(57)【要約】      （修正有）【課題】樹木の形態的、生理的特性及び気象条件の違いによる蒸散量を予測するモデルから蒸散潜熱量を算出し、街区の熱収支シミュレーションの結果を加味して樹木の熱収支演算をし、更には樹木の気温上昇抑制効果を加味した街区の気温分布の予測、評価を可能にする熱環境シミュレーション方法及び装置並びにプログラムを提供する。【解決手段】コンピュータにより、入力された気象情報、樹木情報、位置情報に基づいて、樹木の光合成有効放射量及び吸収放射量を求め、更に光合成有効放射量に基づいて、光合成有効光量子束密度を演算し、更に葉温、光合成有効光量子束密度に基づいて、単位面積当たりの蒸散量を演算し、樹木情報及び蒸散量から潜熱輸送量を演算し、潜熱輸送量及び吸収放射量から顕熱輸送量及び葉温を演算し、樹木の形態的、生理的特性及び気象条件の違いによる蒸散量を予測するモデルから街区内に配置される樹木の周辺の気温分布の予測を行う。【選択図】図３
2016149976.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータにより、
入力された気象情報、樹木情報、位置情報に基づいて、街区の熱収支シミュレーションを行い、樹木の光合成有効放射量及び吸収放射量Ｒａｂｓを求め、
前記樹木情報、前記位置情報及び前記光合成有効放射量に基づいて、光合成有効光量子束密度Ｑｐを演算し、
前記樹木情報、葉温Ｔｌ、前記光合成有効光量子束密度Ｑｐに基づいて、単位面積当たりの蒸散量Ｅを演算し、
前記樹木情報及び前記蒸散量Ｅから潜熱輸送量ｌＥを演算し、
前記潜熱輸送量ｌＥ及び前記吸収放射量Ｒａｂｓから顕熱輸送量Ｈ及び前記葉温Ｔｌを演算し、
樹木の形態的、生理的特性及び気象条件の違いによる蒸散量を予測するモデルから、街区内に配置される前記樹木の種変の気温分布の予測を行うことを特徴とする熱環境シミュレーション方法。
【請求項２】
前記光合成有効光量子束密度Ｑｐの演算を、直達成分及び散乱成分に基づく吸収放射量の計算式１と、光合成有効光量子束密度の計算式２とで実施する請求項１に記載の熱環境シミュレーション方法。
【請求項３】
前記計算式１が下記数１であり、前記計算式２が下記数２である請求項２に記載の熱環境シミュレーション方法。
【数１】
2016149976.tif 000014
（数２）
光合成有効光量子束密度ＡＰＡＲ[Ｗ／ｍ２]
＝Ｑｐ[mol/m2・s]×アボガドロ数[mol-1]×プランク定数[Ｊｓ]×光速度[m/s]÷波長[ｍ]      
アボガドロ数：6.02×1023[mol-1]
プランク定数：6.626×10-34[Ｊｓ]
光速度：3×108[m/s]
光の波長：400-700[ｎｍ]
【請求項４】
前記蒸散量Ｅの演算が、
光制限化の同化速度ＪｅとRubisco制限化の同化速度Ｊｃのうちの反応速度の遅い方を選択し、呼吸速度Ｒｄに基づいて光合成速度Ａを演算し、
前記光合成速度Ａに基づいて気孔コンダクタンスｇSWを形成し、
前記気孔コンダクタンスｇSW及び葉面境界層コンダクタンスｇｖａに基づいて前記蒸散量Ｅを演算するようになっている請求項１乃至３のいずれかに記載の熱環境シミュレーション方法。
【請求項５】
前記光合成速度Ａの演算が、
【数６】
2016149976.tif 000015
で実施される請求項４に記載の熱環境シミュレーション方法。
【請求項６】
前記気孔コンダクタンスｇSWの形成が、
【数７】
2016149976.tif 000016
で実施される請求項４又は５に記載の熱環境シミュレーション方法。
【請求項７】
前記葉面境界層コンダクタンスｇｖａが対流による葉表面における水蒸気の境界層コンダクタンスであり、
【数８】
2016149976.tif 000017
で表される請求項４乃至６のいずれかに記載の熱環境シミュレーション方法。
【請求項８】
前記蒸散量Ｅの演算が、
【数９】
2016149976.tif 000018
で実施される請求項７に記載の熱環境シミュレーション方法。
【請求項９】
前記潜熱輸送量ｌＥが、
ｌＥＴ＝ｌ×Σ（ＬＡＤ×Ｅ）
ｌ：蒸発潜熱[J/μmol]
ＬＡＤ：葉面積密度[m2/m3]
Ｅ：単位面積当たりの蒸散量［μmol/m2・s］
で演算される請求項８に記載の熱環境シミュレーション方法。
【請求項１０】
前記顕熱輸送量Ｈ及び前記葉温Ｔｌの演算を、
【数１１】
2016149976.tif 000019
の実施で行う請求項９に記載の熱環境シミュレーション方法。
【請求項１１】
