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論文

Large-eddy simulation of plume dispersion in the central district of Oklahoma City by coupling with a mesoscale meteorological simulation model and observation

中山 浩成; 竹見 哲也*; 吉田 敏哉

Atmosphere (Internet), 12(7), p.889_1 - 889_15, 2021/07

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Environmental Sciences)

局所域高分解能大気拡散モデルに気象シミュレーションデータ及び気象観測データを入力値として与え、2003年に米国オクラホマシティー市街地で行われた野外拡散実験を対象にした大気拡散計算をそれぞれ行い、入力条件の違いが拡散予測精度に及ぼす影響を調べた。前者では気象シミュレーションの3次元データを与え、後者では鉛直一次元の気象観測データを水平方向に一様性を仮定して、大気拡散モデルの入力条件として与えた。その結果、気象シミュレーションデータを入力条件とした場合、気象観測データを入力条件とした場合よりも再現性が良かった。ただし、後者の入力条件時における計算結果も、拡散予測精度に関する推奨値(実験値と計算値の比が0.5から2.0倍の範囲内にある割合)と同等の値を示した。以上により、気象シミュレーションデータに加え、定点観測された気象観測データをモデル入力条件とした拡散計算手法も有望であることが示された。

論文

Spatial characteristics of turbulent organized structures within the roughness sublayer over idealized urban surface with obstacle-height variability

吉田 敏哉; 竹見 哲也*

Environmental Fluid Mechanics, 21(1), p.129 - 154, 2021/02

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Environmental Sciences)

本研究では、建物高さのばらつきが乱流組織構造の空間特性に及ぼす影響を調べた。そのために、高さのばらつきがない場合、中程度の場合、大きい場合の3ケースの建物群上乱流を対象としたLarge-eddy simulationを実行した。乱流組織構造の統計的特徴を調べるため、強い運動量輸送を伴う低速流および高速流の空間相関分布を算出した。これらの相関分布から組織構造の長さスケールを見積もったところ、高さのばらつきのない建物群では、建物高さ以下における組織構造の主流方向長さは鉛直方向に大きく変化することが分かった。一方、高さのばらつきを伴う建物群では、その主流方向長さはほぼ一定の値を示した。また、長さスケールから算出した水平方向のアスペクト比により、高さのばらつきを伴う建物群上の乱流組織構造は、高さ一定の場合に比べて、より等方的な形状を有することが分かった。

論文

Development of the data assimilation method suitable for large-eddy simulation model using the vibration equation

中山 浩成; 竹見 哲也*

Proceedings of 19th International Conference on Harmonisation within Atmospheric Dispersion Modelling for Regulatory Purposes (HARMO-19) (USB Flash Drive), 5 Pages, 2019/06

データ同化手法は、数値モデルに観測値を入力してより現実に近い結果を出せるように計算値を修正していく技術である。しかしながら、これまでの手法は主に広域スケールを対象とした気象モデルのために開発されたものであり、通常用いられる観測値も10分から1時間程度の間隔で時間平均されたものが多い。そのため、従来の手法は、瞬間的に変化する乱流スケールの風速変動を考慮できず、乱流の非定常計算を行うlarge-eddy simulation(LES)モデルには適さないという問題があった。そこで本研究では、振動方程式を使用して平均風速の観測データをLESモデルに融合するデータ同化手法を開発した。試計算として、まず上流側において1/7べき指数の風速分布を持つ接近流を作成し、本データ同化手法を用いて1/4べき指数の風速分布に近づけることを試みた。その結果、振動方程式中の固有角振動数を接近流が持つ風速変動のピーク振動数よりも小さくすると、乱流スケールの短周期変動性状を維持しつつターゲットとする平均風速分布に近づけることができた。以上により、振動方程式を用いた本データ同化手法はLESモデルに適合した手法として有効に利用できる可能性が示唆された。

論文

Large-eddy simulation studies for predicting plume concentrations around nuclear facilities using an overlapping technique

中山 浩成; 竹見 哲也*

International Journal of Environment and Pollution, 64(1/3), p.125 - 144, 2018/00

