オイラー・ラグラジアンモデルによる飛雪の時空間構造の解明と飛雪・積雪環境の評価

• Project/Area Number: 23K20984
• Project/Area Number (Other): 21H01489 (2021-2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2021-2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 23020:Architectural environment and building equipment-related
• Research Institution: Institute of Science Tokyo
• Principal Investigator: 大風 翼 東京工業大学, 環境・社会理工学院, 准教授 (40709739)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大宮 哲 国立研究開発法人土木研究所, 土木研究所(寒地土木研究所), 研究員 (60718451) ; 新屋 啓文 新潟大学, 災害・復興科学研究所, 准教授 (80794982)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Declined (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000); Fiscal Year 2024: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000); Fiscal Year 2023: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2022: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000); Fiscal Year 2021: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
• Keywords: 吹雪 / 境界層 / ラージ・エディ・シミュレーション / 野外観測 / 視程 / LiDAR / 吹きだまり / 防雪フェンス / 飛雪 / 防風植栽 / 防雪柵 / 防雪林 / 数値解析 / 時空間変動

Outline of Research at the Start

本研究では、吹雪境界層の野外観測、構造物や防風林周辺の吹きだまり観測を実施するとともに、乱流変動を高精度かつ非定常に予測可能なLarge-Eddy Simulationと粒子個々の運動を取り扱うラグランジュ的個別粒子モデルを連成させた数値モデルを用いて、暴風雪下で建物周辺の吹きだまりに関わる飛雪の空間密度を1m以下の空間分解能で数値予測し、乱流変動によって生じる暴風下での突風と、これによる雪の飛散、構造物周りでの堆積現象を系統的に取りまとめる。

Outline of Annual Research Achievements

1)吹雪境界層下での野外観測：北海道弟子屈町の観測フィールドにおいて、風速計、スノーパーティクルカウンター（雪の質量流量を計測）、視程計を、高さ1 mに設置し、時間解像度の高いデータの同時計測を実施した。
2)飛雪モデルによる数値実験：オイラー・ラグラジアン飛雪モデルを用いて、段階的に平均風速を変化させた数値解析を行い、様々な風速下での、風速と雪の質量流量の時空間変動の3次元データを取得した。流れの空間スケールと吹雪の空間スケールの関係について、分析を継続している。
3)防雪フェンス吹きだまり観測：北海道東部において、空隙率の異なる模擬フェンスを設置し、冬期の吹きだまり形成過程を小型LiDARにより計測を行った。
4)メソ気象解析に基づく視程分布の推定：これまでの観測結果から、平均風速と雪の質量流量の平均値、雪の質量流量の短い評価時間での変動値の関係について、回帰式を構築した。雪の質量流量の短い評価時間は、3秒、10秒、30秒、1分間等いずれの評価時間においても、10分間平均値との間に、関係式が見出せそうであり、雪の質量流量の時間変動が乱流変動に関連していることを示唆している。計測に用いた視程計の時間解像度の兼ね合いから、1分間について分析を深めた。雪の質量流量の10分平均値と1分間平均値の最大値の比は、概ね3倍程度となっていた。この関係を、既往の雪の質量流量と視程の経験式に適用すると、ある10分間における1分間平均視程の最低値は、10分間平均視程の5～6割程度に低減することに対応している。これらの結果を、メソ気象解析の結果に適用し、視程の空間分布を求めるとともに、視程計での観測結果と比較を行った。視程の推定結果は、概ね観測結果の傾向を捉えていた。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Field Observation for Elucidation of Spatiotemporal Structures of Blowing Snow (2024)
  • Author(s): OKAZE Tsubasa、NIIYA Hirofumi、OMIYA Satoshi
  • Journal Title: Wind Engineers, JAWE Volume: 49 Issue: 1 Pages: 25-32
  • DOI: 10.5359/jawe.49.25
  • ISSN: 0912-1935, 1883-8413
  • Open Access
• [Journal Article] Statistical analysis for predicting low-occurrence strong wind speeds at the pedestrian level in an actual urban case (2023)
