共同研究報告書


研究区分 一般研究

研究課題

 格子ボルツマン法を用いた都市街区気流データベースの作成
新規・継続の別 継続（H30年度から）
研究代表者／所属 東京工業大学
研究代表者／職名 助教
研究代表者／氏名 稲垣厚至

研究分担者／氏名／所属／職名
　
氏　　名
所　　属
職　　名

1

 小野寺直幸 原子力研究開発機構 研究員

2

 長谷川雄太 原子力研究開発機構 研究員

3

 渡辺力 北大低温研

研究目的 本研究では，格子ボルツマン法LESモデルを用いた都市気流の大規模数値計算を行い，都市街区内風速の時間平均統計量に関するデータベースを作成する．格子ボルツマン法は乱流の数値シミュレーション手法の一つであり，その計算アルゴリズムの単純さのためGPGPUなどによる大規模並列計算効率が非常に高く，GPUで構成される既存の計算機資源を効率的に活用することができる．その利点を活かし，都市の大規模計算を実施し，空間解像度2mで，数十km四方の範囲をカバーした街区内平均風速の空間分布データベースを作成する．
　　
研究内容・成果 本年度は建物高さのデータベースが広域で整備されている，東京23区を対象としたデータベースを作成した．地表面条件として，建物高さ，標高，植生分布を考慮した計算を実施した．植生分布は一律12mと仮定し，一様の抵抗係数を介した流体抵抗を与えるものとした．計算領域の大きさは東西南北に34km四方程度あり，現在の最先端の計算資源と計算モデルを持ってしても，街区空間を十分解像できる格子幅で計算することは困難である．そこで，領域を東西方向に17分割した計算を実施し，計算結果を後から合成することを行った．このような分割と再合成は，非定常な気象場の予測計算ではなく，微気候場の再現計算ならではの考え方である．都市街区内の流れは建物等地物の幾何は位置に大きく影響されるため，流入条件や上端の条件などにあまり影響を受けず，建物形状に応じた流れ場になることが先行研究で示されている．
得られた結果として，各計算領域の重複した部分について，平均風速及び乱流強度について直接比較したところ，概ね一致する傾向が確認することができた．また，主流方向に分割した計算も試験的に行っており，その場合，流入端から1km程度離れると流入条件の違いはほぼ解消され，流れの平均統計量は局所的な建物は位置に依存することが示された．都市建物は東京都心部でさえも年々建て替えが行われており，それに応じてデータベースの更新が要求される．しかしながら上記で記した通り分割計算が許容されるため，領域全体を再計算する必要が無く，改変された部分を切り出した領域を再計算し，その部分だけを差し替えるということが妥当であることを本研究結果は示している．以上より，都市街区風速データベース作成の土台部分が完成し，今後建物データの整備された全国の都市について整備する予定である．
この他に，格子ボルツマン法を用いて，大気安定度を考慮した非定常な都市微気象の再現計算とドップラーライダーの観測結果との相互比較，地吹雪の動態をラグランジュ的に追跡する数値シミュレーションなどを実施した．
　　
成果となる論文・学会発表等 渡辺 力， 2024: 乱流輸送プロセスを中心とした植生-大気間の相互作用に関する理論的な研究. 日本農業気象学会2024年全国大会講演要旨， 23-26.
（2024年3月15日 招待講演）