原子力緊急時において、プルーム拡散挙動や汚染域の空間分布などの詳細情報を得るために、Large-Eddy Simulation(LES)に基づく計算流体力学モデルの活用が有効である。しかしながら、LESによる非定常計算の実行に膨大な時間が必要であることが緊急時の適用において課題となっている。そのため、局所域スケールでの大気拡散挙動を迅速かつ詳細に予測できる計算手法の開発を目的とする。本研究で提案する手法は、初めに、代表的な風速データを入力条件として与えた仮想気象条件下で原子力施設から点源放出されたプルームの大気拡散計算を36風向について行い、10分平均での風速と濃度のデータを各風向毎に作成する。次に、風洞実験で用いる重合法を応用して、対象期間での濃度分布を、平均風向の出現頻度に応じて10分平均濃度分布を重ね合わせて評価する。本手法の妥当性を調べるために、観測データを入力条件として与えた実気象条件下での大気拡散計算を行い、重合法により推定された濃度分布と比較した。その結果、変化する気象状況下での1時間平均濃度分布と良好に対応することが示された。これにより、重合法を用いた局所域大気拡散計算手法は即時対応が可能であることが示唆された。

論文

LES studies for predicting plume concentrations around nuclear facilities using an overlapping technique

中山 浩成; 竹見 哲也*

Proceedings of 18th International Conference on Harmonisation within Atmospheric Dispersion Modelling for Regulatory Purposes (HARMO-18) (USB Flash Drive), p.843 - 847, 2017/10

原子力緊急時において、プルーム拡散挙動や汚染域の空間分布などの詳細情報を得るために、Large-Eddy Simulation(LES)に基づく計算流体力学モデルの活用が有効である。しかしながら、LESによる非定常計算の実行に膨大な時間が必要であることが緊急時の適用において課題となっている。そのため、重合法を用いることにより局所域スケールでの大気拡散挙動を迅速かつ詳細に予測できる計算手法の開発を目的とする。本研究で提案する重合法は、初めに、代表的な風速データを入力条件として与えた仮想気象条件下での原子力施設から点源放出されたプルームの大気拡散計算を36風向について行い、10分平均での風速と濃度のデータを各風向毎に作成する。次に、対象期間での濃度分布を、風向変動の出現頻度に応じて10分平均濃度分布を重ね合わせて評価する。本手法の妥当性を調べるために、観測データを入力条件として与えた実気象条件下での大気拡散計算を行い、重合法による濃度分布と比較した。その結果、変化する気象状況下での1時間平均濃度分布と良好に対応することが示された。これにより、重合法を用いた局所域大気拡散計算手法は即時対応が可能であることが示唆された。

論文

Development of local-scale high-resolution atmospheric dispersion model using Large-Eddy Simulation. 5; Detailed simulation of turbulent flows and plume dispersion in an actual urban area under real meteorological conditions

中山 浩成; 竹見 哲也*; 永井 晴康

Journal of Nuclear Science and Technology, 53(6), p.887 - 908, 2016/06

 被引用回数:13 パーセンタイル:86.34(Nuclear Science & Technology)

大気・陸域・海洋での放射性物質の移行挙動を包括的に予測できるSPEEDI-MPにおいて、Large-Eddy Simulation(LES)モデルによる都市大気拡散予測システムの開発とその導入を目指している。本研究は、気象モデルとLESモデルとの結合により、2003年米国オクラホマシティーで行われた野外都市拡散実験を対象にして、実気象条件下において局所域詳細拡散シミュレーションを行ったものである。モデルの結合の際、任意の気象シミュレーションデータが取り込めるようにLESモデルの流入境界条件の改良を行った。野外実験結果の風速・風向分布と比較すると良好に再現した計算結果が得られた。また、個々の都市建築構造物の影響の激しい所で測定された濃度変動データを計算結果と比較すると、平均値だけでなくピーク値なども良好に再現していることが分かった。これらにより、本詳細大気拡散計算手法の有効性を示すことができた。

論文

The Numerical analysis of the capping inversion effect in a convective boundary layer flow on the contaminant gas dispersion