  • Author(s): Wang Wei、Okaze Tsubasa
  • Journal Title: Building and Environment Volume: 244 Pages: 110781-110781
  • DOI: 10.1016/j.buildenv.2023.110781
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Evaluation of polyhedral mesh performance for large-eddy simulations of flow around an isolated building within an unstable boundary layer (2023)
  • Author(s): Li Yezhan、Wang Wei、Okaze Tsubasa
  • Journal Title: Building and Environment Volume: 235 Pages: 110207-110207
  • DOI: 10.1016/j.buildenv.2023.110207
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Comparing Weibull distribution method and Gram?Charlier series method within the context of estimating low-occurrence strong wind speed of idealized building cases (2023)
  • Author(s): Wang Wei、Ikegaya Naoki、Okaze Tsubasa
  • Journal Title: Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics Volume: 236 Pages: 105401-105401
  • DOI: 10.1016/j.jweia.2023.105401
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Estimation of horizontal distributions of short-term visibility reduction by blowing snow based on a meso-scale meteorological simulation (2023)
  • Author(s): Okaze, T., Kawashima, R., Ito, T., Omiya, S., Niiya, H., Nishimura, K.
  • Journal Title: The Proceedings of 16th International Conference on Wind Engineering Volume: ー
  • Open Access
• [Journal Article] 吹雪の時空間構造の解明(その4) 吹雪時の飛雪流量の平均化時間と最大値の関係 (2023)
  • Author(s): 大風翼、川島理沙、伊藤武竜、大宮哲、新屋啓文、西村浩一
  • Journal Title: 日本建築学会大会学術講演梗概集 Volume: D-1 Pages: 2103-2104
• [Journal Article] 吹雪の時空間構造の解明(その5) 道東に暴風雪をもたらす発達した低気圧の再現のための WRF の解析条件の検討 (2023)
  • Author(s): 伊藤武竜、川島理沙、大宮哲、新屋啓文、西村浩一、大風翼
  • Journal Title: 日本建築学会大会学術講演梗概集 Volume: D-1 Pages: 2105-2106
• [Journal Article] 吹雪の時空間構造の解明(その6) WRF や気象庁メソ客観解析データを用いた飛雪流量の時間変動を考慮した視程分布の評価 (2023)
  • Author(s): 川島理沙、伊藤武竜、大宮哲、新屋啓文、西村浩一、大風翼
  • Journal Title: 日本建築学会大会学術講演梗概集 Volume: D-1 Pages: 2106-2107
• [Journal Article] Summaries of JSSI and JSSE Joint Conference on Snow and Ice Research - 2023 in Koriyama (2023)
  • Author(s): 伊藤武竜、川島理沙、大宮哲、新屋啓文、西村浩一、大風翼
  • Journal Title: Summaries of JSSI and JSSE Joint Conference on Snow and Ice Research Volume: 2023 Issue: 0 Pages: 1-320
  • DOI: 10.14851/jcsir.2023.0_1
  • ISSN: 1883-0870, 1883-0889
  • Open Access
• [Journal Article] ANALYSIS OF FLUCTUATION OF VISIBILITY DISTRIBUTION FOR INCREASED SNOW-DRIFT FLUX DUE TO TURBULENT FLUCTUATION UNDER BLOWING SNOW WITHOUT SNOWFALL (2022)
  • Author(s): 川島 理沙, 大宮 哲, 新屋 啓文, 西村 浩一, 大風 翼
  • Journal Title: Wind Engineering Research Volume: 27 Issue: 0 Pages: 48-57
