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論文

A Method for simple and accurate estimation of fog deposition in a mountain forest using a meteorological model

堅田 元喜; 梶野 瑞王*; 平木 隆年*; 藍川 昌秀*; 小林 禧樹*; 永井 晴康

Journal of Geophysical Research, 116(D20), p.D20102_1 - D20102_14, 2011/10

 被引用回数:29 パーセンタイル:59.48(Meteorology & Atmospheric Sciences)

気象モデルを山地森林における霧の発生,酸性化、及び沈着の研究に適用するために、精緻な多層陸面モデルSOLVEGを用いた数値計算によって得られた簡易な霧水沈着速度の予測式を、気象モデルWRFに導入した。改良を施したWRF(fog-WRF)の性能を、国内の六甲山地の森林で試験した。fog-WRFは、大気中の霧水量(LWC)を改良前に比べて明らかに良好に予測した。fog-WRFは、夏季の林内における林縁での沈着効果を取り除いた林内における霧水沈着量の観測結果を再現した。fog-WRFの計算から得られた標高と霧沈着量の線形関係と、ある高度で測定された林内雨量のデータを用いて、霧沈着量の標高分布を推定できることを示した。霧沈着を考慮した気象モデルは、山地雲霧(うんむ)林における霧沈着量の分布を作成するうえで有用である。

口頭

樹雨に伴う森林への物質沈着量の推定に関する数値的研究

堅田 元喜; 梶野 瑞王*; 平木 隆年*; 藍川 昌秀*; 小林 禧樹*

no journal, , 

メソ気象モデル(WRF),エアロゾル化学輸送モデル(EMTACS)及び霧水沈着を考慮した精緻な地表面モデル(SOLVEG)を用いて、六甲山のスギ林における樹雨(霧が植物体に付着した後、やがて大粒の水滴となって樹冠下に滴下する現象)に伴う水・物質沈着について調べた。計算対象領域における気象場・濃度場及び霧水沈着量を再現するうえでは、それぞれのモデルを別個に用いるオフライン計算を実施した。WRFは、研究対象地域における水平風速や霧水量などの気象要素の時間変化の全体的な傾向を再現した。WRFの出力結果をSOLVEGの入力として用いた樹雨量の計算結果は、観測結果を過小評価した。この原因として、観測値には霧水の乱流鉛直混合による霧水沈着に加えて、エッジ効果に伴う沈着効果が影響していた可能性が示唆された。EMTACSによる大気中エアロゾル濃度と霧水中の酸性物質濃度の計算値を観測値と比較した。樹雨に伴う物質沈着量を高精度に推定するために、WRF-SOLVEG-EMTACSモデルの改良を進める必要がある。

口頭

Numerical study of fog deposition onto a mountainous forest using atmosphere, aerosol chemical transport, and land surface models; Estimation of water and matter deposition by fog deposition

堅田 元喜; 梶野 瑞王*; 平木 隆年*; 藍川 昌秀*; 小林 禧樹*; 永井 晴康

no journal, , 

植生への霧水沈着を考慮した精緻な地表面モデル(SOLVEG)を用いて、六甲山の山地森林への霧水沈着量を定量化した。SOVLEGを用いた計算に必要な入力データには、気象・エアロゾル化学輸送モデル(WRF/EMTACS)のオフライン結合計算で再現された気象・大気化学場の結果を利用した。SOLVEGによって計算された霧水沈着量は観測結果を過小評価し、モデルでは考慮されていない大気に露出した植物葉への霧粒の衝突(エッジ効果)が影響している可能性が示唆された。この影響を定量的に評価し、計算結果の妥当性を示したうえで、WRF/EMTACSによって予測された霧水中濃度とSOLVEGで計算した霧水沈着量から、霧水沈着に伴う大気汚染物質の林床への沈着量の推定を試みた。

口頭

Numerical study of fog deposition onto a mountainous forest using atmosphere, aerosol chemical transport, and land surface models; Chemical and physical properties of fog and aerosols

梶野 瑞王*; 堅田 元喜; 平木 隆年*; 藍川 昌秀*; 小林 禧樹*

no journal, , 

山岳森林への水・物質沈着量を予測するためには、霧とエアロゾルの化学・物理的性質を定量的に把握する必要がある。本研究では、領域気象モデル(WRF)とオフラインで結合した新しいエアロゾル化学輸送モデル(EMTACS)を用いて、六甲山地の斜面を上昇する霧イベントの再現を試みた。EMTACSは、霧とエアロゾルの化学組成や粒径分布に加えて、それらの混合状態の経時変化を計算できる特徴を持っており、エアロゾル-霧間の相互作用のダイナミクスを計算することができる。このモデルの性能を、六甲山地で取得された気象・大気質観測データを用いて検証するとともに、森林上の霧とエアロゾルの形成や酸性化の過程を数値的に調べた。

