2019 Fiscal Year Annual Research Report
Investigation of three-dimensional structure of urban atmosphere based on spatially dense meteorological observation and boundary layer observation
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17H00838
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
高橋 日出男 首都大学東京, 都市環境科学研究科, 教授 (40202155)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
三上 岳彦 首都大学東京, 都市環境科学研究科, 客員教授 (10114662)
森島 済 日本大学, 文理学部, 教授 (10239650)
赤坂 郁美 専修大学, 文学部, 准教授 (40574140)
菅原 広史 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), 応用科学群, 教授 (60531788)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 都市気候 / 都市ヒートアイランド現象 / 気象観測 / 都市境界層 / 安定層 / 海陸風 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでに設置した東京都心（千代田区）と都区部西部（杉並区）における2台の温度プロファイラ，および東京西郊（西東京市）のタワーに取り付けた温度ロガーによる観測，ならびに南関東の約130箇所に展開した広域METROSによる地上観測を継続し，鉛直方向と水平方向の気温観測データを連続的に取得するとともに，以下の解析を実施した。
昨年度の予備的な解析を踏まえ，3箇所における鉛直方向の気温データが揃う2019年の3月下旬から12月中旬を主な対象として，夜間から朝（前日18時から09時）の気温逆転層（安定層）の特徴を調べ，以下の知見を得た。
①東京西郊や都区部西部では10月後半から接地逆転層が頻出するようになった。都区部西部の逆転層上端高度は地上250-300mが多く，最下層の鉛直温位傾度が大きくなるにつれて上端高度の高い事例が増加した。
②最下層鉛直温位傾度の夜間最大値について地点間の回帰式を求めると，温位傾度の大きさは東京西郊に対して都区部西部は約2/3，都心では約1/4で，相関係数は0.8以上ときわめて大きい。すなわち，都心の下層大気は郊外の影響を受けており，都心でも地表面に近い気層が中立になるほどには鉛直混合は十分に進行していないことが示唆された。
③都区部西部の接地逆転層上端高度にあたる高度300m付近を中心として，都心よりも都区部西部の気温が高くなるクロスオーバー現象が顕著に認められた。この高度では夜間に1℃程度の気温の昇降が何回か現れ，気温の上昇時には上空の高温位層の高度低下があり，その際に接地層では逆転強度が増大する。
④夏季日中の海風侵入に関し，沿岸都市では海岸付近と内陸部との気温差が晴天日に比べて曇天日では1/2程度となる。同じ海岸付近でも市街地域では内陸部との気温差が小さく，市街地を中心としたヒートアイランド現象により海風の冷却効果が抑制されていると考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
東京都心と都区部西部，東京西郊における鉛直方向の気温観測データは，温度プロファイラのメンテナンス等による欠測を除き概ね順調に取得されている。広域METROSによる稠密地上観測データも，一部に令和元年台風第19号の強風による百葉箱破損があったものの，ほとんどは良好に取得できている。なお，広域METROSのデータ回収は基本的に年間1回もしくは2回であるため，準リアルタイムで取得できる温度プロフィラのデータと比べて入手が半年程度遅れる場合があることから，水平気温分布と境界層鉛直構造との対比はこれからである。本研究のような複数地点における鉛直気温分布の継続観測は世界的にも類例がなく，データの蓄積段階であるが「研究実績の概要」に述べたように，これまで得られたデータからも，きわめて興味深い結果が得られつつある。以上のことからおおむね順調に進展していると判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに蓄積・収集された観測データは研究組織で共有しており，数か月の期間の解析においても興味深い結果が得られつつある。1年間の鉛直気温観測データが揃ったことから，郊外から都心に至る境界層の特徴の季節変化をまず明確にする。そして，特に夜間の気温逆転について，都区部西部の逆転層上端の気温が都心に比べてかなり高いこと，上空からの高温位空気の下降が示唆されることなどから，局地的な風系（陸風やヒートアイランド循環）などの解析を行う。昨年度は事例数の点から夜間の冷気移流に関わる陸風の挙動を考慮できなかったので，今年度は2019/2020年冬季の事例を解析に追加し，夜間の陸風の吹走（冷気移流）と郊外から都心に至る鉛直気温分布の変化との関係を明確にする。また，鉛直気温分布（境界層構造）と，広域METROSなど稠密気温観測から得られる水平気温分布との関係を解析し，都区部西部に認められる大きな水平気温傾度の発現を明らかにする。なお，夏季においては夕方から夜半過ぎに上空で気温上昇があり，都心では700m程度上空に安定層がしばしば認められる。このような東京上空の大気の特徴は従来報告されていないが，気象庁局地モデルでも上空での暖気移流が示唆され，このような外的要因による下層大気の変形についても解析を進める。さらに，日中における境界層構造に関し，都心と都区部西部とでは特徴がかなり異なっている。両地域では侵入する海風の系統が異なっている（東京湾／相模湾）ことを考慮しつつ，日中の境界層構造と水平気温分布との関係について解析を進める。なお，広域METROSの測器は小学校の百葉箱に設置しているため，新型コロナウイルス感染症の状況により回収が困難な場合には，自治体の大気汚染常時監視測定局（東京都環境科学研究所の研究協力者より入手）などのデータを用いて解析を進める。
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Research Products
(19 results)
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[Presentation] A promising new observation in the AsiaPEX - an unmanned aerial vehicle observation of evolution in the lower boundary layer in the morning2019
Author(s)
Nodzu, M.I., Matsumoto, J., Watanabe, T., Seto, Y., Nakajima, K. and Matsuzaki, Y.
Organizer
AsiaPEX Kick-off Conference
Int'l Joint Research
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