都市気候システムにおける古典的な排熱フィードバックゲインの定量化

• 研究課題/領域番号: 23K26238
• 補助金の研究課題番号: 23H01544 (2023)
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 基金 (2024); 補助金 (2023)
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分22060:土木環境システム関連
• 研究機関: 明星大学
• 研究代表者: 亀卦川 幸浩 明星大学, 理工学部, 教授 (20409519)
• 研究分担者: 高根 雄也 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (80711952)
• 研究期間 (年度): 2023-04-01 – 2027-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2024年度)
• 配分額: 18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円); 2026年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円); 2025年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円); 2024年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2023年度: 10,010千円 (直接経費: 7,700千円、間接経費: 2,310千円)
• キーワード: 都市気候 / 気候予測 / フィードバックゲイン / マルチモデルアンサンブル実験 / 人工排熱

研究開始時の研究の概要

都市効果を組み込んだ地球気候予測の精緻化という重要課題に関連し、未解明であった都市の気温変化による建物空調由来の排熱増減の気温へのFeedback効果（都市FB効果）を、気温増減の全体に対する当該効果の寄与率（フィードバックゲイン）として定量化する研究を行う。研究代表者らは都市FBを模擬可能な都市気候モデルを開発し、既往研究にて都市FBの気温影響が地球気候システムの他のFB効果と比べ無視できない事を推計した。単一モデルから得られた当該仮説を検証すべく、マルチモデルアンサンブル数値実験により都市FB効果を統計的に定量化し、地球気候予測にて都市FB効果を考慮する事の必要性を解明する事を目標とする。

研究実績の概要

排熱フィードバックを模擬可能な複数の都市気候モデルによるマルチモデルアンサンブル実験に向け、その準備段階として二つの課題に取り組み、以下の成果を得た。
(1)都市気候モデルのオフライン比較検証
研究代表者らにより東京代々木地区で整備済みであった実測ベースの排出源別排熱量や高解像度電力実需要量等の検証データを用いモデルの検証を行い、以下の成果を得た。世界標準の研究用領域気象モデルであるWRFに実装済みの２つの都市気候モデル（CM-BEM、SLUCM-BEM）をWRFから切り離し、それらを代々木上空の気象観測データからなる境界条件下で駆動する事で、上空気象予測の誤差を排除したオフライン計算を実行した。その結果から、都市の表面熱収支と電力消費量に加え、世界で初めて実測ベースの建物排熱量も対象とし、２つの都市気候モデルによるそれら実測値の再現性を比較検証した。結果として二つの都市気候モデルは、物理モデルとしての精緻度の差異を反映しやや異なる再現性を示したものの、概ね実測値を合理的に再現可能であった。
(2)マルチモデルアンサンブル実験の準備
研究に用いる複数の都市気候モデルの入力パラメータを精査し、モデル間でのパラメータの対応を整理し、次年度以降の東京圏を対象とした広域数値実験用の入力パラメータデータセットを整備した。加えて、WRFの放射・雲微物理等のサブ物理モデル群と都市気候モデルとの組合せによるマルチモデルアンサンブルメンバーについて検討し、その基本構成を確定させた。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

令和５年度の交付申請書に記載した研究実施計画に沿って、概ね計画通りの進捗を得ることが出来た。よって、研究目的の達成に向け進捗は現時点で順調と評価した。

今後の研究の推進方策

現時点で研究遂行上の大きな問題点はなく、研究計画に変更の必要性も生じていないため、研究代表者・分担者間で緊密に連携を図りながら、それぞれの分担課題に予定通り取り組んでいく方針である。