入力された気象情報、樹木情報、位置情報に基づいて、街区内に配置される樹木の光合成有効放射量及び吸収放射量Ｒａｂｓを求める街区のシミュレーション部と、
前記樹木情報、前記位置情報及び前記光合成有効放射量に基づいて、光合成有効光量子束密度Ｑｐを演算する放射演算部と、
前記樹木情報、葉温Ｔｌ、前記光合成有効光量子束密度Ｑｐに基づいて、単位面積あたりの蒸散量Ｅを演算する第１の蒸散量演算部と、
前記樹木情報及び前記蒸散量Ｅから潜熱輸送量ｌＥを演算する第２の蒸散量演算部と、
前記潜熱輸送量ｌＥ及び前記吸収放射量Ｒａｂｓから顕熱輸送量Ｈ及び前記葉温Ｔｌを演算する熱収支演算部と、
を具備し、樹木の形態的、生理的特性及び気象条件の違いによる蒸散量を予測するモデルから前記樹木の気温分布の予測を行うことを特徴とする熱環境シミュレーション装置。
【請求項１２】
前記光合成有効光量子束密度Ｑｐの演算を、直達成分及び散乱成分に基づく吸収放射量の計算式１と、光合成有効光量子束密度の計算式２とで実施する請求項１１に記載の熱環境シミュレーション装置。
【請求項１３】
前記放射演算部の前記光合成有効光量子束密度Ｑｐの演算において、前記計算式１が下記数１であり、前記計算式２が下記数２である請求項１２に記載の熱環境シミュレーション装置。
【数１】
2016149976.tif 000020
（数２）
光合成有効光量子束密度ＡＰＡＲ[Ｗ／ｍ２]
＝Ｑｐ[mol/m2・s]×アボガドロ数[mol-1]×プランク定数[Ｊｓ]×光速度[m/s]÷波長[ｍ]      
アボガドロ数：6.02×1023[mol-1]
プランク定数：6.626×10-34[Ｊｓ]
光速度：3×108[m/s]
光の波長：400-700[ｎｍ]
【請求項１４】
前記蒸散量演算部が、
光制限化の同化速度ＪｅとRubisco制限化の同化速度Ｊｃのうちの反応速度の遅い方を選択し、呼吸速度Ｒｄに基づいて光合成速度Ａを演算し、前記光合成速度Ａに基づいて気孔コンダクタンスｇSWを形成し、前記気孔コンダクタンスｇSW及び葉面境界層コンダクタンスｇｖａに基づいて前記蒸散量Ｅを演算するようになっている請求項１１乃至１３のいずれかに記載の熱環境シミュレーション装置。
【請求項１５】
前記光合成速度Ａの演算が、
【数６】
2016149976.tif 000021
で実施される請求項１４に記載の熱環境シミュレーション装置。
【請求項１６】
前記気孔コンダクタンスｇSWの形成が、
【数７】
2016149976.tif 000022
で実施される請求項１４又は１５に記載の熱環境シミュレーション装置。
【請求項１７】
前記葉面境界層コンダクタンスｇｖａが対流による葉表面における水蒸気の境界層コンダクタンスであり、
【数８】
2016149976.tif 000023
で表される請求項１４乃至１６のいずれかに記載の熱環境シミュレーション装置。
【請求項１８】
前記第１の蒸散量演算部が、
【数９】
2016149976.tif 000024
を実施する請求項１７に記載の熱環境シミュレーション装置。
【請求項１９】
前記第２の蒸散量演算部が、
ｌＥＴ＝ｌ×Σ（ＬＡＤ×Ｅ）
ｌ：蒸発潜熱[J/μmol]
ＬＡＤ：葉面積密度[m2/m3]
Ｅ：単位面積当たりの蒸散量［μmol/m2・s］
で、潜熱輸送量Ｅを演算する請求項１８に記載の熱環境シミュレーション装置。
【請求項２０】
前記熱収支演算部が、
【数１１】
2016149976.tif 000025
で、前記顕熱輸送量Ｈ及び前記葉温Ｔｌを演算する請求項１９に記載の熱環境シミュレーション装置。
【請求項２１】
コンピュータに、
入力された気象情報、樹木情報、位置情報に基づいて、街区内に配置される樹木の光合成有効放射量及び吸収放射量Ｒａｂｓを求める手順、
前記樹木情報、前記位置情報及び前記光合成有効放射量に基づいて、光合成有効光量子束密度Ｑｐを演算する手順、
前記気象情報、前記樹木情報、葉温Ｔｌ、前記光合成有効光量子束密度Ｑｐに基づいて、単位面積当たりの蒸散量Ｅを演算する手順、
前記樹木情報及び前記蒸散量Ｅから潜熱輸送量ｌＥを演算する手順、
前記潜熱輸送量ｌＥ及び前記吸収放射量Ｒａｂｓから顕熱輸送量Ｈ及び前記葉温Ｔｌを演算する手順、
