使用事例 -- 環境：　AEA Tecnology

課題
世界の商用定期旅客機による全飛行マイル数は、世界中を走り回っている自動車に比べると少なくなっています。人間が作った地上の汚染源は全世界で約7200万tの窒素酸化物（NO2などのNOX）を生成するのに対し、地上約17 kmまでを飛行する航空機が生成するNOXは280万tと推定されます。

観測者からすれば、航空機が生み出す汚染は少ないので、さほど心配するほどではないと思うかもしれません。ただし、一つだけ例外があります。対流圏の上端付近で排出された窒素酸化物は、地表温度に対する「放射促進効果」が地表の窒素酸化物のおよそ30倍にも達します。この点を考えると、航空機による影響が急に重要になってきます。

1994年、Lee博士は、航空機が大気中に排出した物質の3次元分布を検討する課題を割り当てられました。データを提供したのは、ヨーロッパの巨大共同プロジェクトである「ANCAT放出物リスト」です。「地理的な情報を含め、多量のデータを扱うことになるということは、プロジェクトの開始時からわかっていました。そこで複数のフォーマットを読むことができ、それを一つの画像に統合できるソフトウェアツールが必要だろうと考えたのです」、とLee博士は言います。

ANCATリストの作成はたいへんでした。第一に、グループの別のパートナーが世界中の全ジェット旅客機の航路情報を収集しました。対象となったのは、定期便やチャーター便をはじめ、商用旅客機と同じ領空を飛ぶ小型の自家用飛行機などです。次に、航路にそった排出量を知るため、それぞれのジェット機の上昇時や航行時における排出量データを計算しました。たとえば、出発地から上昇する飛行機は、高高度を航行するときの何倍もの燃料を消費します。

ドイツ航空宇宙旅行研究所は、各航空機に対するシミュレーションされたモデルを提供しました。Lee博士はこうコメントしています。「私たちが使ったデータの多くは利用可能でしたが、そのフォーマットはさまざまでした。まさに多くの標準化と統合が必要だったのです。しかしデータの検証は、場合によってはもっと困難になります」。データは最終的に、最終燃料消費量および計算されたNOx排出量を表す3次元座標の形でAEA Technologyに送られました。

ソリューション
次の作業は、航路の距離に書く航空機の排出量モデルを掛けることです。結果は12列のデータ」となり、それぞれ1,000 m刻みの標高に対応します。各列は2.80 x 2.80の格子にもとづきます（最高17 kmの大気を全世界でカバーするため、合計14万7456カ所のデータ点となります）。「グループの他のメンバーは燃料使用量とNOx排出量のモデル化を行っていました。私たちは結果を見るためにPV-WAVEが必要だったのです。こうして、PV-WAVEの出番が訪れました。」

システムは、いくつかの記述子を用いればどのようなデータセットでも開き、そして表示することができます。Lee博士は、最初の実験においてすべてのデータファイルを順次読みこみ、対流圏の各高度における排出量を見ることができました。またPV-WAVEには世界地図が付属しているので、その画像を世界地図上に重ね合わせることができます。PV-WAVEのカラーテーブルを用いることで、排出量の異なる領域を「ヒートマップ」として示すことができます。

解析をさらに進めることで、Lee博士はシンプルなPV-WAVEルーチンを開発しました。これは、すべてのデータセットを一気にロードし、それを地表上に表示するというものです。さらにルーチンの呼び出しにより、経度方向の断面にて「スライスする」ことが可能になります。「このグラフィック分析の結果を見ると、たとえば北半球で排出量のアンバランスが起きていることがよくわかります」、とLee博士はコメントしています。

投資対効果（ROI）
データとインタラクトする機能により、データに見られる特徴をピンポイント的に示すことができます。「圏界面（対流圏と成層圏の間にある境界層）に近い最高高度に、何本かの線があるのを見つけました。これらの排出の多くは、"大圏航路"に沿ったアメリカとリオデジャネイロ行きのコンコルドの航路によって説明がつきます。PV-WAVEの最大のメリットの一つはその柔軟性です。PV-WAVEを使用することで、データとインタラクトし、それを異なる方法で表示させ、異なるカラーテーブルや情報の横断面を作り、トレンドやパターンが探せます。最終的な成果は、データが視覚的に解析できるので特徴がわかること、そして我々の出力結果を扱う環境研究者たちに提示できることです」