-04〜2020-3、1年分
<モデル>
• SARIMAX
• S: Seasonal (季節)
• AR: AutoRegressive (自己回帰)
• I: Integrated (和分)
• MA: Moving Average (移動平均)
• X:外生変数、説明変数
<パラメータ by AIC最適化>
• p:AR(自己回帰) 3 in 1〜5
• d :差分の次数 0 in 0〜2
• q : MA(移動平均)の次数 3 in 0〜5
• P,D,Q:季節調整に適用する次数=(1,1,2)in ( 0〜2, 0〜2, 0〜2)
• S:季節調整に適用する周期=12
DO単独の予測
DOが2を下回ると
琵琶湖の下の生物が死ぬ
予測期間
学習期間
TEMPを説明変数として用いた
DOの予測
DOが2を下回ると
琵琶湖の下の生物が死ぬ
予測期間
学習期間
TEMPを説明変数として用い
予測期間のTEMPに+5にした、DOの予測
DOが2を下回ると
琵琶湖の下の生物が死ぬ
予測期間
学習期間
TEMPを説明変数として用い
予測期間のTEMPに+10にした、DOの予測
DOが2を下回ると
琵琶湖の下の生物が死ぬ
予測期間
学習期間
まとめ
<定量>
• 琵琶湖表層の水温が何度上昇したら、底層DOは2[mg/l]を下回るのか?
<結論>
• 10度
<議論>
• 水温変化の傾向
– トレンド:表層、底層共に:約40年間で約1.5℃上昇
– 季節性:表層±10 ℃、底層±0.3 ℃
<今後の課題>
• 表層の水温に、底層の水温も加えて予測
• 予測精度の定量的評価、信頼区間の表示
• 表層の水温に対して、気温+風+雨が及ぼす影響

More Related Content

More from E2D3.org

そうだ 離島、行こう。
そうだ 離島、行こう。そうだ 離島、行こう。
そうだ 離島、行こう。
E2D3.org
 
データ可視化作品を「みること」と「つくること」
データ可視化作品を「みること」と「つくること」データ可視化作品を「みること」と「つくること」
データ可視化作品を「みること」と「つくること」
E2D3.org
 
「OSSの品質管理」に対する市民共創方法
「OSSの品質管理」に対する市民共創方法「OSSの品質管理」に対する市民共創方法
「OSSの品質管理」に対する市民共創方法
E2D3.org
 
小泉進次郎環境大臣に贈る-気候変動のような大きな問題を楽しくかっこよくセクシーに取り組み始める方法
小泉進次郎環境大臣に贈る-気候変動のような大きな問題を楽しくかっこよくセクシーに取り組み始める方法小泉進次郎環境大臣に贈る-気候変動のような大きな問題を楽しくかっこよくセクシーに取り組み始める方法
小泉進次郎環境大臣に贈る-気候変動のような大きな問題を楽しくかっこよくセクシーに取り組み始める方法
E2D3.org
 
E2D3メンバーの貢献の仕方と出会い
E2D3メンバーの貢献の仕方と出会いE2D3メンバーの貢献の仕方と出会い
E2D3メンバーの貢献の仕方と出会い
E2D3.org
 
勇気を出して戦略的に「大学でも企業でも研究しにくいテーマ」 を選んで研究するというキャリアデザイン

勇気を出して戦略的に「大学でも企業でも研究しにくいテーマ」 を選んで研究するというキャリアデザイン
勇気を出して戦略的に「大学でも企業でも研究しにくいテーマ」 を選んで研究するというキャリアデザイン

勇気を出して戦略的に「大学でも企業でも研究しにくいテーマ」 を選んで研究するというキャリアデザイン

E2D3.org
 
プロジェクトマネージメントはすごく楽しい
プロジェクトマネージメントはすごく楽しいプロジェクトマネージメントはすごく楽しい
プロジェクトマネージメントはすごく楽しい
E2D3.org
 
タイトルが決まるまで担当編集者とどう戦ったのか!
タイトルが決まるまで担当編集者とどう戦ったのか!タイトルが決まるまで担当編集者とどう戦ったのか!
タイトルが決まるまで担当編集者とどう戦ったのか!
E2D3.org
 