を実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹木の形態的、生理的特性及び気象条件の違いによる蒸散量を予測するモデルから蒸散潜熱量を算出し、街区の熱収支シミュレーションの結果を加味して樹木の熱収支演算をし、更には樹木の気温上昇抑制効果を加味した街区の気温分布の予測（評価を含む）を可能にする熱環境シミュレーション方法及び装置並びにプログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
世界的に都市環境における問題が顕在化しており、熱の視点から見ると都市部における夏季のヒートアイランド現象の顕在化や熱環境の悪化があり、熱環境に配慮した建築一街区設計や都市開発の必要性が叫ばれている。このためには、設計段階に街区スケールの熱環境の予測（及び評価）を正確に行い得ることが重要である。
【０００３】
かかる要請より近年建築・都市環境工学の熱環境分野では、研究レベルのものから汎用化を目指したものまで、街区スケールの熱環境シミュレーション用ソフトが開発されている。
【０００４】
街区の熱環境を予測する手法として、空間構成要素をメッシュに分解し、各メッシュについて受熱日射量、大気放射量、周辺地物との長波長放射の授受量、顕熱流量、伝導熱量を算出して熱収支演算を行い、表面温度を算出する特許第３６８６９３１号公報（特許文献１）、特許第４４３７１８７号公報（特許文献２）に示される熱環境予測方法及び装置が提案されている。
【０００５】
非特許文献１（平岡）の検証では、散乱や透過を含む葉群内の放射伝達過程を考慮したROSSモデル（ROSS,  1981）による放射解析、光合成過程における気孔開閉を考慮した個葉蒸散モデルであるBall（BALL,  1988）モデルを用いて、受熱放射量，潜熱輸送量の算出を行っている。また、非特許文献４（吉田ら）の検討では、3次元樹木モデルを街区の対流・放射・湿気輸送の連成解析シミュレーションに組み込み、樹木が街区の熱環境に及ぼす影響を予測している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３６８６９３１号公報
【特許文献２】特許第４４３７１８７号公報
【特許文献３】特許第４５３８５９３号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】平岡久司(2002)，植栽内熱・水分収支モデルの検証，日本建築学会計画系論文集  (558),  31-36
【非特許文献２】Ross,  J.:  The  Radiation  Regime  and  Architecture  of  Plant  Stands,  (Dr  W.  Junk,  1981)
【非特許文献３】John  Timothy  Ball,  (1988)，An  Analysis  of  Stomatal  Conductance，Stanford  University
【非特許文献４】吉田伸治,大岡龍三，持田灯,富永禎秀，村上周三:樹木モデルを組み込んだ対流・放射・湿気輸送連成解析による樹木の屋外温熱環境緩和効果の検討,日本建築学会計画系論文集(536),87-94,  2000-10-30
【非特許文献５】Fumiki  Hosoi  ,  Kenji  Omasa(2006),  Voxel-Based  3-D  Modeling  of  Individual  Trees  for  Estimating  Leaf  Area  Density  Using  Hige-Resolution  Portable  Scanning  Lidar  ,  IEEE  Transactions  on  geoscience  and  remote  sensing  ,  vol.44  ,  no.12  ,  pp.3610-3618
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１の手法では、樹木による熱環境評価への影響は日射遮蔽効果しか考慮されておらず、蒸散潜熱による気温低減効果が反映されていないため、樹木による気温低減効果を十分に評価できないという問題がある。
【０００９】
また非特許文献４では、樹木の蒸散による顕熱・潜熱輸送量の予測と、屋外熱環境への影響予測を行っているが、樹木からの蒸散の算出は湿気伝達率と蒸発効率をパラメータとした単純なモデル化が行われており、樹木の形態的・生理的な特性は反映されない。また、非特許文献１は、樹冠内の潜熱輸送量と顕熱輸送量分布の算出は行っているが、実際の樹木の形状を再現したモデルによる算出はしておらず、葉面積密度が一様な立方体樹冠のモデルを用いている。周辺建物の影響を加味した放射解析の影響も考慮されていないため、都市空間における蒸散量予測は行われていない。
