Development of local-scale ashfall prediction method in urban districts by merging observations and building-resolving CFD model

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本研究課題では、観測データと高解像度数値シミュレーション技術を融合し、火山噴火に伴う火山灰の拡散および降灰を市街地内の局所規模で予測する評価手法を確立することを目的とし、今年度の研究を進めた。桜島火山からの降灰を想定し、これまでの気象観測情報に基づき、非降水時および降水時の噴火イベントを抽出した。火山噴出量に係わる計測値は、気象庁による推定値および京都大学防災研究所桜島火山観測所による観測値を用い、火山噴出量データを収集した。抽出した噴火事例において、鹿児島市街地を対象とした解析を進めた。2021年度に開発した建物解像気流・拡散LESモデルにより、火山灰の大気拡散および降灰を想定し、市街地における物質輸送の数値シミュレーション・予測実験を実施した。数値シミュレーションにおいては、建物の立地パターンや立地密度、建物高さの凹凸といった市街地の幾何学的な形状に着目し、建物の配置密度や気流に対面する見付面積率といった建物配置を記述する幾何学パラメータにより街区の特徴を定量的に評価した。市街地内での物質輸送の数値シミュレーションを実施し、物質量の高濃度領域と低濃度領域の分布特性や滞留時間について分析し、市街地の幾何学的形状に対する濃度分布の依存性について解析した。また、実在都市での気流や拡散は対象とする都市形状への依存性が高く、対象都市の特殊性を排除することは容易ではない。一方で、市街地の幾何学的形状を量的に示すパラメータにより濃度分布パターンを整理できれば、より普遍的な理解を得ることができる。そこで、実在都市を模した理想的な粗度分布を与えた物質拡散の数値実験を行い、建物間の距離と建物高さとの関係によりキャノピー内部での気流構造が変化し、その結果として濃度分布も変化することを示した。これらの研究で得られた成果は、国内外の学会等で発表し、学術誌に論文を発表した。