（様式 20）成果報告書

TSUBAME 共同利用 平成 27 年度 産業利用 成果報告書

利用課題名 気象イベントを考慮した建築環境解析システムの高度化
英文：Sophisticated Building Environment Analysis System under Weather Events
利用課題責任者
PHAM VAN PHUC
所属： 清水建設（株）技術研究所
Affiliation： Institute of Technology, Shimizu Corporation
URL： http://www.shimz.co.jp
本利用課題では，TSUBAME スパコンに WRF 気象モデルを用いて，気象イベントを考慮できる建築環境の上空における大型台風や竜巻・突風等の局所的な気象現象の再現を試みた．本報では，2012 年 5 月に茨城県で発生した大型竜巻を対象にして再現解析を実施した．気象観測データ等との比較により、高解像度で計算した気象モデルによりメソサイクロン構造とそこから発生した竜巻の再現を確認した．
A mesoscale meteorogical analysis system for build environment has been developed consideringthe effects of extreme weather events such as large typhoons, tornadoes. An effort has been made toobtain the real tornado flow field under reproducing a real tornado event on 6th May 2012 in Japanby using the meteorological model. Simulated meteorological parameters and tornado like vortex
have been found in good agreement with observation results.

Keywords: Tornado, WRF, Building Environment, Weather Event

背景と目的

本報ではその突風を得るために，2012 年 5 月 6 日 12

竜巻・突風などの気象イベントによる人的，経済的ロ時 35 分頃に，茨城県常総市とつくば市で多くの建物をスは極めて大きい．特に，竜巻では建物や鉄道施設に破壊した竜巻を対象として，再現解析を行った（図-1 は甚大な被害が発生しており，内閣府の防災基本計画に当時の建物の転倒被害の一例である）．また，記録されも風水害に係る事象として竜巻などの突風が明記され，た被害状況および気象観測データ等との比較によりそ竜巻の発生予測は先端科学技術の開発として重点的の再現精度が確認できた．に取り組まれている．また，米国で 2011 年に発生した

なお，解析は異なる数値予報データとネスティング方

竜巻は，多数の死傷者の発生に加えて原子力発電施法 を 用 い て ， メ ソ 気 象 モ デ ル WRF1) （ Weather

設の稼働に影響を与えるなど，気象イベントは国際社

Research and Forecasting）を採用した．WRF は気会にも大きなインパクトを与えた．

圧，風，気温，水蒸気などで表せる大気の状態変化をそこで，本利用課題はまず，気象モデルを用いて，これらの気象イベント，特に竜巻イベントの再現を試みた．

流体力学や熱力学等の物理法則に基づいて解析できる計算コードである．

これより，既存に開発された広域建築環境解析との連携を行い，記録結果や観測データとの比較により，その気象イベントの特徴と，地上付近建築環境等へ与える影響を調べており，気象イベントを考慮できる合理的な建築環境の構築を目指すものである．

概要
竜巻などに置かれた建物の風圧力を予測するためには，建物に接近する竜巻場の突風の再現が必要となる．

図-1 竜巻による建物の転倒被害

（様式 20）成果報告書
書
計算概要

図－
－2 に解析領
領域 A (WRRF, d01~d055)と解析領域
域

解析領域ととしては，まずず，竜巻に起因因する積乱雲のの再B(WWRF-LES, d06~d07)を示
d示す．各領域の中心緯度・現を目的としし，親領域の水水平解像度をを 16.2km(d001)と竜巻の開始位
経度度は，つくば市市に発生した竜位置とした．ここ

して 5 段階ネ
ネスティングよより最終評価領領域（d05）でのの水れよより発生されたた竜巻の周辺辺を局所的に高高解像度化しし平解像度を 200m とした．鉛直方向のの気圧準拠座標
標にて計計算できる．表
表－1 は解析ススキームであるる．