【００１０】
街区内の屋外空間における樹木の熱環境緩和効果を評価するためには、日射遮蔽効果だけでなく、蒸散潜熱による気温上昇の抑制効果（気温低減効果）が重要となるため、街区スケールの熱環境のシミュレーションに樹木の形態的・生理的特性を踏まえた蒸散量と、顕熱・潜熱輸送量を予測するモデルとを組み込む必要がある。
【００１１】
本発明は上述のような事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、樹木の形態的、生理的特性及び気象条件の違いによる蒸散量を予測するモデルから蒸散潜熱量を算出し、街区の熱収支シミュレーションの結果を加味して樹木の熱収支演算をし、更には樹木の気温上昇抑制効果を加味した街区の気温分布の予測（評価を含む）を可能にする熱環境シミュレーション方法及び装置並びにプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は熱環境シミュレーション方法に関し、本発明の上記目的は、コンピュータにより、入力された気象情報、樹木情報、位置情報に基づいて、樹木の光合成有効放射量及び吸収放射量Ｒａｂｓを求め、前記樹木情報、前記位置情報及び前記光合成有効放射量に基づいて、光合成有効光量子束密度Ｑｐを演算し、前記気象情報、前記樹木情報、葉温Ｔｌ、前記光合成有効光量子束密度Ｑｐに基づいて、単位面積当たりの蒸散量Ｅを演算し、前記樹木情報及び前記蒸散量Ｅから潜熱輸送量ｌＥを演算し、前記潜熱輸送量ｌＥ及び前記吸収放射量Ｒａｂｓから顕熱輸送量Ｈ及び前記葉温Ｔｌを演算し、樹木の形態的、生理的特性及び気象条件の違いによる蒸散量を予測するモデルから前記樹木の気温分布の予測を行うことにより達成される。
【００１３】
また、本発明は熱環境シミュレーション装置に関し、本発明の上記目的は、コンピュータにより、入力された気象情報、樹木情報、位置情報に基づいて、街区内に配置される樹木の光合成有効放射量及び吸収放射量Ｒａｂｓを求める街区の熱収支シミュレーション部と、前記樹木情報、前記位置情報及び前記光合成有効放射量に基づいて、光合成有効光量子束密度Ｑｐを演算する放射演算部と、前記気象情報、前記樹木情報、葉温Ｔｌ、前記光合成有効光量子束密度Ｑｐに基づいて、単位面積当たりの蒸散量Ｅを演算する第１の蒸散量演算部と、前記樹木情報及び前記蒸散量Ｅから潜熱輸送量ｌＥを演算する第２の蒸散量演算部と、前記潜熱輸送量ｌＥ及び前記吸収放射量Ｒａｂｓから顕熱輸送量Ｈ及び前記葉温Ｔｌを演算する熱収支演算部とを具備し、樹木の形態的、生理的特性及び気象条件の違いによる蒸散量を予測するモデルから街区内に配置される前記樹木の周辺の気温分布の予測を行うことにより達成される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、樹木の形態的、生理的特性を考慮して、街区内の屋外空間における蒸散潜熱を算出することができるため、樹木による気温低減効果を反映した熱環境評価が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の全体構成の一例を示すブロック構成図である。
【図２】演算処理部の構成例を示すブロック構成図である。
【図３】本発明に係る演算部の構成例を入力情報と共に示すブロック構成図である。
【図４】街区の熱収支シミュレーション部の構成例を示すブロック図である。
【図５】街区の熱収支シミュレーションの様子を示す模式図である。
【図６】本発明に係る蒸散量演算部（個葉）の構成例を示すブロック構成図である。
【図７】葉の熱収支の一例を示す図である。
【図８】樹木の熱収支と顕熱輸送量の分布例を示す図である。
【図９】葉面積密度分布の演算を説明する図である。
【図１０】顕熱輸送量を説明するための模式図である。
【図１１】本発明の動作例を示すフローチャートの一部である。
【図１２】本発明の動作例を示すフローチャートの一部である。
【図１３】本発明に係る蒸散量演算部（個葉）の動作例を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の効果例（建物／緑地配置の改善例）を示す図である。
