2015 Fiscal Year Annual Research Report
原子力災害リスク評価のための大気乱流・拡散マルチスケール予測モデルの確立
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26282107
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
竹見 哲也 京都大学, 防災研究所, 准教授 (10314361)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中山 浩成 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, その他部局等, 研究員 (50535903)
堀口 光章 京都大学, 防災研究所, 助教 (60190253)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 自然災害 / 大気乱流 / 大気拡散 / 原子力災害 / 気象モデル / LES / 災害リスク評価 / 東日本大震災 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
大気乱流の観測を、京都市伏見区宇治川沿いの京都大学防災研究所宇治川オープンラボラトリーで実施した。観測期間は、日本海側からの寒気吹き出し、京都盆地の北方の山地に起因する変動、京都市街の建物や構造物に起因する変動といった多様な乱流を捕捉することができる冬季とし、平成28年1月上旬から2月上旬の一ヶ月間に観測を実施した。この観測期間に鉛直1次元ドップラーライダーを設置し、下層大気の連続観測を実施した。気象観測鉄塔の2高度に設置された超音波風速温度計により大気乱流の連続観測を実施した。また、観測期間中の2月上旬には、ラジオゾンデによる上空大気の観測を実施した。大気の日変動を捉えるため、ラジオゾンデは9時・10時30分・12時・14時・16時と日中に1日5回という高頻度で放球した。得られた乱流観測データをモデル検証に用いるため、風速時系列から10分間平均風速、風速変動の標準偏差、瞬間的最大値・最小値などの風に関する統計量を求めた。さらに、平成25年6～7月に京都大学防災研究所宇治川オープンラボラトリーで実施済みの境界層の風観測データを用いて大気の乱れの統計的な性状についての解析を実施し、数値シミュレーションの検証用のデータセットを作成した。
高分解能の京都の地形データおよび京都市街地の建物高度データを用い、LESモデルに京都の地形情報を組み込んだ。LESモデルの並列化も行い、大型計算機での大規模計算を可能とした。格子間隔4 mおよび3 mでの高分解能での京都市街地上の大気乱流のLESを実施した。また、気象モデルの計算結果をLESモデルに結合する手法の高度化を行い、2011年3月11日東日本大震災により発生した東京電力福島第1原子力発電所からの放射性物質の拡散シミュレーションを目標とし、福島原発の建屋および周辺地形の詳細の構造をLESモデルに組み込み、気象モデル・LESモデルの結合による乱流・拡散シミュレーション手法の改良を進めた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
観測については、当初は秋季から初冬にかけての期間中に一ヶ月程度の期間を想定していたが、リースを予定していた業者保有の観測機器に故障が生じたため、観測期間を1月上旬から2月上旬の一ヶ月に変更することとなった。しかしながら、冬季のほうが本海側からの寒気吹き出しによる気流変動、京都盆地の北方の山地に起因する変動、観測地点より北に存在する京都市街の建物や構造物に起因する変動といった多様な乱流が期待できるため、結果としては好ましい状況を観測することができた。また、ラジオゾンデ観測は、9時～16時の間の日中に5回という高頻度で実施することができたため、大気境界層の詳細な日変動を捕捉することができたことも期待以上の観測実績を挙げることができた。さらに、平成25年度中の6月から7月に実施済みの観測データの解析も進めることができ、今年度の観測データとあわせて、多様な大気条件での観測データを収集することができ、数値シミュレーションの検証用データを整備することができた。このように観測面で当初の計画以上に研究は進展したと言える。
数値シミュレーションでは、京都市街地の高分解能地形データをLESモデルに組み込んだ上で、大規模並列化プログラミングも行ったため、当初予定していた10 mメッシュよりも高い分解能である4 mあるいは3 mメッシュでの京都市街地上の大気乱流のLESを実施することができた。計算結果は、平成25年度中に取得した観測データと比較することで、検証を進めることができた。また、東京電力福島第1原子力発電所の原発建屋および周辺地形の詳細の構造をLESモデルに組み込み、気象モデル・LESモデルの結合手法の高度化を当初予定通りに進め、乱流・拡散シミュレーション手法の改良を進めることができ、数値シミュレーション研究においても当初の計画以上に研究は進展したと言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
観測・モデル開発の双方については当初の平成27年度計画以上に進展していることから、引き続き観測データの解析とモデル検証用データの作成、気象モデル・LESモデル結合手法の高度化と数値シミュレーションを進めていく。京都市街地で取得された様々な気象条件での観測データを用いて、気象モデル・LESモデルの結合化による大気乱流計算を行い、再現性について観測データにより検証を進める。福島原発事故を対象とした拡散シミュレーションについては、東日本大震災後の放射性物質の放出イベントを対象とした数値シミュレーションを実施する。観測で取得されたデータに基づき、様々な気象条件を想定したシミュレーションを行うことにより、原子力災害リスク評価に耐えうる定量的な大気乱流・拡散のマルチスケール予測手法を確立する。
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| Causes of Carryover |
当初計画で平成26年度冬季に実施する予定だった京都市内での観測を実施しなかったため、観測に係わる経費を使用しなかったため、一昨年度に次年度使用額が生じ、その額が引き続き昨年度中の次年度使用額として残った。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成27年度においては、当初予定の通りの観測項目を実施し、観測に要した経費も予定通りに使用した。次年度使用額は一昨年度に生じたものである。この額は、より広い空間領域での乱流計算を可能とするため高分解能GISデータを追加で購入することや、研究成果を国内外で広く発表することにあてる予定である。
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