JP2008096103A - 鳥類等飛翔性動物の観測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鳥類等飛翔性動物の観測において、夜間や高高度域であっても観測可能であって、分解能が優れ、必要な場所に運搬して手軽に観測を行うことができる観測方法を提供する。
【解決手段】船舶用レーダー２の空中線部２１を鉛直面に沿って回転させ、該空中線部２１から発射されて飛翔性動物に当たって反射された電波を捕捉することにより、該飛翔性動物を観測する鳥類等飛翔性動物の観測方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、鳥類等飛翔性動物の観測方法に関する。

鳥類は、個体の生息や種の維持のため、巣やねぐらと採餌地との間を往来するばかりでなく、繁殖地と越冬地との間の長い距離を定期的に渡る等、飛翔行動に大きな生理生態的特徴を持つ。このため、環境アセスメント等において鳥類の生息保全を検討する際には、飛翔行動状況の把握が必要になるケースが多い。送電線等の高くて視認性が悪い構造物や発電用風車の設置、飛行場の建設等が、バードストライクを引き起こしたり、渡りを阻害したりすることがあり、そのような鳥類への影響の検討に際しては、事業計画空間と鳥類飛翔空間との重なりの有無や程度を確認することが求められるからである。

例えば飛行場の建設予定地周辺等の比較的狭い空間における鳥類の飛翔行動を観測する場合、従来は、測風経緯儀又はレーザー測遠システムによる観測が行われていた。測風経緯儀とは、目標の方位角及び鉛直角を２地点から同時に計測し、その交点を目標の位置として求めるものである。また、レーザー測遠システムは、１地点から目標にレーザー光を当て、目標の方位角、鉛直角、及び、斜距離を計測し、目標の位置を求めるものである。

一方、大陸間の渡りなど広範囲の鳥類の飛翔行動を研究するために、気象用ドップラーレーダーを用いて、レーダーから発射され鳥類に当たって跳ね返ってきた電波を捉えることにより、目視観察など通常の方法では到底把握することができない広い範囲や、夜間における鳥類の動きを観測する手法もある。

なお、気象用ドップラーレーダーを用いた渡り鳥調査手法について記載されたものに、下記非特許文献１がある。
植田 睦之、"レーダーを用いた渡り鳥調査手法開発調査（環境省委託調査）結果報告"、［online］、平成１８年７月１４日、ＮＰＯ法人バードリサーチ、［平成１８年８月２１日検索］、インターネット〈ＵＲＬ：http://www.bird-research.jp/1_katsudo/rader/NewsVol3No7.pdf〉

しかし、測風経緯儀は、２地点からの視準線が交差した場合にのみ観測値が得られ、レーザー測遠システムは、目標である鳥にレーザー光が当たった場合にのみ観測値が得られることから、いずれも小型で早く飛んだり複雑な軌跡で飛ぶものの観測は困難で、観測できない個体が多数生じたり、鳥が見えない夜間や高高度域の観測はできないという問題があった。

また、気象用ドップラーレーダーは、観測範囲は広いものの狭い範囲の分解能が低く、大型で運搬が困難であるとともに非常に高価であるため、必要な場所で手軽に観測に用いることができないという問題もあった。上記非特許文献１に記載されている気象用ドップラーレーダー（ウィンドプロファイラ）も、大型の設置施設であり、任意の場所や範囲を手軽に観測することができないという問題があった。

この発明は、上述した問題を解決するものであり、鳥類等の飛翔性動物の観測において、夜間や高高度域であっても観測可能であって、分解能が優れ、必要な場所に運搬して手軽に観測を行うことができる観測方法を提供することを目的とする。

本発明の鳥類等飛翔性動物の観測方法は、船舶用レーダーの空中線部を鉛直面に沿って回転させ、該空中線部から発射されて飛翔性動物に当たって反射された電波を捕捉することにより、該飛翔性動物を観測することを特徴とする。

本発明の観測方法によれば、船舶用レーダーをその空中線部を鉛直面に沿って回転させて用いるので、夜間や高高度域であっても飛翔性動物を観測可能であって、分解能も優れている。また、船舶用レーダーは比較的小型で安価であるので、必要な場所に運搬して手軽に観測を行うことができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