中山 浩成; 竹見 哲也*; 永井 晴康

Procedia Earth and Planetary Science, 15, p.560 - 565, 2015/09

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.02

局所域高分解能大気拡散モデルは、建物・地形効果に加え、温度成層効果も考慮できるようになっており、代表的な大気安定度に対しては基本性能は実証されている。今回は、温度条件を様々に変えることで各種大気不安定境界層乱流を作り出し、風洞実験結果と比較検証を行った。さらにそれぞれのケースにおいて大気拡散計算も行い、摩擦速度に対する対流速度スケールの比を基にプルーム拡散の濃度分布パターンの類型化を行った。その結果、そのスケール比が0.34を上回る弱不安定時ではプルームの着地はかなり風下側で見られたが、それを下回るような強不安定時ではいち早く着地することなどが分かった。

論文

Large-Eddy Simulation of turbulent winds during the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant accident by coupling with a meso-scale meteorological simulation model

中山 浩成; 竹見 哲也*; 永井 晴康

Advances in Science & Research (Internet), 12(1), p.127 - 133, 2015/00

 被引用回数:8 パーセンタイル:94.3

大気・陸域・海洋での放射性物質の移行挙動を包括的に予測できるSPEEDI-MPにおいて、Large-Eddy Simulation(LES)モデルを用いた局所域大気拡散予測システムの開発とその導入を目指している。今回は、領域気象モデルとLESモデルとの結合により、2011年3月11日に東日本大震災により引き起こされた福島第一原子力発電所(福島第一原発)の事故時における風況場を対象に局所域乱流数値シミュレーションを行った。福島第一原子力発電所は、原子力施設に加え局所的に地表面の起伏があり、複雑な地表面形状を有している。本発表では、結合計算手法により得られた建物や局所地形の影響下での風況場の乱流構造について報告する。

論文

Large-Eddy Simulation of plume dispersion under various thermally stratified boundary layers

中山 浩成; 竹見 哲也*; 永井 晴康

Advances in Science & Research (Internet), 11, p.75 - 81, 2014/07

 被引用回数:8 パーセンタイル:97.2

大気・陸域・海洋での放射性物質の移行挙動を包括的に予測できるSPEEDI-MPにおいて、Large-Eddy Simulation(LES)に基づく局所域高分解能大気拡散予測モデルの開発とその導入を目指している。今回は、まず、大気が安定・不安定成層化した境界層乱流を作り出し、それぞれのケースにおいて大気拡散計算を行う。既往の拡散風洞実験及び理論解との比較により再現性について議論をし、本LESモデルの性能評価を行う。

論文

Large-Eddy Simulation of urban boundary-layer flows by generating turbulent inflows from mesoscale meteorological simulations

中山 浩成; 竹見 哲也*; 永井 晴康

Atmospheric Science Letters, 13(3), p.180 - 186, 2012/07

 被引用回数:44 パーセンタイル:82.02(Geochemistry & Geophysics)

本研究では、気象モデルとLarge-Eddy Simulation(LES)モデルを融合することで、現実都市での風速変動を定量的に解析する技術を構築することを目的とする。解析対象領域を東京都心部(大手町・丸の内地区)とし、2009年台風18号の通過に伴って生じた強風・突風を定量的に評価することを試みる。気象モデルとしてWeather Research and Forecasting(WRF)モデルを用い、気象庁メソ客観解析値を初期値・境界値条件として、WRFモデルに与え、台風18号の領域気象シミュレーションを行った。次に、WRFモデルで得られた風速データをLESモデルの流入境界に与え、乱流流入生成技術を用いて都市風速変動のシミュレーションを実行した。その結果、気象庁観測点での風速変動が、LESのものとよく対応することが示された。

論文

LES analysis of the aerodynamic surface properties for turbulent flows over building arrays with various geometries

中山 浩成; 竹見 哲也*; 永井 晴康

Journal of Applied Meteorology and Climatology, 50(8), p.1692 - 1712, 2011/08

 被引用回数:28 パーセンタイル:64.12(Meteorology & Atmospheric Sciences)

本研究では、都市タイプの地表面上の空力的粗度特性について議論をしている。まず最初に、東京都心を対象に地表面形態を定量的に調べ、粗度密度と建物高さ変動係数の分布性状を明らかにした。次に、これらのパラメータのさまざまな組合せに対応した建物群上のLarge-Eddy Simulation(LES)乱流解析を行い、空力的粗度(粗度長,抗力係数)をそれぞれ求めた。LES解析で得られた地表面形態のパラメータと空力的粗度との関係を用いて東京都心の空力的粗度分布を推定した。その結果、従来の粗度密度のみをパラメータとした場合、空力的粗度は既往論文と比較して過小評価された。一方で、粗度密度のみならず建物高さ変動係数をもパラメータとした場合、既往論文と同等の空力的粗度を評価することができた。これらのLESによる粗度密度と建物高さ変動係数を関数として評価された空力的粗度は、気象モデルへ都市効果を組み込む際に有効であることが示された。