「2019年の目標と運営方針」を議論するための「2018年の振り返り」
「2019年の目標と運営方針」を議論するための「2018年の振り返り」「2019年の目標と運営方針」を議論するための「2018年の振り返り」
「2019年の目標と運営方針」を議論するための「2018年の振り返り」
E2D3.org
 
2019-1-29-名古屋工業大学の講義資料
2019-1-29-名古屋工業大学の講義資料2019-1-29-名古屋工業大学の講義資料
2019-1-29-名古屋工業大学の講義資料
E2D3.org
 
日本統計学会-統計教育賞
日本統計学会-統計教育賞日本統計学会-統計教育賞
日本統計学会-統計教育賞
E2D3.org
 
「2018年の目標と運営方針」を議論するための「2017年の振り返り」
「2018年の目標と運営方針」を議論するための「2017年の振り返り」「2018年の目標と運営方針」を議論するための「2017年の振り返り」
「2018年の目標と運営方針」を議論するための「2017年の振り返り」
E2D3.org
 
プロダクトをリリースしてグロースさせる シビックテックのチームビルディング
プロダクトをリリースしてグロースさせる シビックテックのチームビルディングプロダクトをリリースしてグロースさせる シビックテックのチームビルディング
プロダクトをリリースしてグロースさせる シビックテックのチームビルディング
E2D3.org
 
名古屋工業大学の講義資料
名古屋工業大学の講義資料名古屋工業大学の講義資料
名古屋工業大学の講義資料
E2D3.org
 
人・組織・社会を動かすデータビジュアライゼーション
人・組織・社会を動かすデータビジュアライゼーション人・組織・社会を動かすデータビジュアライゼーション
人・組織・社会を動かすデータビジュアライゼーション
E2D3.org
 
今あなたが使っている グラフを開発した人間のドラマ
今あなたが使っている グラフを開発した人間のドラマ 今あなたが使っている グラフを開発した人間のドラマ
今あなたが使っている グラフを開発した人間のドラマ
E2D3.org
 
統計データを楽しむ 「新しいアクティブ・ラーニング教材」の提案
統計データを楽しむ 「新しいアクティブ・ラーニング教材」の提案統計データを楽しむ 「新しいアクティブ・ラーニング教材」の提案
統計データを楽しむ 「新しいアクティブ・ラーニング教材」の提案
E2D3.org
 
名古屋工業大学の講義資料
名古屋工業大学の講義資料名古屋工業大学の講義資料
名古屋工業大学の講義資料
E2D3.org
 
「2017年の目標と運営方針」を議論するための「2016年の振り返り」
「2017年の目標と運営方針」を議論するための「2016年の振り返り」「2017年の目標と運営方針」を議論するための「2016年の振り返り」
「2017年の目標と運営方針」を議論するための「2016年の振り返り」
E2D3.org
 
人を動かすデータビジュアライゼーション - データビジュアライゼーションを学問にするには?
人を動かすデータビジュアライゼーション - データビジュアライゼーションを学問にするには?人を動かすデータビジュアライゼーション - データビジュアライゼーションを学問にするには?
人を動かすデータビジュアライゼーション - データビジュアライゼーションを学問にするには?
E2D3.org
 

More from E2D3.org (20)

そうだ 離島、行こう。
そうだ 離島、行こう。そうだ 離島、行こう。
そうだ 離島、行こう。
 
データ可視化作品を「みること」と「つくること」
データ可視化作品を「みること」と「つくること」データ可視化作品を「みること」と「つくること」
データ可視化作品を「みること」と「つくること」
 
「OSSの品質管理」に対する市民共創方法
「OSSの品質管理」に対する市民共創方法「OSSの品質管理」に対する市民共創方法
「OSSの品質管理」に対する市民共創方法
 
小泉進次郎環境大臣に贈る-気候変動のような大きな問題を楽しくかっこよくセクシーに取り組み始める方法
小泉進次郎環境大臣に贈る-気候変動のような大きな問題を楽しくかっこよくセクシーに取り組み始める方法小泉進次郎環境大臣に贈る-気候変動のような大きな問題を楽しくかっこよくセクシーに取り組み始める方法
小泉進次郎環境大臣に贈る-気候変動のような大きな問題を楽しくかっこよくセクシーに取り組み始める方法
 