観測装置１は、小型〜大型の鳥類、コウモリ類など、小型鳥類以上の表面積を持つ飛翔性動物を観測するためのものであり、図１に示すように、船舶用レーダー２と、ＧＰＳ受信機４と、軌跡解析用プロッター５と、プリンター６と、録画装置７と、発電機８とを備えている。

一般に船舶用レーダーとは、衝突防止及び自船位置の測定のために船舶に設置され、他船、島、陸岸、航路標識等の物標を検出するためのパルスレーダーであり、電波法で規格が定められ、３GHz帯〜９GHz帯内の指定周波数帯の使用が認められている。本実施形態では、船舶用レーダー２として表１に示すものを用いる。

船舶用レーダー２は、空中線部２１と指示部２２とを備えている。空中線部２１は、長い箱型の形状をなし、中央部に接続されたモーターにより回転しながら、長手方向に沿った縁部からパルス波を発射するのと同時に、飛翔する鳥類等物標からの反射波を受信し、受信信号として指示部２２に出力する。指示部２２は、空中線部２１から入力された受信信号を反射波の処理回路により処理して物標位置を演算し、図２に示すように、空中線部２１からの電波で捕捉された物標の位置を表示部２２ａに表示する。

現在、我が国で運用されている主なレーダーの種類は表２の通りである。これらのうち、鳥類の反射が映ると言われているものは、船舶用レーダー、航空管制用レーダー、気象用レーダー、軍事用警戒捜査レーダーであるが、民生用の船舶用レーダー以外はいずれも大型据置の特注機器で移動不可能であり、免許等の問題からも鳥類観測に使用することは不可能である。また、我が国における鳥類飛翔高度の観測最高値は約１２００mであることから、探査距離が１００〜２００mである小型のミリ波レーダーは、鳥類観測には適さない。

また、船舶用レーダーには３GHz帯レーダーと９GHz帯レーダーとがあり、鳥類の水平探査距離は、前者が２０km、後者が２〜３kmである。さらに、空中線部２１の長さは、周波数の違いから、前者が約２４０cm、後者が約１２０cmである。本観測方法では、空中線部２１を鉛直面に沿って回転させる必要があるが、モーターや回転軸への負荷の大きさから、３GHz帯レーダーの空中線部を鉛直面に沿って回転させることは困難である。また、我が国における鳥類飛翔高度の観測最高値は約１２００mであることからすれば、鳥類観測のための船舶用レーダー２としては、周波数９GHz帯のレーダーで十分な能力を有している。

ＧＰＳ受信機４は、受信したＧＰＳ衛星からの信号に基づいて自機位置の経度緯度を演算し、その情報を軌跡解析用プロッター５に出力するものである。本実施形態では、古野電気株式会社製ＧＰ−３６を用いる。

軌跡解析用プロッター５は、船舶用レーダー２から入力された情報と、ＧＰＳ受信機４から入力された情報とに基づいて、捕捉された飛翔性動物等の位置の緯度経度を演算・表示するとともに、その軌跡を判りやすく表示部に表示するものである。本実施形態では、古野電気株式会社製ＧＤ−２８０を用いる。

プリンター６は、指示部２２の表示部２２ａの画像や、プロッター５の表示部の画像を印刷するためのカラープリンターである。

録画装置７は、指示部２２の表示部２２ａの画像や、プロッター５の表示部の画像を録画するための録画用ＶＴＲである。

発電機８は、上記の各機器の電源となるものである。

また、観測装置１は、図２に示すように、空中線部２１を鉛直面に沿うように支持する空中線部架台９を備えている。

次に、本実施形態の観測方法について説明する。本実施形態の観測方法では、観測装置１の船舶用レーダー２を、観測対象範囲やその近傍に設置して行う。通常、船舶用レーダー２は、空中線部２１を水平面に沿って回転させ、船舶用レーダー２から物標までの距離と方位角を計測し、物標の平面的な位置を観測する。しかし、本実施形態の観測方法では、空中線部２１を、空中線架台９に支持させて、水平面に対して垂直になるように立ててから、図２の一点鎖線矢印に示すように回転させる。すなわち、空中線部２１を鉛直面に沿って回転させる。