  • DOI: 10.14887/windengresearch.27.0_48
  • ISSN: 2435-4384, 2435-5429
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] PERFORMANCE OF POLYHEDRAL MESH IN LARGE-EDDY SIMULATION OF FLOW AND TEMPERATURE FIELDS WITHIN A CUBIC ARRAY IN UNSTABLE BOUNDARY LAYER (2022)
  • Author(s): Yezhan LI, Tsubasa OKAZE
  • Journal Title: Wind Engineering Research Volume: 27 Issue: 0 Pages: 38-47
  • DOI: 10.14887/windengresearch.27.0_38
  • ISSN: 2435-4384, 2435-5429
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Estimating low-occurrence wind speeds from mean velocity and turbulent kinetic energy: Development of statistical method and validation with idealized cases (2022)
  • Author(s): Wang Wei、Okaze Tsubasa
  • Journal Title: Building and Environment Volume: 224 Pages: 109499-109499
  • DOI: 10.1016/j.buildenv.2022.109499
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 吹雪の時空間構造の解明（その3） 地吹雪時の乱流変動に伴う飛雪流量増加に対する視程マップの作成 (2022)
  • Author(s): 川島理沙、大宮哲、新屋啓文、西村浩一、大風翼
  • Journal Title: 日本建築学会大会学術講演梗概集 Volume: D-1 Pages: 2193-2193
• [Journal Article] Measurement of Snowdrift around a Fence with LiDAR for In-vehicle Use (2022)
  • Author(s): 大風 翼、新屋 啓文、大宮 哲、砂子 宗次朗、川島 理沙、丹治 星河、西村 浩一
  • Journal Title: Summaries of JSSI and JSSE Joint Conference on Snow and Ice Research Volume: 2022 Issue: 0 Pages: 28-28
  • DOI: 10.14851/jcsir.2022.0_28
  • ISSN: 1883-0870, 1883-0889
  • Open Access
• [Journal Article] Photography of Three-Dimensional Particle Track from Multi-View and High-Speed Camera (2022)
  • Author(s): 新屋 啓文、中山 智靖、富永 禎秀、大風 翼、根本 征樹
  • Journal Title: Summaries of JSSI and JSSE Joint Conference on Snow and Ice Research Volume: 2022 Issue: 0 Pages: 31-31
  • DOI: 10.14851/jcsir.2022.0_31
  • ISSN: 1883-0870, 1883-0889
  • Open Access
• [Journal Article] Evaluation of Horizontal Distribution of Visibility Based on Estimated Maximum 1-minute Mean Snow-drift Flux (2022)
  • Author(s): 川島 理沙、大宮 哲、新屋 啓文、西村 浩一、大風 翼
  • Journal Title: Summaries of JSSI and JSSE Joint Conference on Snow and Ice Research Volume: 2022 Issue: 0 Pages: 81-81
  • DOI: 10.14851/jcsir.2022.0_81
  • ISSN: 1883-0870, 1883-0889
  • Open Access
• [Journal Article] Statistical analysis of low-occurrence strong wind speeds at the pedestrian level around a simplified building based on the Weibull distribution (2022)
  • Author(s): Wang Wei、Okaze Tsubasa
  • Journal Title: Building and Environment Volume: 209 Pages: 108644-108644
  • DOI: 10.1016/j.buildenv.2021.108644
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Snowdrift Observation around Fence by UAV-SfM Photogrammetry (2021)