【図１５】本発明の効果例（建物／緑地配置の改善例）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明では、日射透過だけでなく、樹木の形態的、生理的特性及び気象条件の違いによる蒸散量を予測するモデルから蒸散潜熱量の算出を可能にしている。この結果は、数値流体力学（ＣＦＤ）シミュレーションに組み込むことで、樹木の気温上昇抑制効果を加味した気温分布の予測（評価を含む）を可能にするものである。蒸散予測モデルは既存のものが存在するが、森林や農地での観測結果によるモデルのため、緑化に使用される単木での蒸散量を計測する例はない。また、本発明では、街区の熱収支シミュレーションの結果を考慮して、実際の都市環境に即した熱収支演算を実施するようにしている。
【００１７】
本発明によれば、樹木の形態的、生理的特性を踏まえて、街区内の屋外空間における蒸散潜熱を算出することができるため、樹木による気温低減効果を反映した熱環境評価が可能となる。
【００１８】
以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する．
図１は本発明の全体構成を示しており、ＣＰＵ（ＭＰＵやＭＣＵを含む）等で成るコンピュータ構成になっており、全体の制御や処理、演算等を行う演算処理部１００を備え、制御や演算等のプログラム１０１は、読取部１０２を経て演算処理部１００に入力されるか若しくは予め記憶部１１０に格納されている。演算処理部１００には、キーボード、マウス等の入力部１０３、データや操作案内等を表示する表示部１０４、データや演算結果等を出力若しくは印字する出力部１０５、外部装置と通信するインタフェース（Ｉ／Ｆ）１０６、プログラムやパラメータ、データ等を記憶する記憶部１１０が接続された構成になっている。
【００１９】
図２は演算処理部１００の構成例であり、全体の制御や演算等を行うＣＰＵ（ＭＰＵ，ＭＣＵ）１００Ａと、記憶部１１０を構成するＲＯＭ１１１及びＲＡＭ１１２と、街区の熱収支シミュレーション部１２０と、樹木の放射演算部１３０と、蒸散量演算部（個葉）１４０と、蒸散量演算部（樹木全体）１５０と、熱収支演算部１６０とで構成されている。ＲＯＭ１１１にはプログラムが格納され、ＲＡＭ１１２にはデータ、パラメータ等が記憶される。また、街区の熱収支シミュレーション部１２０は、特許文献１、特許文献２で示されるような装置である。
【００２０】
図３は、演算処理部１００内の各部１２０〜１６０の関連若しくは情報の流れをブロック図で示しており、街区の熱収支シミュレーション部１２０には気象情報（気温、相対湿度、水平面全天日射量、風速、雲量）、位置情報（緯度、経度）及び樹木情報（葉の吸収率、葉面積密度）が入力され、街区の熱収支シミュレーション部１２０で得られた、樹木に入射する光合成有効放射量（直達成分、散乱成分）は放射演算部１３０に入力され、同じく得られた樹木の吸収放射量Ｒａｂｓは熱収支演算部１６０に入力される。また、樹木の放射演算部１３０には位置情報（緯度、経度）及び樹木情報（葉のＰＡＲ吸収率、葉面積密度）と、街区の熱収支シミュレーション部１２０で得られた樹木に入射する光合成有効放射量（直達成分、散乱成分）とが入力され、放射演算部１３０で演算された光合成有効光量子束密度Ｑｐは蒸散量演算部（個葉）１４０に入力される。蒸散量演算部（個葉）１４０には更に気象情報（気温、風速、大気圧、大気飽差）及び樹木情報（蒸散量計算の係数（後述する数３、数４、数５、数７、数８の係数））が入力されると共に、熱収支演算部１６０で演算された葉温ＴＩが入力され、蒸散量演算部（個葉）１４０で演算された単位面積当たりの蒸散量Ｅは蒸散量演算部（樹木全体）１５０に入力される。蒸散量演算部（樹木全体）１５０で演算された潜熱輸送量lＥは熱収支演算部１６０に入力され、熱収支演算部１６０では吸収放射量Ｒａｂｓと潜熱輸送量ｌＥの入力に応じて顕熱輸送量Ｈと葉温ＴＩが演算され、顕熱輸送量Ｈは演算結果として出力され、葉温ＴＩは蒸散量演算部（個葉）１４０にフィードバックされる。
【００２１】
蒸散量演算部（個葉）１４０、蒸散量演算部（樹木全体）１５０、熱収支演算部１６０の演算は、演算結果が収束するまで繰り返される。
【００２２】
街区の熱収支シミュレーション部１２０の構成例は図４であり、街区ＣＡＤモデル１２１をメッシュモデル１２２とし、メッシュモデル１２２の吸収放射量Ｒａｂｓと、樹木に入射する光合成有効放射量（直達成分、散乱成分）とが熱収支演算部１２３で演算される。図５は街区の熱収支シミュレーションの様子を示している。街区内の建物や地面などの全ての表面において、直達日射、天空日射、大気放射、周辺地物との長波長放射の授受、対流熱伝達、熱伝導を計算項目とする熱収支計算を行う。
