2014 Fiscal Year Research-status Report
多孔質体概念に基づく都市気象予測モデルの構築と新しい防災都市計画
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25420157
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
桑原 不二朗 静岡大学, 工学研究科, 教授 (70215119)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 多孔質体 / 数値シミュレーション / 局地気象予測 / 乱流 / 輻射 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ヒートアイランド現象やゲリラ豪雨に代表される都市型局地気象現象の予測は，時に人命を左右する情報であり，重要である．そのため近年，気象観測精度の向上やそのデータ提供方法も大きく変容している．特に都市気象予測においてはその危険度をより早く提供することが重要であり，そのための都市モデルの構築は重要となる．本研究では，特に都市部に対し，体積平均モデルを適用し，主に地表面スキームの改善を目指している．
本研究では，特に地表面付近の熱流動場に注目し，高層ビルや中層オフィスおよび低層住宅などそれぞれの都市構造を実現すべく，気孔率，代表寸法などを用いて，都市部のモデル化に挑んだ．本年は通常気象場に用いられる乱流モデルに対し，伝熱工学分野で広く用いられるｋ－ε乱流モデルに多孔質体理論を導入し，さらに高さ方向に気孔率が変化する都市の状況を加味することで，様々な都市に対するモデリングが実現することを確認した．
また，ヒートアイランド現象に重要な都市部への輻射の状況と都市構造の関係を把握すべく，モンテカルロ法による見かけの輻射率予測を行い，実際の都市の地表面温度および気温の日変化と数値予測の比較を行った．建築物の高さと，間隔により見かけの輻射率が変化し，地表面温度収支が大きく左右することが判明した．
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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
本研究の狙いである実際の都市の表現が多孔質体の特性値である気孔率および透過率でおおむね表現されることが判明するとともに，新たに見かけの輻射率の算出手法を確立したことで，疑似都市東京の実現に近づいた．
気象予測においては様々な乱流モデルを用いられているが，不安定性因子を導入し，標準k-ε乱流モデルでの地表面熱流動場の予測が可能となった．多孔質体都市モデルにおいて，見かけの熱伝導率の増加などこれまでの知見が活かせる数値シミュレーションコードを構築し，巨視的数値シミュレーションが可能となった．
多孔質体都市における地表面の取り扱いについて，実際には構造物へ入熱し構造物が温められる状況にある．これまで，都市部で発生した熱については，都市空間の発熱項として取り扱うことができたが，輻射による熱の授受について，そのモデル化が難しかった．本年，モンテカルロ法と人工太陽を用いた模擬実験結果より，構造体の高さ，間隔，日射の角度の変化により見かけの熱輻射率が変化し，高さ方向への入熱分布が明らかになった．このため，多孔質体2エネルギ方程式モデルの導入により，構造体に発熱項を持たせることができ，実際の都市での減少予測に近づくことができた．
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| Strategy for Future Research Activity |
巨視的数値シミュレーションコードととして，不安定性をパラメータとした乱流モデルの構築，見かけの輻射率の算出方法の確立，２エネルギ方程式モデルの導入，地表面熱収支の取り扱いなど，それぞれのモデル化には一応の成果が出ている．
さらにこれらを結集し３次元数値シミュレーションコードを作成する．その際，模擬都市東京の構築をめざし，東京の一部分に注目した，その構造分析と，見かけの輻射率などの算出を行い，気孔率の高度分布，見かけの輻射率，都市部の方向などのパラメータを含み，もっとも危険な状況である南からの湿った空気流の流入ばとわずかに方向強度が変化した場合の違いなど様々な場面のシミュレーションを実施することで，その災害危険度とその発生位置などを予測する．
さらに積極的に都市構造及び熱的条件を変更した”防災都市東京”の都市計画マップの作成を目指す．
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Research Products
(2 results)
