[論文レビュー] On building and fitting a spatio-temporal change-point model for settlement and growth at Bourewa, Fiji Islands

Geoff K. Nicholls, Patrick D. Nunn|arXiv (Cornell University)|Jun 29, 2010

Pacific and Southeast Asian Studies参考文献 32被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、フィジーのブーレワで60個の標本から得られた100の坑内における放射性炭素年代測定データを用いて、人間の定住開始時刻を推定するためのベイジアン時空間的変化点モデルを開発した。空間的開始フィールドを格子上の2パラメータ接触過程としてモデル化することで、各位置での堆積開始時刻を推定し、中央部からの出発と、150–200年間にわたり40–50メートルにわたる海岸に沿った徐々な拡大を明らかにした。空間的不均一性が存在するにもかかわらず、単一の堆積段階が強く支持された。

ABSTRACT

The Bourewa beach site on the Rove Peninsula of Viti Levu is the earliest known human settlement in the Fiji Islands. How did the settlement at Bourewa develop in space and time? We have radiocarbon dates on sixty specimens, found in association with evidence for human presence, taken from pits across the site. Owing to the lack of diagnostic stratigraphy, there is no direct archaeological evidence for distinct phases of occupation through the period of interest. We give a spatio-temporal analysis of settlement at Bourewa in which the deposition rate for dated specimens plays an important role. Spatio-temporal mapping of radiocarbon date intensity is confounded by uneven post-depositional thinning. We assume that the confounding processes act in such a way that the absence of dates remains informative of zero rate for the original deposition process. We model and fit the onset-field, that is, we estimate for each location across the site the time at which deposition of datable specimens began. The temporal process generating our spatial onset-field is a model of the original settlement dynamics.

研究の動機と目的

• ストラティグラフィー的段階が明確に存在しないフィジーの初期ラピタ遺跡、ブーレワにおける人間の居住開始の時空間的プロセスをモデル化すること。
• 年代測定可能な物質の不均一な堆積後薄化が影響を及ぼすのを避けるために、年代データがゼロの堆積率を示す情報を持たないことを条件として推論を行うこと。
• 変動するサンプリング強度と不確実な段階境界を考慮した上で、初期人間活動の時刻と空間的パターンを推定すること。
• 単一段階モデルと複数段階モデルのどちらがデータをよりよく説明するかを、周辺尤度とベイズファクターを用いて検証すること。
• 事後開始フィールドマップを用いて、中心コアから周辺の海岸地域への定住拡大を可視化および定量すること。

提案手法

• 年代測定可能な標本の堆積を、段階境界が2番目のポアソン過程によって定義されるコックス過程としてモデル化し、各段階における堆積速度の変動を許容する。
• 2次元格子上の開始フィールドプロセスを導入し、各セルの開始時刻が外部からの移入と、隣接する既に占拠済みセルからの局所的拡散によって支配されることを規定する。
• 2パラメータ接触過程を用いて開始フィールドの事前分布を定義し、非線形フィッシャー方程式に類似した波状の拡大パターンを可能にする。
• MCMCサンプリングを用いたベイジアン推論により、開始時刻、段階数、モデルパラメータの同時事後分布を推定し、各坑内における年代数と年齢を条件としている。
• 周辺尤度推定とベイズファクターを用いて、単一段階モデルと複数段階モデルを比較し、事前分布バイアスを補正する。
• 4つのモデル（空間的構造なしの単一段階モデル、開始フィールドありの単一段階モデル、空間的構造なしのランダム段階モデル、開始フィールドありのランダム段階モデル）の結果を比較することで、モデルの妥当性を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ストラティグラフィー的段階が明確に存在しないブーレワ遺跡において、人間の居住はいつ、どこで開始されたのか？
• RQ2 放射性炭素年代測定データの空間的分布は、単一段階モデルか複数段階モデルのどちらをより支持するか？
• RQ3 開始フィールドモデルは、定住拡大の空間的ダイナミクスを組み込むことで、標準的な段階モデルに比べてどの程度改善されるか？
• RQ4 堆積後薄化などの交絡要因は、標準的な放射性炭素年代測定の解釈をどの程度歪めるか？
• RQ5 定住が中央部で開始され、海岸に沿って徐々に拡大したという事後確率はどの程度高いか？

主な発見

• 事後平均の開始フィールドマップは、人間の居住が坑内「1」、「4」、および「X6」の周辺の中央部で始まり、150–200年間にわたり海岸に沿って徐々に拡大したことを示している。
• 最も初期の堆積の推定開始時刻は、3000–3200年前（BP）であり、開始フィールドを含まないモデルで見られる200年分の現在方向へのずれよりも信頼性が高い。
• 周辺尤度の結果から、単一段階モデルが最も支持されており、推定されたベイズファクターは e₁ ≈ 0.8、e₂ ≈ 1、e₃ ≈ 1.3 であり、複数段階の証拠は強くない。
• 開始フィールドありのランダム段階モデルは、単一段階仮説を支持しており、モデル誤指定の検証として、開始フィールドモデルの妥当性を裏付けた。
• 3段階モデルにおける段階割り当てには明確な空間的傾向が見られ、段階3（最も初期）が中央に集中し、段階2が外側に広がり、段階1（最新）が周辺に位置している。これは、前線型の拡大パターンに一致する。
• 開始フィールドモデルは、空間的不均一性を効果的に捉えながら、均一な段階境界を仮定するモデルが早期の年代を過小に収縮するのを防いでいる。