  • Author(s): 新屋 啓文、大宮 哲、砂子 宗次朗、西村 浩一、大風 翼
  • Journal Title: Summaries of JSSI and JSSE Joint Conference on Snow and Ice Research Volume: 2021 Issue: 0 Pages: 2-2
  • DOI: 10.14851/jcsir.2021.0_2
  • ISSN: 1883-0870, 1883-0889
  • Open Access
• [Journal Article] Analysis of Gap Wind Enhancement Factors in Teshikaga, Hokkaido based on WRF Simulation (2021)
  • Author(s): 川島 理沙、池田 侑樹、大宮 哲、新屋 啓文、大風 翼
  • Journal Title: Summaries of JSSI and JSSE Joint Conference on Snow and Ice Research Volume: 2021 Issue: 0 Pages: 4-4
  • DOI: 10.14851/jcsir.2021.0_4
  • ISSN: 1883-0870, 1883-0889
  • Open Access
• [Journal Article] Relation between Mean and Instantaneous Values of Snow-drift Flux under Blowing Snow with Snowfall (2021)
  • Author(s): 池田 侑樹、川島 理沙、大宮 哲、新屋 啓文、西村 浩一、大風 翼
  • Journal Title: Summaries of JSSI and JSSE Joint Conference on Snow and Ice Research Volume: 2021 Issue: 0 Pages: 5-5
  • DOI: 10.14851/jcsir.2021.0_5
  • ISSN: 1883-0870, 1883-0889
  • Open Access
• [Journal Article] Investigation of Relation between Spike in Snow-drift Flux and Turbulent Coherent Structure under Blowing Snow (2021)
  • Author(s): 大風 翼、池田 侑樹、川島 理沙、大宮 哲、新屋 啓文、西村 浩一
  • Journal Title: Summaries of JSSI and JSSE Joint Conference on Snow and Ice Research Volume: 2021 Issue: 0 Pages: 6-6
  • DOI: 10.14851/jcsir.2021.0_6
  • ISSN: 1883-0870, 1883-0889
  • Open Access
• [Journal Article] Elucidations of vertical structures of blowing snow with snowfall (2021)
  • Author(s): MASUZAWA Satoka、OMIYA Satoshi、OKAZE Tsubasa、NIIYA Hirofumi
  • Journal Title: Journal of the Japanese Society of Snow and Ice Volume: 83 Issue: 3 Pages: 259-273
  • DOI: 10.5331/seppyo.83.3_259
  • NAID: 130008130135
  • ISSN: 0373-1006, 1883-6267
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 吹雪の時空間構造の解明（その1）：吹雪境界層を対象としたタワー観測の概要 (2021)
  • Author(s): 大風 翼、池田 侑樹、川島 理沙、大宮 哲、新屋 啓文、西村 浩一
  • Journal Title: 2021年度日本建築学会大会（東海）講演梗概集 Volume: 環境工学I Pages: 2031-2032
• [Journal Article] 吹雪の時空間構造の解明（その2）：飛雪流量の確率密度に基づく吹雪の時間変動に関する分析 (2021)
  • Author(s): 池田侑樹、大風翼、川島理沙、大宮哲、新屋啓文、西村浩一
  • Journal Title: 2021年度日本建築学会大会（東海）講演梗概集 Volume: 環境工学I Pages: 2033-2034
• [Journal Article] WRF解析による北海道弟子屈町周辺の谷地形が風況場に及ぼす影響の検討 (2021)
  • Author(s): 川島理沙、池田侑樹、大宮哲、新屋啓文、大風翼
  • Journal Title: 2021年度日本建築学会大会（東海）学術講演梗概集 Volume: 環境工学I Pages: 2051-2052
• [Presentation] Estimation of horizontal distributions of short-term visibility reduction by blowing snow based on a meso-scale meteorological simulation (2023)
  • Author(s): Okaze, T., Kawashima, R., Ito, T., Omiya, S., Niiya, H., Nishimura, K.
