2020 Fiscal Year Research-status Report
Disaster estimation of wind gust considering turbulence structure and uncertainty of peak wind velocity in urban boundary layer for extreme weather event
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20K14869
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| Research Institution | Ochanomizu University |
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Principal Investigator |
河合 英徳 お茶の水女子大学, 基幹研究院, 准教授 (00735376)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 極端気象 / 数値流体解析 / ピーク風速 / 乱流 / 気象モデル / LES |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は気象モデルWRF-LESの解析結果に基づき，平均風速や乱れの強さの鉛直プロファイルなどの地表近傍の乱流特性のばらつきを整理した。また，WRF-LESの結果についてスペクトル解析などを用いて風速の変動性状について確認した結果，台風などの強風時において，建築物に作用する非定常な風圧力を予測するために高周波な変動成分が不足していることを確認した。以上の結果を踏まえ，空間フィルタリング・リスケーリング手法を用いてWRF-LESによって得られた気象場に高周波変動成分を付加し，強風時の都市境界層内の風速について十分な変動が得られることを確認した。
さらに，都市キャノピーを再現した市街地モデルの基礎的な検討として，粗度の不均一性が異なる複数のブロック群のケースについて，乱流境界層に基づく流入条件によるLESを実施した。解析結果は風洞実験結果との比較による検証を行い，乱流解析手法の精度を確認した。解析により得られた乱流場については，建物群上部に発生する組織構造の分類を行ったうえで，組織構造がピーク風速の分布特性と発生過程に及ぼす影響を示した。その結果，粗度ブロック群の直上には既往文献と同様に建物群のスケールと対応した低速流体塊に伴う組織構造が確認され，この組織構造に付随して風速の変動値が大きくなることが示された。一方で，粗面境界層の上部では境界層厚スケールのロール状の構造が確認された。さらに，粗度が不均一であり，都市キャノピー内外の鉛直方向の風速変動が大きい解析ケースにおいてピーク風速の発生過程を分析した結果，粗面境界層の上部にあるロール状の構造と建物群直上の高風速の領域が一体になることによって，速度の大きな流体塊を形成し，強いピーク風速を形成することが示唆された。
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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
本年度は気象モデルの解析に基づいた強風時の流入条件の整備を行ったうえで，市街地を対象とした市街地モデルの作成と乱流境界層の流入条件に基づく市街地モデルの精度確認が完了した。さらに，乱流境界層を用いた流入条件において，ピーク風速の基本的な発生過程を分析しており，当初の計画内容についてはおおむね達成されたと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
都市モデルを対象とした解析については，本年度は乱流境界層を対象とした流入条件に基づいて，風洞実験との比較，ピーク風速の発生過程の分析を行っていた。来年度はより多様な風速の分布や変動特性を持つ流入条件のデータベースを整備するとともに，これらの気象場の風速の分布や変動を有する流入条件に基づいた解析においてピーク風速の発生過程の分析を行う。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルスの流行に伴い，成果発表予定の学会が中止もしくはオンライン開催となり，旅費の支出予定がなくなったため。また，コロナウイルスの流行に伴う納品スケジュールの遅れと年度途中での異動に伴い，購入予定の物品を調達することが困難な状況となったため。
なお，次年度の使用計画については，複数の流入条件に基づく市街地の解析を効率的に実施するために，予備計算のためのワークステーションの購入や学外のスーパーコンピュータの計算機費用などの支出を予定している。
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