【００２３】
また、蒸散量演算部（個葉）１４０の構成例は図６に示すようになっており、放射演算部１３０で演算された光合成有効光量子束密度Ｑｐが同化速度演算部１４１に入力され、光制限下の同化速度ＪＥが算出される。同化速度ＪＥ及び同化速度演算部１４２からのRubisco制限下の同化速度ＪＣが選択部１４３に入力され、選択部１４３で選択された同化速度（ＪＥ又はＪＣ）が光合成速度演算部１４５に入力される。光合成速度演算部１４５には吸収速度部１４４から吸収速度Ｒｄが入力されており、光合成速度演算部１４５で演算された光合成速度Ａが気孔コンダクタンスモデル部１４６に入力され、気孔コンダクタンスモデル部１４６の気孔コンダクタンスｇＳＷが、葉面境界層コンダクタンス部１４７からの葉面境界層コンダクタンスｇａと共に単位面積当たりの蒸散速度演算部１４８に入力される。蒸散速度演算部１４８で気孔コンダクタンスｇＳＷ及び葉面境界層コンダクタンスｇａに基づいて演算された単位面積当たりの蒸散量Ｅは、蒸散量演算部（樹木全体）１５０に入力される。この演算は、樹木の全てのVoxelメッシュにおいて実行される。
【００２４】
蒸散量演算部（樹木全体）１５０では、Voxelメッシュ毎の葉面積密度ＬＡＤ、及び蒸散量演算部（個葉）１４０で算出された単位面積当たりの蒸散量Ｅが入力され、樹木の全てのメッシュにおけるメッシュ当たりの蒸散量及び潜熱輸送量lＥが算出される。
【００２５】
樹木を構成する葉の熱収支においては、図７に示すように、短波長放射及び長波長放射による吸収放射量Ｒａｂｓが、蒸発散による潜熱輸送量ｌＥ、顕熱輸送量Ｈ、長波長放射射出量Ｌｏｅ、蓄熱量Ｇの和と等しく、通常蓄熱量Ｇを無視する。更に、樹冠各部で吸収放射量が異なるため図８に示すように顕熱輸送量Ｈも異なり、周辺の生活空間の熱環境への影響を予測するためには、樹冠内の顕熱輸送量Ｈの分布を明らかにすることが重要である。
【００２６】
図９はVoxelメッシュによる葉面積密度分布の演算を説明するものであり、図９（Ａ）は西から見た場合、図９（Ｂ）は南東上方から見た場合であり、各Voxelの葉面積密度ＬＡＤ[m2/m3]に対応している。図９（Ｃ）は西から計測した地上型ＬｉＤＡＲによる計測結果を示し、図９（Ｄ）は西から撮影した画像である。葉面積密度分布は、この他、ＣＡＤの樹木モデルから作成する方法がある。
【００２７】
また、熱収支演算部１６０での顕熱輸送量Ｈの演算には、図１０に示すように、樹冠をVoxelの集合としてモデル化した形状モデルを用い（図１０（Ａ））、各Voxelで熱収支演算を行うことで顕熱輸送量Ｈを求める（図１０（Ｂ））。樹木形状モデルにおける各Voxelには、葉面積密度、葉の傾斜角、波長域別の反射率、吸収率、透過率の情報を組込み、吸収放射量Ｒａｂｓ及び潜熱輸送量lEを入力することで、熱収支演算により葉温Ｔｌと、長波長放射射出量Ｌｏｅ及び顕熱輸送量Ｈとを求めることができる。また、放射収支の異なる各Voxelの顕熱輸送量を演算することで、樹冠内の顕熱輸送量Ｈの分布を明らかにすることができる。
【００２８】
このような構成において、その動作例を図１１及び図１２のフローチャートを参照して説明する。
【００２９】
先ず入力部１０３より、街区の熱収支シミュレーション部１２０に、気象情報として気温、相対湿度、水平面全天日射量、風速、雲量を入力し（ステップＳ１）、位置情報として緯度及び経度を入力し（ステップＳ２）、樹木情報として葉の吸収率μ及び葉面積密度[m2/m3]を入力する（ステップＳ３）。街区の熱収支シミュレーション部１２０は、建物や地面等における熱収支の計算と共に、樹木に入射する光合成有効放射量（直達成分、散乱成分）及び樹木の吸収放射量Ｒａｂｓを演算する（ステップＳ４）。
【００３０】
なお、位置情報及び樹木情報は、樹木の放射演算部１３０にも入力される。位置情報は緯度、経度であり、樹木情報は葉のＰＡＲ吸収率、葉面積密度である。
【００３１】
樹木の放射演算部１３０は、樹木に入射する光合成有効放射量の直達成分Ｉｄｉｒ[W/m2]及び散乱成分Ｉｄｉｆ[W/m2]を街区の熱収支シミュレーション部１２０から入力し（ステップＳ５）、入力部１０３より位置情報として緯度、経度を入力し（ステップＳ６）、樹木情報として葉のＰＡＲ吸収率、葉面積密度を入力する（ステップＳ７）。放射演算部１３０は、入力された情報に基づいて下記数２の演算を実施し、次いで下記数３に基づいて光合成有効光量子束密度Ｑｐ[μmol/m2・ｓ]を演算して出力する（ステップＳ８）。