論文

Coupling of WRF and building-resolving urban CFD models for analysis of strong winds over an urban area

中山 浩成; 竹見 哲也*; 永井 晴康

Proceedings of 14th Conference on Mesoscale Processes (Internet), 7 Pages, 2011/00

都市域での漏洩事故やテロなどによる化学物質や可燃性物質などの有害危険物質の拡散問題が検討すべき緊急課題として挙げられている。そのため、特定の気象状況下での拡散予測を行うには、まず、気象モデルを用いて実際の気象場を作り出し、そこで得られた風速データをCFD(Computational Fluid Dynamics)モデルの流入境界条件として与えて行う融合解析が、有効な予測手法として挙げられる。本研究では、まず、融合解析手法の確立に向けて、台風時を対象にした数値シミュレーションを行った。CFD解析にて得られた乱流変動を気象庁により観測された都心部での風速値と比較したところ、平均風速値のみならず瞬間風速値も良好な対応性を示しており、本手法の妥当性を検証することができた。

論文

微細規模大気流れの気象モデルとCFDモデルの融合解析

竹見 哲也*; 中山 浩成

ながれ, 28(1), p.13 - 20, 2009/02

本稿では、気象モデルの高解像度化による気象擾乱の微細構造に起因する風速変動の再現性,CFDモデルによる現実的な粗度形態のもとで発達する境界層乱流のLES(Large-Eddy Simulation)解析について、両モデルの融合による微細規模大気流れのシミュレーションにあたり、検討すべき課題と展望について述べる。

論文

LES analysis of turbulent boundary-layer flow over urban-like building arrays with various spatial arrangement and height distribution

中山 浩成; 竹見 哲也*; 永井 晴康

Proceedings of 89th American Meteorological Society Annual Meeting (Internet), 6 Pages, 2009/01

大気・陸域・海洋での放射性物質の移行挙動を包括的に予測できるSPEEDI-MPにおいて、LES(Large-Eddy Simulation)モデルによる都市大気拡散予測システムの開発とその導入を目指している。今回は、都市を想定した乱流シミュレーション予測の妥当性を調べるため、まず、立方形状の建物が均一に配置された簡易な地表面形状での数値シミュレーションを行い、平均風速分布や乱流統計量に関する計算結果が風洞実験と良好に整合性がとれていることを確認した。次に、東京都心における建物高さや建物密集度などの都市空間構造を調べ、その特徴に基づいて地表面形状を表現し、地表面形態に応じた平均風速や乱流変動量が得られたことで、乱流シミュレーション予測の妥当性が実証された。

口頭

LES analysis of plume dispersion through urban-like building arrays

中山 浩成; 竹見 哲也*; 永井 晴康

no journal, , 

大気・陸域・海洋での放射性物質の移行挙動を包括的に予測できるSPPEDI-MPにおいて、LES(Large-Eddy Simulation)モデルによる局所域大気拡散予測システムの開発とその導入を目指している。今回はまず、都市を想定して立方体の建物を均一配置した簡易地表面形状での大気乱流拡散の数値シミュレーションを行った。その結果、平均風速分布や各種乱流統計量並びに平均濃度分布などの計算結果が既往の野外実験結果と良好に整合性がとれていることを確認し、本LES拡散モデルの妥当性を実証した。次に、実際の都市地表面形態の特徴を反映させた場合の数値シミュレーションを行い、地表面形態と乱流構造・拡散特性との関連性を明らかにした。

