Improvement of city-scale LES model and its applications

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21K03656
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 日下 博幸 筑波大学, 計算科学研究センター, 教授 (10371478)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): Doan QuangVan 筑波大学, 計算科学研究センター, 助教 (80869264)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: LES / 都市気候 / 大気境界層 / 暑熱環境 / 数値モデル / 都市気象 / ヒートアイランド

Outline of Annual Research Achievements

近年の都市の暑熱環境悪化に伴い, 都市気象の基礎研究と科学的知見に基づく暑さ対策の検討が重要視されている. 私たちの研究室ではこのようなニーズに応えるべく, 都市街区気象シミュレーションモデル(City-LES)を独自に開発してきた. 本研究では, このモデルの初期条件・境界条件部分を改良し, より多様な条件の高精度のシミュレーションの実現を目指す. 令和5年度は，これまで改良してきたCity-LESを用いて，2020年と2022年の夏に東京駅周辺で観測した暑さ指数分布の検証を再度行った.これらの再現実験では、国土交通省のPLATEAUプロジェクトで開発された建物・土地利用データを用いた.
再現実験から，City-LESは暑さ指数の空間分布を良好に再現できることが確認された．合計12か所で観測した暑さ指数を用いて計算した，City-LESの暑さ指数の平均誤差は0.53℃，二乗平均平方根誤差は0.69℃，相関係数は0.82であった．また，気温分布や風分布も同様に観測された値と空間分布を良く再現した．
これまでの研究成果をまとめて，第11回国際都市気候学会（ICUC-11）で発表した.その後，City-LESの改良版（City-LES V2）の境界条件の開発やモデル全体の精度検証の結果などをまとめて学術論文を4編執筆し，国際誌4編に投稿した.最後に，夜間のヒートアイランドのメカニズムの解明に資するため，既存の夜間の放射冷却モデルを実装した．

Research Products

• [Journal Article] Applicability of Methods for Inflow Turbulence Generation Developed in a CFD Field to the Thermally Driven Convective Boundary Layer Simulations (2023)
  • Author(s): Sato Takuto、Kusaka Hiroyuki
  • Journal Title: Journal of Applied Meteorology and Climatology Volume: 62 Pages: 1783～1801
  • DOI: 10.1175/JAMC-D-23-0053.1
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Investigation of a Geometric Parameter Corresponding to the Turbulent Length Scale Within an Urban Canopy Layer (2023)
  • Author(s): Sato Takuto、Kusaka Hiroyuki
  • Journal Title: Boundary-Layer Meteorology Volume: 189 Pages: 215～233
  • DOI: 10.1007/s10546-023-00832-y
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Intercomparison of Synthetic Inflow Turbulence Generation Methods for Large-Eddy Simulation Models in Thermally Driven Convective Boundary Layer Simulations (2023)
  • Author(s): Sato Takuto、Kusaka Hiroyuki
  • Journal Title: SOLA Volume: 19 Pages: 165～172
  • DOI: 10.2151/sola.2023-022
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Recent Development of City-Scale Large-Eddy Simulation model “City-LES” (2023)
  • Author(s): Sato, T., H. Kusaka, T. Boku, O. Tatebe
  • Organizer: The 6th International Workshop on Nonhydrostatic Models (NHM-WS 2023)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of the state of art city-scale Large Eddy Simulation model (City-LES) based on CFD and meteorological modeling approaches (2023)
  • Author(s): Kusaka, H., R. Ikeda, T. Sato, S. Iizuka, T. Boku
  • Organizer: 11th International Conference on Urban Climate
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of methods to generate inflow turbulence component applicable to the simulation of convective boundary layer over urban area (2023)
  • Author(s): Sato,T., H. Kusaka
  • Organizer: 11th International Conference on Urban Climate
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 動的モード分解による都市ヒートアイランド循環とサーマルの分離 (2023)
  • Author(s): 佐藤拓人, 日下博幸, 日野英逸
  • Organizer: 第37回数値流体力学シンポジウム