2017 Fiscal Year Research-status Report
Analysis of atmospheric transport and dispersion of mass and heat in a woodland
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17K00526
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| Research Institution | Ryukoku University |
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Principal Investigator |
市川 陽一 龍谷大学, 理工学部, 教授 (10371353)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
毛利 英明 気象庁気象研究所, 環境・応用気象研究部, 室長 (10354490)
辻本 浩史 京都大学, 防災研究所, 特定教授 (40747490) [Withdrawn]
井上 実 一般財団法人日本気象協会, 担当部長 (60578954)
佐々木 寛介 京都大学, 防災研究所, 特定准教授 (10578967)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 大気環境 / 熱環境 / 里山 / 森 / 樹木 / 大気浄化 / 風洞実験 / ドローン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
（１）大気汚染物質と温熱環境の立体的な実態把握：滋賀県瀬田丘陵の龍谷大学に隣接する里山「龍谷の森」において、パッシブサンプラーにより二酸化窒素NO2の観測を実施した。サンプラーは森内の濃度分布が把握できるように、２つのルート沿いに森の林縁から中央にかけて配置した。12回全ての観測ケースで、林縁から森中央にかけてNO2濃度が減少した。濃度の減少割合は樹木密度が高いルート沿いの方が大きかった。
森内外の温熱環境と身体影響の観測方法について検討を行った。森内外で移動観測を行うため、電子式湿球黒球温度指数計の中からグローブサーモメータとの比較観測により最も精度のよい機器を選定した。身体影響については、試行的に屈伸運動前後の血圧などのバイタルサインを計測することによって把握した。運動中には心拍計を内蔵したスマートセンシングウェア（東洋紡）を着用して心拍周期の計測を行った。夏季の観測期間中、森の中の気温は1.0℃、地表面温度は7.4℃、森の外と比べて低かった。また、暑さ指数WBGTは最大で10.1℃、森の中の方が低い地点があった。里山による熱環境改善効果が確認され、森内では運動によるバイタルサインへの影響は小さくでる傾向があった。
龍谷の森でドローンの飛行経路の検討を行い、樹冠から30数ｍ離れた高さで風や気温、湿度が計測可能であった。
（２）風洞実験による輸送・拡散過程の解明：平板に高さ100mmのジオラマ樹木模型を植え、龍谷の森の樹木密度（実寸換算で約900本/ha)と相似な森を製作して、LDVによる気流測定実験とトレーサガス拡散実験を行った。樹木密度が高いため、気流が森を乗り越え、森の背後で逆流が生じた。そのため、トレーサガスは一部が森の上流端から、一部は森の下流端から森に流入し、その結果として森中央部で濃度が減少した。この現象は龍谷の森で観測されたNO2濃度分布を再現している。
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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
平成29年度計画では、(1)大気汚染物質と温熱環境の立体的な実態把握として、龍谷大学隣接の里山「龍谷の森」において大気汚染物質濃度の水平分布、鉛直分布の観測、25m高鉄塔とドローンを用いた気象観測、湿球黒球温度指数計による暑さ指数WBGTなどの温熱環境の把握方法の検討、(2）風洞実験による輸送・拡散過程の解明として、気象庁気象研究所の大型風洞装置を用いたジオラマ樹木模型群を対象とした気流、トレーサガス拡散実験、樹木の基本特性を把握するためのネットを対象とした気流実験を実施するとしていた。
(1)の実態把握については、おおむね全ての内容を実施し、樹木密度に応じた林縁から森中央にかけての二酸化窒素NO2濃度の減少を把握した。鉄塔におけるNO2濃度の観測から、鉛直方向の濃度減少は樹木密度と係わる風向と関連する結果を得た。また、樹冠上空の境界層乱流が発達する範囲を対象にドローンの飛行方法について検討し、25m高鉄塔の観測とあわせて、風向、風速、気温、湿度の鉛直分布データを取得した。温熱環境の把握については観測方法の検討にとどまらず、森内外の気温やWBGTなどのデータ取得を行い、森による熱環境改善効果を把握した。さらにバイタルサインデータの試行的な取得も行った。
(2)の風洞実験については、龍谷の森を模擬した樹木模型群を対象に気流、トレーサガス拡散実験を実施し、龍谷の森の実態把握で得られた森内中央の濃度減少を再現するとともに、そのメカニズムを明らかにした。ネットを用いた気流実験については実験条件の設定にとどまったが、龍谷の森の地形を模擬した気流、トレーサガス実験を実施した。
以上から研究はおおむね計画通り順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
おおむね当初の計画通り、以下のように研究を進める。
(1)大気汚染物質と温熱環境の立体的な実態把握：龍谷大学隣接の里山「龍谷の森」において大気汚染物質と気象の立体的な観測を継続し、データの蓄積をはかる。大気汚染物質の観測は平成29年度と同様にパッシブサンプラーにより数日平均の濃度を把握する。当初計画では1地点で自動計測器による時間変動濃度の観測を実施することにしていたが、多数地点のデータが取得でき、輸送のメカニズムが把握しやすい野外トレーサガス実験で代替することを検討する。気象は平成29年度と同様に25m高鉄塔における連続観測とドローンによる観測を継続する。ドローンによる観測は平成29年度に検討した飛行経路や測器搭載方法、密な測定間隔により、龍谷の森内の大気汚染物質、温熱環境観測と測定期間をあわせて実施する。温熱環境については、湿球黒球温度指数計による森内外の暑さ指数(WBGT)などのデータ取得を継続するとともに、新しい展開として熱環境がおよぼす身体影響を把握するため、バイタルサインデータの取得を行う。
(2)風洞実験による輸送・拡散過程の解明：気象庁気象研究所の大型風洞装置を用いて、気流とトレーサガス拡散の風洞実験を行う。ネットやジオラマ樹木模型の実環境との相似性を樹木列の幅、高さなどを変化させて、主に気流状態から確認する。また、龍谷の森を想定したジオラマ樹木模型群を対象に、森の上空から地表、林縁部から森中央に至る広い範囲で、気流、トレーサガス濃度を測定する。気流の測定にはレーザドップラー流速計LDV、トレーサガスの濃度測定には炭化水素ガス濃度計を用いる。なお、代表的な実験条件では、流れ場の空間構造を把握するため、粒子画像風速測定装置PIVにより瞬時風速ベクトル場の鉛直断面を測定する。
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| Causes of Carryover |
学会開催場所が近隣地で旅費の使用が予定より少なかったため。ドローンのバッテリーの消耗が少なく、既存品を使用できたため。
研究成果を発表するため学会に参加する費用や新たに展開する野外トレーサ実験の機材部品やガス代に充てる。
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