【００３２】
【数１】
2016149976.tif 000003
【００３３】
【数２】
2016149976.tif 000004
上記数１及び数２に従って放射演算部１３０で演算された光合成有効光量子束密度Ｑｐは、蒸散量演算部（個葉）１４０に入力される。光合成有効光量子束密度Ｑｐは、数２から逆算する。蒸散量演算部（個葉）１４０には、気象情報として気温[℃]、風速ｕ[m/s]、大気圧Ｐ[kPa]、大気飽差Ｄが入力され（ステップＳ１１）、樹木情報として蒸散量計算の係数が入力される（ステップＳ１２）。蒸散量演算部（個葉）１４０には更に、１回目の演算時の葉温Ｔ１[K]若しくは反復演算時の葉面飽差Ｄ’及び葉温Ｔ１[K]が入力される（ステップＳ１３）。蒸散量演算部（個葉）１４０は入力された情報に基づいて、単位面積当たりの蒸散量（個葉）を演算する（ステップＳ２０）。
【００３４】
蒸散量演算部（個葉）１４０の構成例は図６であり、その動作（ステップＳ２０）を図１３のフローチャートを参照して説明する。
光合成モデル(Farquhar)として、下記数３で示される光制限化の同化速度ＪE（μmol/m2・s）が同化速度演算部１４１から蒸散量演算部（個葉）１４０内の選択部１４３に入力され（ステップＳ２１）、下記数４で示されるRubisco制限化の同化速度Ｊｃ（μmol/m2・s）が同化速度演算部１４２から蒸散量演算部（個葉）１４０内の選択部１４３に入力される（ステップＳ２２）。
【００３５】
【数３】
2016149976.tif 000005
【００３６】
【数４】
2016149976.tif 000006
ただし、Vmは蒸散量計測から求めた係数であり、Vm=100（Rubisco能力/ケヤキ）である。Ｃｃｉは葉内細胞間隙ＣＯ２濃度であり、Ｃｃｉ＝250である。Γ＊はＣＯ２補償点(=40.4)、ｅｍは最大光量子収率(=0.08)、ＫｃはＣＯ２ミカエリス定数(=300)、ＫｏはＯ２阻害定数(=300)であり、ＣＯａは葉内細胞間隙Ｏ２濃度である。
選択部１４３は同化速度ＪＥ及びＪＣのうちの反応速度の遅い方を選択して光合成速度演算部１４３に入力すると共に（ステップＳ２３）、下記数５で表される呼吸速度Ｒｄ（μmol/m2・s）を呼吸速度部１４４から入力する（ステップＳ２４）。
【００３７】
【数５】
2016149976.tif 000007
ただし、Ｒｄ２５は25℃時の呼吸速度(=1.5)、ｑは温度係数(=0.069)である。
次に、光合成速度演算部１４５は、下記数６に従って光合成速度Ａ(NAR)[μmol/m2・s])を演算する（ステップＳ２５）。
【００３８】
【数６】
2016149976.tif 000008
上記数６で演算された光合成速度Ａは気孔コンダクタンスモデル部１４６に入力され（ステップＳ２６）、下記数７で示される気孔コンダクタンスｇSWを形成する。
【００３９】
【数７】
2016149976.tif 000009
上記数７で得られた気孔コンダクタンスｇSWは、下記数８で示される葉面境界層コンダクタンスｇａと共に、単位面積当たりの蒸散量演算部１４８に入力される（ステップＳ２７）。葉面境界層コンダクタンスｇｖａは、対流による葉表面における水蒸気の境界層コンダクタンスである。
【００４０】
【数８】
2016149976.tif 000010
蒸散速度演算部１４８は、気孔コンダクタンスｇSW、葉面境界層コンダクタンスｇｖａ、大気飽差Ｄ及び大気圧Ｐに基づいて、下記数９に従って単位面積当たりの蒸散量Ｅを演算する（ステップＳ２８）。
【００４１】
【数９】
2016149976.tif 000011
上述のようにして蒸散量演算部（個葉）１４０より単位面積当たりの蒸散量Ｅが演算され、単位面積当たりの蒸散量Ｅは蒸散量演算部（樹木全体）１５０に入力される（ステップＳ３０）。
【００４２】
蒸散量演算部（樹木全体）１５０は単位面積当たりの蒸散量Ｅを入力し（ステップＳ３０）、樹木情報を入力し（ステップＳ３１）、更に街区の熱収支シミュレーション部１２０で演算された吸収放射量Ｒａｂｓを入力する（ステップＳ３２）。蒸散量演算部（樹木全体）１５０は、レーザースキャナによる実測結果やＣＡＤの樹木モデルから葉面積密度ＬＡＤを入力し、下記数１０に従って樹木全体の潜熱輸送量ｌＥＴ［Ｗ］を演算する（ステップＳ３３）。下記数１０は、全てのメッシュで積算する。なお、蒸散量Ｅに蒸発潜熱ｌを乗じたものが潜熱輸送量ｌＥであり、蒸発潜熱ｌは入力部１０３からの入力値となっている。