口頭

各種形状を有する建物配列群での空力的粗度特性に関するLESと実在都市への適用

中山 浩成; 竹見 哲也*; 永井 晴康

no journal, , 

気象モデルでは、地表面での風の境界条件を取り扱う際、おもに、ラフネスアプローチとドラッグアプローチによるものがある。ラフネスアプローチは、土地利用情報のカテゴリーごとに設定された粗度長を用いるため簡便である。しかしながら、粗度長は対数的風速分布の形成によって初めて定義されるという前提条件があるため、特に地表面の凹凸の激しい都市域ではそもそもInertial sub-layerの存在が不明確で、空力的粗度として粗度長を用いた評価には限界があることが指摘されている。一方で、ドラッグアプローチは、抗力係数を直接的に算出できるため、近年では空力的粗度の評価として抗力係数が用いられるようになってきている。しかしながら、地表面形態と抗力係数の関係についてはまだ十分な知見がなく、ドラッグアプローチにおいてもやはり課題は残る。そこで、本研究では、各種形状を有する建物配列群を対象にしたLES乱流解析を行い、地表面形態と粗度長・抗力係数との関係を調べ、実在都市における空力的地表面粗度への適用性について考察することを目的とする。

口頭

気象モデルとLESモデルの結合による都市域強風変動の融合解析; 突風の予測に向けて

竹見 哲也*; 中山 浩成

no journal, , 

超高層ビルが林立する都市部における突風の発生は、気象擾乱の構造そのものに起因するのみならず、建築構造物の配置など都市の形態にも強く影響を受ける。都市域での突風による被害ポテンシャルは極めて高いため、突風災害の防止・被害軽減の観点から、突風の定量的な予測はもし可能となれば極めて有効である。本研究は、気象モデルとLESモデルの結合により、都市の形態に起因する突風の量的予測手法を構築することを目的とする。今回は、東京都心部での強風イベントを対象にして、強風変動の数値解析結果を報告する。

口頭

An Approach for quantitative forecasting of turbulent flow over an urban area by coupling numerical weather prediction and Large-Eddy Simulation models

竹見 哲也*; 中山 浩成

no journal, , 

超高層ビルが林立する都市部における突風の発生は、気象擾乱の構造そのものに起因するのみならず、建築構造物の配置など都市の形態にも強く影響を受ける。都市域での突風による被害ポテンシャルは極めて高いため、突風災害の防止・被害軽減の観点から、突風の定量的な予測はもし可能となれば極めて有効である。本研究は、気象モデルとLES(Large-Eddy Simulation)モデルの結合により、都市の形態に起因する突風の量的予測手法を構築することを目的とする。今回は、東京都心部での強風イベント(2009年10月8日の台風通過時)を対象にして、強風変動の数値解析結果を報告する。

口頭

乱流流入生成手法を用いたLESモデルと気象モデルによる都市域強風変動の融合解析

中山 浩成; 竹見 哲也*; 永井 晴康

no journal, , 

都市域での漏洩事故やテロなどによる化学物質や可燃性物質などの有害危険物質の拡散問題が検討すべき緊急課題として挙げられている。そのため、特定の気象状況下での拡散予測を行うには、まず、気象モデルを用いて実際の気象場を作り出し、そこで得られた風速データをCFD(Computational Fluid Dynamics)モデルの流入境界条件として与えて行う融合解析が、有効な予測手法として挙げられる。本研究では、まず、融合解析手法の確立に向けて、台風時を対象にした数値シミュレーションを行い、風速変動データを観測値と比較することでモデルの妥当性を調べた。その結果、都市域風速変動パターンがある程度良好に再現されたことが確認され、本手法の有効性が示された。

口頭

気象モデルとLESモデルの融合による都市域での強風変動の乱流解析

竹見 哲也*; 中山 浩成; 永井 晴康

no journal, , 

本研究では、気象モデルとLES(Large-Eddy Simulation)モデルを融合することで、現実都市での風速変動を定量的に解析する技術を構築することを目的とする。解析対象領域を東京都心部(大手町・丸の内地区)とし、2009年台風18号の通過に伴って生じた強風・突風を定量的に評価することを試みる。気象モデルとしてWRF(Weather Research and Forecasting)モデルを用い、気象庁メソ客観解析値を初期値・境界値条件としてWRFモデルに与え、台風18号の領域気象シミュレーションを行った。次に、LESモデルにより都市キャノピー内部での風速変動のシミュレーションを実行し、気象庁観測点での風速変動を実際の観測値と比較した結果、変動性状や極大値をかなりよく再現することに成功した。

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