E2D3メンバーの貢献の仕方と出会い
E2D3メンバーの貢献の仕方と出会いE2D3メンバーの貢献の仕方と出会い
E2D3メンバーの貢献の仕方と出会い
 
勇気を出して戦略的に「大学でも企業でも研究しにくいテーマ」 を選んで研究するというキャリアデザイン

勇気を出して戦略的に「大学でも企業でも研究しにくいテーマ」 を選んで研究するというキャリアデザイン
勇気を出して戦略的に「大学でも企業でも研究しにくいテーマ」 を選んで研究するというキャリアデザイン

勇気を出して戦略的に「大学でも企業でも研究しにくいテーマ」 を選んで研究するというキャリアデザイン

 
プロジェクトマネージメントはすごく楽しい
プロジェクトマネージメントはすごく楽しいプロジェクトマネージメントはすごく楽しい
プロジェクトマネージメントはすごく楽しい
 
タイトルが決まるまで担当編集者とどう戦ったのか!
タイトルが決まるまで担当編集者とどう戦ったのか!タイトルが決まるまで担当編集者とどう戦ったのか!
タイトルが決まるまで担当編集者とどう戦ったのか!
 
「2019年の目標と運営方針」を議論するための「2018年の振り返り」
「2019年の目標と運営方針」を議論するための「2018年の振り返り」「2019年の目標と運営方針」を議論するための「2018年の振り返り」
「2019年の目標と運営方針」を議論するための「2018年の振り返り」
 
2019-1-29-名古屋工業大学の講義資料
2019-1-29-名古屋工業大学の講義資料2019-1-29-名古屋工業大学の講義資料
2019-1-29-名古屋工業大学の講義資料
 
日本統計学会-統計教育賞
日本統計学会-統計教育賞日本統計学会-統計教育賞
日本統計学会-統計教育賞
 
「2018年の目標と運営方針」を議論するための「2017年の振り返り」
「2018年の目標と運営方針」を議論するための「2017年の振り返り」「2018年の目標と運営方針」を議論するための「2017年の振り返り」
「2018年の目標と運営方針」を議論するための「2017年の振り返り」
 
プロダクトをリリースしてグロースさせる シビックテックのチームビルディング
プロダクトをリリースしてグロースさせる シビックテックのチームビルディングプロダクトをリリースしてグロースさせる シビックテックのチームビルディング
プロダクトをリリースしてグロースさせる シビックテックのチームビルディング
 
名古屋工業大学の講義資料
名古屋工業大学の講義資料名古屋工業大学の講義資料
名古屋工業大学の講義資料
 
人・組織・社会を動かすデータビジュアライゼーション
人・組織・社会を動かすデータビジュアライゼーション人・組織・社会を動かすデータビジュアライゼーション
人・組織・社会を動かすデータビジュアライゼーション
 
今あなたが使っている グラフを開発した人間のドラマ
今あなたが使っている グラフを開発した人間のドラマ 今あなたが使っている グラフを開発した人間のドラマ
今あなたが使っている グラフを開発した人間のドラマ
 
統計データを楽しむ 「新しいアクティブ・ラーニング教材」の提案
統計データを楽しむ 「新しいアクティブ・ラーニング教材」の提案統計データを楽しむ 「新しいアクティブ・ラーニング教材」の提案
統計データを楽しむ 「新しいアクティブ・ラーニング教材」の提案
 
名古屋工業大学の講義資料
名古屋工業大学の講義資料名古屋工業大学の講義資料
名古屋工業大学の講義資料
 
「2017年の目標と運営方針」を議論するための「2016年の振り返り」
「2017年の目標と運営方針」を議論するための「2016年の振り返り」「2017年の目標と運営方針」を議論するための「2016年の振り返り」
「2017年の目標と運営方針」を議論するための「2016年の振り返り」
 
人を動かすデータビジュアライゼーション - データビジュアライゼーションを学問にするには?
人を動かすデータビジュアライゼーション - データビジュアライゼーションを学問にするには?人を動かすデータビジュアライゼーション - データビジュアライゼーションを学問にするには?
人を動かすデータビジュアライゼーション - データビジュアライゼーションを学問にするには?
 

シビックテックと統計学で予測する琵琶湖の環境問題