口頭

気象・エアロゾル化学輸送・霧水沈着モデルを用いた山岳森林への霧水沈着に関する数値的研究

堅田 元喜; 梶野 瑞王*; 平木 隆年*; 藍川 昌秀*; 小林 禧樹*; 永井 晴康

no journal, , 

植生への霧水沈着を考慮した地表面モデルSOLVEGを用いて、霧が頻発する六甲山地の森林への霧水沈着量を評価した。SOLVEGを用いた計算に必要な入力データを作成するために、気象・エアロゾル化学輸送モデルEMTACSのオフライン結合計算を実施した。WRFとEMTACSによって予測された風速,霧水量,大気中物質濃度、及び霧水中濃度が観測結果と定量的に一致した。これらのモデルの出力データをSOLVEGに入力し、霧水沈着量を推定した。計算された霧水沈着量は観測値を過小評価したが、モデルで考慮されていない大気に露出した植物葉への霧粒の衝突によるものと説明することによって、計算結果の妥当性を示した。本研究で得られた霧水量,霧水中物質濃度、及び霧水沈着量の計算値を用いて、霧水沈着による森林への物質沈着量を推定した。

口頭

Modeling fog chemistry and its deposition on a mountain forest in summer in Japan

梶野 瑞王*; 堅田 元喜; 平木 隆年*; 藍川 昌秀*; 小林 禧樹*; 植田 洋匡*

no journal, , 

1999年7月における六甲山地の森林への主要な大気汚染物質(SO$$_{4}^{2-}$$, NH$$_{4}^{+}$$, NO$$_{3}^{-}$$, Cl$$^{-}$$及びNa$$^{+}$$)の沈着経路を数値的に調べた。霧沈着を考慮し改良版WRFモデル(fog-WRF)と領域大気質モデル2(RAQM2)をシミュレーションに用いた。モデルの再現性能を確かめるために、霧水中の化学物質濃度の測定結果をモデルによる計算結果と比較した。計算期間中、大阪湾から六甲山に向かう南風によって湿潤な空気が流入し、夜間、高度400mを超える山岳の尾根に沿って凝結が起こっていた。シミュレーション結果から、HNO$$_{3}$$の高い沈着速度のために窒素の乾性沈着量は大きかったが、全般的に霧沈着が主要なメカニズムであることが示された。

口頭

Spatial variation in fogwater deposition and rainfall in mountainous forest

堅田 元喜; 山口 高志*; 堀江 洋佑*; 平木 隆年*; 小林 禧樹*; 藍川 昌秀*

no journal, , 

霧水沈着は山地森林の水・物質循環に重要な役割を果たしている。林縁での霧水沈着量は林内に比べて特に大きいことが知られているが、霧水沈着の森林構造への依存性は明らかになっていない。本研究では、日本の針葉樹林で多数の雨量計を用いて霧水沈着量を測定し、航空レーザー観測による地形および森林キャノピーのデータと比較しながら解析する。2015年10月には、わずか6時間の間に最大で30mmもの水量が霧水沈着によって林床に供給されていた。2か月間の積算霧水沈着量は、林外で測定した積算降水量の7割に達していた。積算霧水沈着量の観測値をすべての地点で平均すると、積算雨量の4割に達しており、この大きさはこの地域の林縁部を代表していると考えられる。観測された霧水沈着量は、いくつかのLiDARによる地形パラメータとの相関が見られた。今後、より長期間のデータを取得することによって、霧水沈着量と植物構造の関係を明らかにする必要がある。

口頭

霧と雨による山地森林への水・物質流入量の空間変動解析

堅田 元喜; 山口 高志*; 堀江 洋佑*; 小林 禧樹*; 藍川 昌秀*; 平木 隆年*

no journal, , 

霧が頻発する海岸付近や山岳地帯では、霧が樹木葉に付着して大きな水滴となり林床へと落下する「霧水沈着」が森林の水・物質循環に影響を与える。特に、林縁部ではスポット的に高い霧水沈着量が観測されるが、同一森林内での霧水沈着量の空間的なばらつきを定量的に評価した例は少ない。本研究では、霧水沈着の空間分布を把握するために、2015年9月から兵庫県六甲山地のスギ林内の12地点(主に林縁部)で林内雨量の測定を行った。得られた林内雨量から降水量(林外雨)を差し引くことによって、霧水沈着量を計算した。その結果、林縁木の林床には、わずか6時間で30mmもの水が供給されたことがわかった。この結果は、過去に同スギ林で観測された最大の日積算霧水沈着量19mmを大きく上回る。2015年9月から10月の同地点の積算霧水沈着量は、降水量の7割に達した。霧水沈着が森林生態系の物質循環にどのような影響を及ぼしているかを解明するためには、より多くのデータを蓄積し、山地森林での林内雨量のばらつきを定量化する必要がある。

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