Improvement of city-scale LES model and its applications

城市尺度LES模型的改进及其应用

基本信息

批准号：
21K03656
负责人：
日下博幸
金额：
$ 1.58万
依托单位：
University of Tsukuba
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

近年の都市の暑熱環境悪化に伴い, 都市気象の基礎研究と科学的知見に基づく暑さ対策の検討が重要視されている. 私たちの研究室ではこのようなニーズに応えるべく, 大規模乱流の直接シミュレーション(LES)に基づく都市街区気象シミュレーションモデル(City-LES)を独自に開発してきた. 本研究では, このモデルの初期条件・境界条件部分を改良し, より多様な条件の高精度のシミュレーションの実現を目指す. 令和4年度は主に, (1) スピンアップ機能によって生成した地表面温度の精度検証と, より確からしい表面温度の計算方法の検討, (2) 昼間の対流が活発な時間帯に対応できる流入乱れ生成手法の開発を行なった.(1)のスピンアップ機能では, ヘリコプターから観測した熱画像とスピンアップ機能によって生成した地表面温度を比較し, 精度検証を行なった. この結果, 実装したスピンアップ機能を用いることで, 日向・日陰ができることによる高温域・低温域の分布をよく再現できることがわかった. しかし, 地表面温度のヒストグラムを見ると, 観測値を必ずしもよく再現できていない場合があった. これは, 道路や草地といった同一のカテゴリの地表面の中でも物性にばらつきがあることが理由と考えられ, これを考慮できるような手法を検討する必要があることがわかった.(2)の流入乱れ生成手法の開発では, 昨年度得られた知見をもとに, 特に昼間の対流が活発な時間帯において, 対流境界層の特性を保持しながら乱れをリサイクルする方法を開発した. この方法は, 既存手法より流入境界近くの乱れを尤もらしく再現できる. また, 気象学分野・CFD分野で開発されてきた乱れ生成手法を相互に比較し, それぞれの手法の特徴を整理した.

近年来，随着城市热环境的恶化，基于城市天气基础研究和科学知识的热对策研究变得非常重要，我们自主开发了基于直接模拟的城市区域天气模拟模型（City-LES）。在本研究中，我们将改进该模型的初始条件和边界条件，以实现更多样化条件下的高精度模拟。 2020财年，我们将主要关注（1）验证自旋函数生成的地表温度的准确性，并考虑更可靠的地表温度计算方法，（2）使其适应对流活跃的白天我们开发了一种流入湍流生成方法。对于自旋函数（1），我们将从直升机观测到的热图像与自旋函数生成的地面温度进行了比较，并使用自旋函数验证了其准确性。向上函数，发现可以很好地再现由于阳光和阴影的形成而产生的高温和低温区域的分布，但是，在查看地表温度的直方图时，存在与观测值不同的情况。其原因被认为是，即使在同一类别的地表（例如土地和草地）中，物理特性也存在差异，并且发现有必要考虑一种可以考虑到这一点的方法。在开发中，根据去年获得的知识，我们开发了一种在保留对流边界层特征的同时回收湍流的方法，特别是在对流活跃的白天，该方法比现有方法更可信地再现流入边界附近的湍流。在学术界和CFD领域得到了发展，并总结了每种方法的特点。