Real-time tracer dispersion simulations in Oklahoma City using the locally mesh-refined lattice Boltzmann method

局所細分化格子ボルツマン法によるオクラホマ市を対象とした実時間トレーサー拡散解析

小野寺 直幸   ; 井戸村 泰宏   ; 長谷川 雄太   ; 中山 浩成   ; 下川辺 隆史*; 青木 尊之*

Onodera, Naoyuki; Idomura, Yasuhiro; Hasegawa, Yuta; Nakayama, Hiromasa; Shimokawabe, Takashi*; Aoki, Takayuki*

汚染物質の拡散解析手法CityLBMは、GPUスーパーコンピュータ上において、適合細分化格子(AMR)法を適用する事で、数kmの解析領域の実時間解析が可能である。本論文では、CityLBMの検証としてオクラホマ市で実施された野外拡散実験(JU2003)に対する解析を実施した。計算条件として、Weather Research and Forecasting(WRF)モデルを用いた風況条件および、建物と植生を考慮した地表面データをCityLBMに与えることで、JU2003の実験条件を再現した。さらにアンサンブル計算の実施により、乱流の不確実性を軽減した。汚染物質の時間平均濃度および最大値を実験測定値と比較した結果、アンサンブル計算により解析精度を向上すると共に、2m解像度・4km四方の解析では、24個の計測値に対して70%の高い割合でFactor2を満たす事を確認した。

A plume dispersion simulation code named CityLBM enables a real time simulation for several km by applying adaptive mesh refinement (AMR) method on GPU supercomputers. We assess plume dispersion problems in the complex urban environment of Oklahoma City (JU2003). Realistic mesoscale wind boundary conditions of JU2003 produced by a Weather Research and Forecasting Model (WRF), building structures, and a plant canopy model are introduced to CityLBM. Ensemble calculations are performed to reduce turbulence uncertainties. The statistics of the plume dispersion field, mean and max concentrations show that ensemble calculations improve the accuracy of the estimation, and the ensemble-averaged concentration values in the simulations over 4 km areas with 2-m resolution satisfied factor 2 agreements for 70% of 24 target measurement points and periods in JU2003.