【００４３】
【数１０】
2016149976.tif 000012
蒸散量演算部（樹木全体）１５０で演算された潜熱輸送量ｌＥは熱収支演算部１６０に入力され、熱収支演算部１６０で熱収支演算が行われ（ステップＳ３４）、顕熱輸送量Ｈ及び葉温Ｔ１が求められる。演算された顕熱輸送量Ｈが出力部１０５若しくはインタフェース１０６を経て出力され、演算された葉温Ｔ１は蒸散量演算部（個葉）１４０にフィードバックされる（ステップＳ３５）。
【００４４】
なお、葉温Ｔ１を熱収支演算部１６０で演算後に蒸散量演算部１４０にフィードバックした際は、大気飽差Ｄは葉面飽差になる。
【００４５】
熱収支演算部１６０は、入力された吸収放射量Ｒａｂｓ、潜熱輸送量ｌＥ、気温Ｔａ、風速ｕに基づいて、下記数１１に従って顕熱輸送量Ｈ及び葉温Ｔ１を演算して出力する。即ち、先ず数１１の上段の式で葉温Ｔｌを求め、次に数１１の中段の式で顕熱輸送量Ｈを求める。
【００４６】
【数１１】
2016149976.tif 000013
図１４は、街区の熱収支シミュレーション部１２０で計算を行い、出力した住宅地の表面温度分布の結果（夏季晴天日１２時）である。一般的な住宅地（ＣＡＳＥ１）と建物と緑地配置の改善例（ＣＡＳＥ２）を示している。樹木には、高木のケヤキの形態的・生理的特性をモデル化して入力を行っている。住宅地中央部にある公園と通路では、ＣＡＳＥ１では地面の表面温度が上昇しているが、ＣＡＳＥ２では、緑化により表面温度がＣＡＳＥ１よりも低下している。
【００４７】
図１５は、図１４に示す住宅地の断面において、気温分布の計算結果を出力したものである。街区の熱収支シミュレーション部で得られる表面温度分布、及び本発明で計算し、出力した樹木からの潜熱・顕熱輸送量を数値流体力学（ＣＦＤ）シミュレーションに入力して計算を行った結果である。ＣＡＳＥ１では、公園部分の気温の上昇が見られるが、ＣＡＳＥ２では、地表面温度の低下と樹木の蒸散作用により、それが改善されていることが分かる。ケヤキは蒸散量が多い樹種であることに加え、樹冠の上部に向けて広がった樹形をしており、さらに上部の葉面積密度も高いため、その部分において日射の遮蔽と日射の吸収を行い、蒸散量も多くなる。よって、地表付近の顕熱輸送量と気温上昇が抑制されることがシミュレーションによって確認できる。
【００４８】
以上により、本発明によって、街区において樹木を植栽することによる顕熱輸送量の低減効果、及びＣＦＤシミュレーションに入力することで、気温上昇の抑制効果が算出可能なことが確認できる。
【００４９】
なお、本発明は上述の発明を実施するための形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、その他種々の構成、方法を採り得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００５０】
１００        演算処理部
１００Ａ      ＣＰＵ（ＭＰＵ，ＭＣＵ）
１０１        プログラム
１０２        読取部
１０３        入力部
１０４        表示部
１０５        出力部
１０６        インタフェース（Ｉ／Ｆ）
１１０        記憶部
１２０        街区の熱収支シミュレーション部
１３０        放射演算部
１４０        蒸散量演算部（個葉）
１５０        蒸散量演算部（樹木全体）
１６０        熱収支演算部
【図１】
2016149976.tif 000026
【図２】
2016149976.tif 000027
【図３】
2016149976.tif 000028
【図４】
2016149976.tif 000029
【図６】
2016149976.tif 000030
【図１１】
2016149976.tif 000031
【図１２】
2016149976.tif 000032
【図１３】
2016149976.tif 000033
【図５】
2016149976.tif 000034
【図７】
2016149976.tif 000035
【図８】
2016149976.tif 000036
【図９】
2016149976.tif 000037
【図１０】
2016149976.tif 000038
【図１４】
2016149976.tif 000039
【図１５】
2016149976.tif 000040