Super-resolution evaluation system of air pollution at pedestrian level

Research Project

Project/Area Number	19KK0105
Research Category	Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Medium-sized Section 22:Civil engineering and related fields
Research Institution	Tokyo Institute of Technology
Principal Investigator	稲垣厚至東京工業大学, 環境・社会理工学院, 助教 (80515180)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	長谷川雄太国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, システム計算科学センター, 研究職 (10851016) 小野寺直幸国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, システム計算科学センター, 研究職 (50614484)
Project Period (FY)	2019-10-07 – 2023-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help	¥18,330,000 (Direct Cost: ¥14,100,000、Indirect Cost: ¥4,230,000) Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000) Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000) Fiscal Year 2020: ¥13,780,000 (Direct Cost: ¥10,600,000、Indirect Cost: ¥3,180,000) Fiscal Year 2019: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Keywords	都市気象観測 / 大気汚染 / 数値シミュレーション / 都市大気境界層 / 接地境界層 / PM2.5 / 都市大気乱流 / 格子ボルツマン法 / 気象タワー観測 / 移動観測 / 都市微気象モデル / 超解像
Outline of Research at the Start	ジャカルタの歩行者レベルでの大気汚染物質濃度の空間分布の把握と，環境政策に対する定量的な影響評価を目的とした，数値流体力学モデルに基づく都市街区の物質動態シミュレーションモデルを開発する．現地の大気環境リファレンスに資するデータ取得を目的とした，タワー観測システムを構築し，接地境界層の微気象・物質濃度分布の連続観測を実施する．その観測値を数値モデルによって歩行者レベルまで物理内挿し，数m解像度の超解像を試みる．
Outline of Annual Research Achievements	本研究は，都市街区内の気象要素及び大気汚染物質動態を対象とした，都市微気象シミュレーションモデルの開発と，現地での地上観測拠点の構築を行い，それらを基にした，既存の都市形態に対する都市大気環境診断を行うシステムを開発する．そのシステムをジャカルタの大気環境診断に適用することを試みる．本年度は数値計算及び現地観測について，それぞれ以下のような作業を実施した．（１）数値計算においては，本研究で用いる流体計算モデルである格子ボルツマン法LESモデルに，Lagrangian Stochastic Dispersionモデルを実装した．これにより，移動排出源のような多数の点源から放出される物質を，個別に追跡することができるようになった．また，ウェブ上で公開されているジャカルタ市の交通渋滞情報から，現地の移動排出源の密度分布を作成した．この排出源密度分布に基づき，汚染物質に見立てたパッシブ粒子の排出量に空間分布を与え，ジャカルタ市内の約20[km]x5[km]の領域を2[m]格子で空間解像した，都市微気象乱流と粒子動態に関する大規模計算を実施した．（２）現地観測については，現地で使用予定のPM2.5測定器及び電気化学センサの動作確認，遠隔での自動データ転送システムなどの動作確認を国内にて実施した．（３）その他に，昨年度はCOVID-19流行のため現地での活動が大幅に制限されたが，これに対応するため，現地での作業実施体制を構築し，既存の観測設備のメンテナンスを実施や，タワー観測地点の選定を行った．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 昨年度は気象タワー観測をジャカルタ市内にて実施予定であったが達成できなかった．その理由として，COVID-19のため日本からインドネシアへの渡航許可が下りず，また，現地スタッフも活動が大幅に制限されたことが主な原因である．これに対応するため現地での作業実施体制を構築し，タワー観測候補地の選定のみ行うことができた．また，観測準備が滞った反面，数値モデル開発で計画以上の進展があったため，全体として大幅な遅れは免れた．
Strategy for Future Research Activity	今年度はジャカルタ市においてタワー観測を開始し，長期間のデータ取得に着手する．昨年度現地への渡航ができなかったが，代わりに現地での作業実施体制を構築しており，それに基づきタワー観測の候補地を選定することができている．また，数値解析では昨年度作成したラグランジュ粒子モデルを用いた汚染物質動態計算を実施し，現地観測データとの比較を行う．