空間的共変量シフト下での適合的PM2.5マッピング：衛星・再解析融合によるアフリカのグリーン産業移行支援

Abstract

アフリカのグリーンな産業化の必須課題は、大気質を監視するための信頼できるインフラを要求している。私たちは、アフリカ29か国における404の観測地点（OpenAQ, 2017-2022）の2,068,901件の記録を用いて学習した、衛星再解析のPM2.5融合システムを提示する。このシステムはLightGBMに、漏洩耐性のある空間的交差検証と、共形予測（conformal prediction）を組み合わせ、予測値と、その地理的適用可能性の限界を定量化する。5分割の「地点グループ化」空間的交差検証の下で、LightGBMはRMSE = 30.83 +/- 5.07 ug/m3、MAE = 14.54 +/- 1.66 ug/m3、R2 = 0.134 +/- 0.023、そしてマクロF1 = 0.336 +/- 0.018を達成する。このR2は、ランダム分割のベンチマーク（>0.90）を大幅に下回るが、モデルの失敗というよりは、真の地理的な汎化の難しさを反映している。周辺カバレッジが90%となるように調整した分割共形予測では、東アフリカでの深刻な劣化が示される（実測PICP = 65.3% 対 公称90%）。これは、中程度の強さの共変量シフト（湿度 KS = 0.2237、sat_pblh KS = 0.2558）と整合的である。私たちは、これらの知見を地域別の信頼性フラグ（High/Medium/Low/Unreliable）と、観測されていない集団のうち負担が最も大きい地域にインフラ拡充を向けるためのモニタ優先スコアによって運用可能にする。これは、アフリカのグリーン産業転換とSDGs 3.9、7.1.2、9、11.6.2、13を直接支援する。