2022 Fiscal Year Annual Research Report
Analyzing and modeling for dynamic mechanism of tree failure caused by strong wind and rain
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20H03024
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| Research Institution | Shinshu University |
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Principal Investigator |
上村 佳奈 信州大学, 学術研究院農学系, 助教 (40570982)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
勝島 隆史 国立研究開発法人森林研究・整備機構, 森林総合研究所, 主任研究員 等 (00611922)
谷川 東子 名古屋大学, 生命農学研究科, 准教授 (10353765)
南光 一樹 国立研究開発法人森林研究・整備機構, 森林総合研究所, 主任研究員 等 (40588951)
平野 恭弘 名古屋大学, 環境学研究科, 准教授 (60353827)
石川 仁 東京理科大学, 工学部機械工学科, 教授 (90311521)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 森林風害 / 台風 / 振動 / 根系 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、大型台風などによる甚大な森林被害は国内外で毎年報告されている。しかし、森林内の立木がどのように破壊（倒伏や幹折れなど）されるのか、そのメカニズムは解明されていない。本研究では、立木の地上部複数箇所、根、根周辺の土壌の振動と変位、及び降雨・風速・風向を同時観測することで、立木が倒伏する動的メカニズムの解明とモデル化を目的とする。
2020年11月に森林総合研究所千代田試験地（茨城県かすみがうら市）内のスギ５本を含んだプロットを設置し、観測を開始した。観測内容は、約150個のセンサーと観測機器を使って、樹幹および根のひずみ、土壌の移動、土壌の含水率、樹幹流、雨量、風向風速を常時計測している。2021年度も計測を継続している。
2022年度は、長期観測のためにセンサーの一部が故障したが、修理をしながら観測は継続している。2022年12月には前年と同様に樹幹と根のひずみ値を回転モーメント等に変換するパラメタを取得するため、各対象木を８方向に引っ張る試験を実施した。本試験では、幹の高さ３mの位置に独自に開発した回転式ワイヤー設置具を取り付け、手動ウィンチでワイヤーを引っ張りながら、引っ張り力応力と幹の傾倒角度、幹及び根のひずみを計測した。その結果、水平根のなかにどの方向に力がかかったとしても反応する、基盤となる根が存在する可能性が示唆された。2023年2月には、信州大学において対面及びオンラインでの検討会を実施し、根の反応を含めた議論がなされ、2023年11月に根の形状を精査する必要を確認した。
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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
一部の根のセンサーからデータが取得できない状態になったが、その原因として数個のセンサーが故障しその影響で同じハブに接続してあるセンサーからの信号も止まったことが判明した。根のセンサーは掘り起こさないと修理ができないこと、そのために土壌構造が一部破壊されること、1本の根には2つセンサーを取り付けてあり、どちらかが故障してもある程度の情報は得られることから、故障したセンサーのケーブルをハブから取り外し、正常に作動しているセンサーのみで観測を継続している。問題はあるものの、100個以上のセンサーは正常に作動しているため、今後の解析には問題はないと判断した。
これまではコロナ禍の影響で対面での検討会が実施できなかったが、2023年2月に対面（一人だけオンライン）での検討会を実施し、これまでの問題点や、データの解釈、最終年度の計画を十分議論した。これらのことから、現在までの進捗状況として２）おおむね順調に進展している、を選択した。
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| Strategy for Future Research Activity |
2023年度はプロット内の対象木への台風の影響を考慮できる10月末から11月上旬まで観測を継続する。その後、歪みゲージから取得したひずみ値を回転モーメントに換算するための引っ張り試験を再度実施する。試験後は、センサーを撤去するために土地を掘り返す作業を実施するとともに、根の形状（長さ、直径、形など）を計測する。
現在2年分蓄積された根と幹のひずみデータはノイズが多いため、時系列になるように整理した後にハイパスフィルター等でノイズ除去を実施する（開始済み）。その後にフーリエ変換によって波形を解析する。風況データを使って標準化させることで、対象木間での幹と根の耐風メカニズムを比較する。このような処理によって得られたパラメタは、今後木の振動モデルにも使用する予定である。
解析結果の一部は、2023年4月のサイクロンによる森林風害の国際セミナーでの発表（研究代表者）のほか、2023年6月にイタリアで開催される国際森林風害学会において研究代表者が発表し、2024年3月の日本森林学会大会でも発表する予定である。
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[Presentation] Tree dynamic behavior with forestry activities and a category-5 tropical cyclone2022
Author(s)
Kamimura, K., Nanko, K., Matsumoto, A., Ueno, S., Gardiner, J., Gardiner, B.
Organizer
The EGU General Assembly 2022
Int'l Joint Research
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