すると、元々空中線部２１は、水平面に沿って回転させたときに、空中線部２１の上下に１０°ずつのビーム幅を有するが、空中線部２１を鉛直面に沿って回転させることにより、図３（ａ）に示すように、空中線部２１の長手方向に沿って空中線部２１を通る鉛直面（図３中一点鎖線で示す。以下、「ビーム中心断面」と言う。）を挟んで１０°ずつのビーム幅を有することとなる。すなわち、船舶用レーダー２は、図３（ｂ）に示すように、ビーム中心断面を中心に２０°のビーム幅で電波を発射することにより、図２に示すように、空中線部２１の設置地点を中心とする一定幅の探査断面を空域に連続的に作り出し、その断面内を飛翔する鳥類等からの反射波を受信して、指示部２２に表示する。

指示部２２の表示部２２ａの画面上では、画面内に設けられている測距バーニャにより空中線部２１から物標までの水平距離や垂直距離（すなわち、飛翔高度）を計測することにより、物標がビーム中心断面を横切る際の空間位置や、ビーム中心断面に沿って飛ぶ際の飛翔高度変化を観測することができる。

以上の観測方法を用いて観測を行った結果、小型鳥類の反応範囲が約２０００mであることが確認された。これは、可視範囲を大きく超えるばかりでなく、現在の我が国における鳥類飛翔高度の観測最高値である１２００mを大幅に上回っており、鳥類の飛翔高度観測のためには十分な観測範囲を持つことが分かる。

なお、計測誤差は、観測高度１００m、観測角度４５°の場合、±４．２mと計算され、十分実用的な精度を持つ観測が可能である。以下に、誤差理論値の計算方法を示す。ここで、水平ビーム幅とは、ビーム中心断面に沿った方向のビーム幅を言い、垂直ビーム幅とは、ビーム中心断面に直交する方向のビーム幅を言う（図３参照）。また、観測角度とは、空中線部２１の水平方向からの傾きの角度を言う。

（１）水平ビーム幅（4.8°）により生じる誤差
空中線部中心からある物体までの高さｈを測定した場合、どの範囲の反射が映るかから、誤差を算出すると、誤差＝ｈ−（ｈ×cos4.8°）であるから、ｈ＝100ｍの場合、100−100×0.996＝0.4であり、誤差は±0.4ｍとなる。

（２）垂直ビーム幅（20°）により生じる誤差
（１）と同様の考え方で算出すると、誤差＝ｈ−（ｈ×cos20°）であるから、ｈ＝100ｍの場合、100−100×0.940＝6.0であり、誤差は±6.0ｍとなる。つまり、水平ビーム幅による誤差より、垂直ビーム幅による誤差の方が大きいので、水平ビーム幅による誤差は、垂直ビーム幅による誤差に吸収される。

（３）観測角度（45°）による誤差
真上を100％とすると、sinθ＝％なので、45°の観測角度の場合は70.7％となり、100ｍの高さでは、±6.0ｍ×0.707＝±4.2ｍとなり、誤差は±4.2ｍと算出される。

以下に、具体的な観測結果を示す。

〈観測１〉秋季のサシバ等タカ類の渡りの観測
タカ類が海上へ飛び出す直前に経由する岬に、観測装置１を設置し、５日間の観測を行った。空中線部２１の回転方向は、空中線部２１のビーム中心断面が渡り経路に略平行になるように設定した。図４、図５に、プロッター５の画面のハードコピー例を示す。なお、図中、緑色の筋状に表れているものが鳥類の飛翔軌跡であり、その軌跡中に赤い点状に表れているものが現在の鳥類の位置を示す。図４では、サシバ４羽の飛翔軌跡とツバメの飛翔軌跡が示され、図５では、サシバ３６羽の飛翔軌跡が示されている。なお、プロッター５や指示部２２の画面（画像）を録画装置７に録画しておくことにより、レーダー２で捕捉された鳥類の個体数や飛翔高度を後で調べることができる。

この観測の結果、目視観察で確認された５日間の合計渡り数２８８羽のうち、２３８羽（８２．６％）の飛翔高度を観測できた。なお、観測できなかった５０羽は、すべてレーダーのビーム外を飛翔したものであった。

観測された飛翔高度の経時変化を１０分毎の積算日射量変化と共に示したものが、図６である。図６の上から順に１日目、２日目、…を示す。この図から、両者には相関が見られることが分かる。日射量は上昇気流の発生指標となり、日射量が多いほど強い上昇気流が発生すると言われている。すなわち、タカ類の渡り高度は、上昇気流の影響を受けていることが把握できた。かかる成果は、本観測方法が、飛翔高度の全体像を把握できる技術であることを証明するのみならず、行動生態特性の解析につながる観測技術であることを実証している。