  • Organizer: 16th International Conference on Wind Engineering
• [Presentation] 吹雪の時空間構造の解明(その4) 吹雪時の飛雪流量の平均化時間と最大値の関係 (2023)
  • Author(s): 大風翼、川島理沙、伊藤武竜、大宮哲、新屋啓文、西村浩一
  • Organizer: 2023年度日本建築学会大会（近畿）学術講演会
• [Presentation] 吹雪の時空間構造の解明(その5) 道東に暴風雪をもたらす発達した低気圧の再現のための WRF の解析条件の検討 (2023)
  • Author(s): 伊藤武竜、川島理沙、大宮哲、新屋啓文、西村浩一、大風翼
  • Organizer: 2023年度日本建築学会大会（近畿）学術講演会
• [Presentation] 気象庁メソ客観解析データを用いた飛雪流量の時間変動を考慮した視程分布の評価 (2023)
  • Author(s): 川島理沙、伊藤武竜、大宮哲、新屋啓文、西村浩一、大風翼
  • Organizer: 日本建築学会大会学術講演梗概集
• [Presentation] 気象庁メソ客観解析データを用いた飛雪流量の時間変動を考慮した視程分布の評価 (2023)
  • Author(s): 伊藤武竜、川島理沙、大宮哲、新屋啓文、西村浩一、大風翼
  • Organizer: 雪氷研究大会（2023・郡山）
• [Presentation] 高い地吹雪発生時の飛雪流量の平均化時間と最大値の関係 (2023)
  • Author(s): 大風翼、川島理沙、伊藤武竜、大宮哲、新屋啓文、西村浩一
  • Organizer: 雪氷研究大会（2023・郡山）
• [Presentation] 吹雪の時空間構造の解明（その3） 地吹雪時の乱流変動に伴う飛雪流量増加に対する視程マップの作成 (2022)
  • Author(s): 川島理沙、大宮哲、新屋啓文、西村浩一、大風翼
  • Organizer: 2022年度日本建築学会大会(東海)学術講演会
• [Presentation] 車載用LiDARによるフェンス周辺の吹きだまり計測 (2022)
  • Author(s): 大風 翼、新屋 啓文、大宮 哲、砂子 宗次朗、川島 理沙、丹治 星河、西村 浩一
  • Organizer: 雪氷研究大会（2022・札幌）
• [Presentation] 多視点高速度カメラを用いた跳躍粒子の3次元挙動の撮影 (2022)
  • Author(s): 新屋 啓文、中山 智靖、富永 禎秀、大風 翼、根本 征樹
  • Organizer: 雪氷研究大会（2022・札幌）
• [Presentation] 1分間平均飛雪流量の最大値の推定に基づく視程の水平分布の評価 (2022)
  • Author(s): 川島 理沙、大宮 哲、新屋 啓文、西村 浩一、大風 翼
  • Organizer: 雪氷研究大会講演要旨集
• [Presentation] UAV-SfM 写真測量によるフェンス周辺の吹きだまり観測 (2021)
  • Author(s): 新屋 啓文、大宮 哲、砂子 宗次朗、西村 浩一、大風 翼
  • Organizer: 雪氷研究大会2021（千葉-オンライン）
• [Presentation] WRFを用いた北海道弟子屈町周辺に発生する Gap wind 強化要因の検討 (2021)
  • Author(s): 川島 理沙、池田 侑樹、大宮 哲、新屋 啓文、大風 翼
  • Organizer: 雪氷研究大会2021（千葉-オンライン）
• [Presentation] 降雪を伴う吹雪時における飛雪流量の最大瞬間値と平均値の関係 (2021)
  • Author(s): 池田 侑樹、川島 理沙、大宮 哲、新屋 啓文、西村 浩一、大風 翼
  • Organizer: 雪氷研究大会2021（千葉-オンライン）
• [Presentation] 吹雪時における飛雪流量の瞬間的な増加と乱流構造に関する分析 (2021)
  • Author(s): 大風 翼、池田 侑樹、川島 理沙、大宮 哲、新屋 啓文、西村 浩一
  • Organizer: 雪氷研究大会2021（千葉-オンライン）
• [Presentation] 吹雪の時空間構造の解明（その1）：吹雪境界層を対象としたタワー観測の概要 (2021)
  • Author(s): 大風翼、池田侑樹、川島理沙、大宮哲、新屋啓文、西村浩一
  • Organizer: 2021年度日本建築学会大会（東海）
• [Presentation] 吹雪の時空間構造の解明（その2）：飛雪流量の確率密度に基づく吹雪の時間変動に関する分析 (2021)
  • Author(s): 池田侑樹、川島理沙、大宮哲、新屋啓文、西村浩一、大風翼
  • Organizer: 2021年度日本建築学会大会（東海）
• [Presentation] WRF解析による北海道弟子屈町周辺の谷地形が風況場に及ぼす影響の検討 (2021)
  • Author(s): 川島理沙、池田侑樹、大宮哲、新屋啓文、大風翼
  • Organizer: 2021年度日本建築学会大会（東海）