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Development of stochastic urban climate analysis system using ensemble simulation

Research Project

Project/Area Number 20K21035
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 23:Architecture, building engineering, and related fields
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

川本 陽一  九州大学, 芸術工学研究院, 助教 (70569730)

Project Period (FY) 2020-07-30 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
Keywords都市気候 / メソスケール気象モデル / アンサンブルシミュレーション / 不確実性 / 確率論的評価
Outline of Research at the Start

都市に固有の気候現象である都市気候の諸問題の研究手法として、メソスケール気象モデルを用いた数値解析が広く用いられる。しかし、都市気候研究では数値解析の結果を決定論的に評価している現状がある。即ち、数値解析の不確実性は考慮されず、それぞれ単一の数値解析の結果を以て評価している。一方、数値解析では初期値・境界値に起因する誤差により、結果は不確実性を含む。
本研究では、単一の結果を評価する決定論的評価に対して、複数のアンサンブルシミュレーションの結果を統計的に評価する確率論的評価を行い、初期値・境界値に起因する不確実性を低減する事により信頼性の高い都市気候数値解析システムを構築することを目的とする。

Outline of Annual Research Achievements

2023年度は2022年度に引き続き、ヨーロッパ中期予報センターにより提供されるERA5再解析データを初期値・境界値の作成に用いたアンサンブルシミュレーションを実行し、既往研究での都市上空の風環境の観測結果との比較を行った。アンサンブルシミュレーションの手法として用いたラグ平均予報法は、評価対象期間に先立つ助走計算の期間を変更することでアンサンブルメンバーとする。2022年度は既往研究での観測日のうちから晴天日を1日選び評価対象日としてシミュレーションを行っていたが、2023年度は評価対象日を4日に増やし、アンサンブルシミュレーションによる結果の妥当性を検証した。また世界気象機関では12時間から72時間先までの予報を短期予報、3日(72時間)を超え10日先までの予報を中期予報と分類していることから、評価対象期間の24時間を含めて39時間から72時間まで1時間間隔でシミュレーションを行い、アンサンブルメンバーとした。従って、評価対象日4日に対してそれぞれ34メンバー、計136のシミュレーションを行った。
シミュレーション結果は既往研究にて観測された上空の風環境との比較を行い評価した。既往研究の観測ではリモートセンシング機器であるDoppler LIDARを用い、福岡市上空の高さ40 mから260 mまで20 m間隔の風向風速を測定した。シミュレーション結果と観測結果の比較では、風向風速に加え乱流運動エネルギーを評価項目とした。評価対象日により傾向の差異は見られるものの、概してラグ平均予報法を用いたアンサンブルシミュレーションの結果は観測結果と良い対応を示す結果となった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

2022年度より初期値・境界値にヨーロッパ中期予報センターにより提供されるERA5再解析データを用いてラグ平均予報法によるアンサンブルシミュレーションを実行しその妥当性を検証している。2023年度はアンサンブルシミュレーションの妥当性をより広く検証するため、助走計算時間の幅を広げ、またアンサンブルシミュレーションの評価対象日を増やした結果、大量のシミュレーションデータが出力されている。そのため、シミュレーション結果の解析に時間が掛かり、進捗状況に多少の遅れが見られる。

Strategy for Future Research Activity

アンサンブルシミュレーションのメンバーを増やした結果としてシミュレーション結果の解析に多少の遅れが出ている状況であるが、2024年度前半にシミュレーション結果をとりまとめ、その成果を投稿する見込みである。

Report

(4 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (6 results)

All 2023 2022 2021 2020

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (4 results)

  • [Journal Article] INVESTIGATION INTO THE UNCERTAINTY OF INITNIAL AND BOUNDARY CONDITIONS IN THE HINDCAST OF FLOW FIELDS OVER URBAN AREA USING A MESO-SCALE NUMERICAL WEATHER PREDICTION MODEL2022

    • Author(s)
      川本 陽一
    • Journal Title

      Journal of Environmental Engineering (Transactions of AIJ)

      Volume: 87 Issue: 797 Pages: 460-471

    • DOI

      10.3130/aije.87.460

    • ISSN
      1348-0685, 1881-817X
    • Year and Date
      2022-07-01
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Investigation of the uncertainty of initial and boundary conditions in the hindcasts of flow fields over urban areas using a mesoscale numerical weather prediction model2022

    • Author(s)
      Kawamoto Yoichi
    • Journal Title

      JAPAN ARCHITECTURAL REVIEW

      Volume: 5 Issue: 4 Pages: 517-529

    • DOI

      10.1002/2475-8876.12282

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] メソスケール気象モデルを用いた海風の再現計算へのLagged Average Forecasting法の適用 その2 乱流運動エネルギーの比較2023

    • Author(s)
      川本 陽一
    • Organizer
      日本建築学会大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] メソスケール気象モデルを用いた海風の再現計算へのLagged Average Forecasting法の適用2022

    • Author(s)
      川本 陽一
    • Organizer
      日本建築学会大会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] メソスケール解析における初期値・境界値の不確実性に関する検討(その3)ドップラーライダーによる観測値との比較2021

    • Author(s)
      川本 陽一
    • Organizer
      日本建築学会大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 都市形態解析に基づく都市キャノピー層内の不均一性に関する考察(その2) Frontal Area Indexによる都市形態の不均一性の検討2020

    • Author(s)
      川本 陽一
    • Organizer
      日本建築学会学術講演会
    • Related Report
      2020 Research-status Report

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Published: 2020-08-03   Modified: 2024-12-25  

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