〈観測２〉秋季夜間の小鳥類の渡り
ある半島中央部の樹林帯づたいに飛ぶ可能性がある渡り鳥を観測するため、樹林帯に挟まれた平地上に、観測装置１を設置し、２日間の観測を行った。両日の天候は、１日目が晴れ、風向南西、風速０〜２m/sの弱風であり、２日目が晴れ、風向北西、風速４〜６m/sの強風であった。空中線部２１の回転方向は、渡り経路が空中線部２１のビーム中心断面に略直交するように設定した。図７、図８に、指示部２２の画面のハードコピー例を示す。なお、図中に映っている鳥類の位置に、十字形で印を付けている。図７では、不明種１羽が高度５１８mで飛翔していること、図８では、不明種１羽が高度４１２mで飛翔していることが分かる。

この観測の結果を表３に示す。目視と鳴き声による観察では、１日目３１羽以上、２日目１羽の通過を確認した。これに対し、観測装置１による観測では、１日目４３羽以上、２日目２５羽以上の通過を確認した。

１日目は、弱風であったので、鳥類が３００m未満の低い高度を飛翔したため、目視や鳴き声による観測でも多数を確認できたが、２日目は、強風であったので、最高高度が５００mを超えるなど鳥類が高高度を飛翔したため、目視や鳴き声での確認はできなかった。一方、観測装置１によれば、夜間における高高度の飛翔であっても確認できており、観測装置１による夜間観測の有効性が実証された。

図９は、観測された飛翔高度と周囲の地形を図示したものである。この図から分かるように、この観測では、両日とも大きな渡り群の反応は見られず、夜間の渡りは少数であること、また、農地上空に比べ樹林上空の飛翔数が多いことなどが把握できた。

以上のように、本観測方法によれば、夜間や高高度域であっても観測可能であって、個体数も把握できるなど分解能が優れている。また、船舶用レーダー２は比較的小型で安価であるので、必要な場所に運搬して手軽に観測を行うことができる。

表４に、各観測方法の比較評価を示す。上述したように、測風経緯儀やレーザー測遠システムによる観測では、観測できない個体が多数生じるという欠点がある。また、鳥に発信機を装着して行動を観測するラジオテレメトリーや衛星テレメトリーも、広い範囲での観測が可能であるが、装着分の観測データしか得られないという欠点がある。これらに比べ、本観測方法は、最大約２kmに及ぶレーダー２の観測範囲内を通過する略全数の観測が可能であり、姿が大きいか小さいか、位置が遠い（高い）か近い（低い）か、個体数が単数か複数か、速度が速いか遅いかの別なく観測できることから、観測期間中の飛翔高度等の全容を観測することが可能である。

また、表５に夜間や高高度等の場合の観測における各観測方法の比較評価を示す。測風経緯儀やレーザー測遠システムによる観測では、暗視システムを併用しない限り、夜間の観測は不可能である。また、目視範囲外の遠い場所や高高度域の観測も困難である。これに対し、本観測方法では、夜間、或いは目視範囲外の遠い場所や高高度域の観測が可能であり、夜行性の動物や高高度を飛翔する動物の行動特性の把握が可能である。

なお、現在一般的に用いられている船舶用レーダー２では、上述したように周波数９GHz帯のものが観測装置１に好適であるが、勿論これに限られるものではなく、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で、本発明は種々の構成を採り得る。

本発明の一実施形態に係る観測装置のブロック構成図である。 本発明の一実施形態に係る観測方法を説明するための図である。 ビーム幅を説明するための図である。 プロッターの画面のハードコピーの一例である。 プロッターの画面のハードコピーの他の例である。 観測された鳥類の飛翔高度の経時変化を積算日射量変化と共に示した図である。 指示部の画面のハードコピーの一例である。 指示部の画面のハードコピーの他の例である。 観測された鳥類の飛翔高度と周囲の地形を示した図である。

符号の説明

１…観測装置
２…船舶用レーダー
２１…空中線部

Claims (1)

1. 船舶用レーダーの空中線部を鉛直面に沿って回転させ、該空中線部から発射されて飛翔性動物に当たって反射された電波を捕捉することにより、該飛翔性動物を観測することを特徴とする鳥類等飛翔性動物の観測方法。