研究成果

• [雑誌論文] SLUCM+BEM: A simple parameterisation for dynamic anthropogenic heat and electricity consumption in WRF-Urban (2024)
  • 著者名/発表者名: Takane Yuya、Kikegawa Yukihiro、Nakajima Ko、Kusaka Hiroyuki
  • 雑誌名: ESS Open Archive 巻: －
  • DOI: 10.22541/essoar.170960070.07397688/v1
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Evaluation of 30 urban land surface models in the Urban‐PLUMBER project: Phase 1 results (2023)
  • 著者名/発表者名: Lipson Mathew J., Grimmond Sue, Best Martin, Abramowitz Gab, Coutts Andrew, Tapper Nigel, Baik Jong‐Jin, Beyers Meiring, Blunn Lewis, Boussetta Souhail, Bou‐Zeid Elie, De Kauwe Martin G., de Munck Cecile, Demuzere Matthias, Fatichi Simone, Fortuniak Krzysztof, Han Beom‐Soon, Hendry Margaret A, Kikegawa Y,, et al.
  • 雑誌名: Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society 巻: 150 号: 758 ページ: 126-169
  • DOI: 10.1002/qj.4589
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Decarbonisation technologies can halve the nonlinear increase in electricity demand in densely populated areas due to climate change (2023)
  • 著者名/発表者名: Takane Yuya、Nakajima Ko、Yamaguchi Kazuki、Kikegawa Yukihiro
  • 雑誌名: Sustainable Cities and Society 巻: 99 ページ: 104966-104966
  • DOI: 10.1016/j.scs.2023.104966
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Machine learning analysis and risk prediction of weather-sensitive mortality related to cardiovascular disease during summer in Tokyo, Japan (2023)
  • 著者名/発表者名: Ohashi Yukitaka、Ihara Tomohiko、Oka Kazutaka、Takane Yuya、Kikegawa Yukihiro
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 13 号: 1 ページ: 17020-17020
  • DOI: 10.1038/s41598-023-44181-9
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Improvement of WRF-CM-BEM and its application to high-resolution hindcasting of summertime urban electricity consumption (2023)
  • 著者名/発表者名: Nakajima Ko、Takane Yuya、Kikegawa Yukihiro、Yamaguchi Kazuki
  • 雑誌名: Energy and Buildings 巻: 296 ページ: 113336-113336
  • DOI: 10.1016/j.enbuild.2023.113336
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Positive feedback effects in the urban-building-energy-climate system (2023)
  • 著者名/発表者名: Yukihiro KIKEGAWA, Yuya TAKANE, Yukitaka OHASHI, and Tomohiko IHARA
  • 学会等名: 11th International Conference on Urban Climate
  • 国際学会
• [学会発表] Attribution to UHI from urban canopies and anthropogenic heat with application of WRF-UCM Model and Energy Inventory Approach (2023)
  • 著者名/発表者名: Manju Mohan, Shweta Bhati, Yukihiro Kikegawa
  • 学会等名: 11th International Conference on Urban Climate
  • 国際学会
• [学会発表] How should the anthropogenic heat be treated in the urban canopy model? (2023)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Sugawara, Naoya Maruyama, Yukihiro Kikegawa, Yuya Takane
  • 学会等名: 11th International Conference on Urban Climate
  • 国際学会
• [学会発表] Improvement and application of WRF-CM-BEM to high-resolutional hindcast of summertime urban electricity consumption (2023)
  • 著者名/発表者名: Ko Nakajima, Yuya Takane, Yukihiro Kikegawa, Kazuki Yamaguchi
  • 学会等名: 11th International Conference on Urban Climate
  • 国際学会
• [学会発表] Machine learning analysis of climate-sensitive cardiovascular diseases in urban areas (2023)
  • 著者名/発表者名: Yukiataka Ohashi, Tomohiko Ihara, Kazutaka Oka, Yuya Takane, Yukihiro Kikegawa
  • 学会等名: 11th International Conference on Urban Climate
  • 国際学会
• [学会発表] SLUCM-BEM: a parameterisation for dynamic anthropogenic heat and electricity consumption for WRF-Urban (2023)
  • 著者名/発表者名: Yuya Takane, Yukihiro Kikegawa, Ko Nakajima, Hiroyuki Kusaka
  • 学会等名: 11th International Conference on Urban Climate
  • 国際学会
• [学会発表] The Urban-PLUMBER model evaluation project: Phase 1 results (2023)
  • 著者名/発表者名: Mathew Lipson, Sue Grimmond, Martin Best, Gab Abramowitz, Andrew Coutts, Nigel Tapper, Jong-Jin Baik, Meiring Beyers, Lewis Blunn, Souhail Boussetta, Elie Bou-Zeid, Martin De Kauwe, Cecile de Munck, Matthias Demuzere, Simone Fatichi, Krzysztof Fortuniak, Beom-Soon Han, Maggie Hendry, Yukihiro Kikegawa, et al.
  • 学会等名: 11th International Conference on Urban Climate
  • 国際学会
• [学会発表] Urban climate changes during the COVID-19 pandemic: Integration of urban- building-energy model with social big data (2023)
  • 著者名/発表者名: Yuya Takane, Ko Nakajima, Yukihiro Kikegawa
  • 学会等名: 11th International Conference on Urban Climate
  • 国際学会
• [備考] 研究成果が国際都市気候学会のニュースレターで特集されました。
  • URL: https://kenkyu.hino.meisei-u.ac.jp/kikegawa/2023/12/15/
• [備考] ゼロ・エネルギー・ビルの普及で温暖化による将来の電力需要増加が約半分に
  • URL: https://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2023/pr20231129/pr20231129.html