ついては地表
表から 60 層をを設定した（以以下，解析領域域Aと称する）．この解析領域の初期値・境界値に は

結果
果および考察察NCEP-NFL
L の全球客観観解析データ
タを用いて，WWRF

解析精度を検討するためめに館野高層層気象台の高高の 2way ネス
スティング解析析を行った．計
計算期間は 22012

層観観測データと地地上観測デー
ータ，および記記録された竜竜年 5 月 6 日 09:00 から 24:00
2までの 15 時間とした
た．こ巻被被害中心線 3)を用いた．

れにより初期期値は竜巻発生の約 3 時間前となる．海時
海面図－3
図は 09:00 頃においてて NCEP-NFL
L 全球客観解解

温度には，FFNL データのの表面温度を 6 時間毎に与与えた．

析デ
データからマッッピングされたた WRF(A, d05)の初期値
d値

地形標高デー
ータは USGS
S の緯度・経度
度 30 秒間隔のの全と高高層観測デーータとの比較 である．一方方，図－4 は

球数値標高 データと，よりり空間分解能能の高い国土地
地理21:00 頃においてて WRF(A, dd05)解析から得得られた結果
果院数値地図 50m 標高デデータを用いた
た．土地利用情情報と高高層観測データとの比較でである．WRF 解析から得ら
解らは USGS デデータを採用しした．

れた
た風向・風速，気温と相対湿
湿度の鉛直分
分布は観測結結竜巻の再現現を目的とすするために，解析析領域 A の最最終果とと良く一致するることが分かる
る．

評価領域 d005 を親領域ととしてさらに 2 段階ネスティ
ィング

図－5
図には地上上観測データ
タと WRF(A, d05)から得ららより最終の水水平解像度を 50m とした．
．以下，解析領
領域れたた結果との比較
較を示す．竜竜巻が発生してている時刻ににB と称する．初期値・境界界値は解析領域 A(d05)かから計

海面面気圧の低下下や風速の急急増，地上気温温の増加と相相算された結果
果をマッピンググした．また，解解析は WRF
F の対湿湿度の低下がが再現された等
等，観測とよく整合しており，

LES スキーームを採用してて 1way ネス
スティングを行行った

当時時の環境場の再現ができてていたと考えらられる．

（以下，WRFF-LES とする
る）．

図－－6 には 12:330 と 13:00 ににおける WRFF(A， d05)のの計算算から得られたた渦度の等値値面（0.02/s）と観測されたた竜巻
巻被害中心線線（赤い線）と の比較を示す
す．竜巻被害
害
中心心線付近にははメソサイクロンンに相当する幅
幅 20km 複数渦渦が生成されてている．12:300 には竜巻被被害中心線①①，②（（竜巻発生時 12:35，12:400 頃）のやや西西側に鉛直渦渦が形形成されて，13:00 頃にはは被害中心線ににほぼ沿ってて反時時計回りに急成成長しながら北北東に進んででいる．

(a) 領領域 A(b)( 領域 B

図－2 解析領域の概解
要表－－1 WRF の主な解析スキのキーム 2)

図－7
図には WRF(A, d05)かから得られた 12:50
1の地表
表
面温
温度分布と生生成された渦ととの関係を示す．なお，図図－77(b)は図－7(aa)にある点線 の北西側からら見た 3 次元
元
拡大大図である．周周辺の大気はは温度が低く，暖かい南西西雲微物理過過程

Lin (PPurdue)

地表面

Moninn-Obukhov

土壌-地表面面

Unifieed Noah LS
SMかるる．また，侵入入してくる暖かい
い空気は渦のの内部で上昇
昇

大気境界層

YSUし，渦の西側からら冷たい下降降気流が水平に吹き出した
た

大気放射

RRTM
M （長波），Goddaard (短波)等，竜巻をもたららすメソサイク
クロンの典型的的な構造が示
示

積雲パラメタタリゼーション

Grell--Freitas

風がが侵入することとで，強い鉛直直渦が形成さされることが分分されれている．なおお，形成されたた渦内に 20mm/s 以上の強強い上上昇流が発生生していることがが分かる．

（様式 20）成果報告書書(a) 海面面気圧(a) 風速(b) 風向(b) 風風速(c) 気温
図－3(d) 相対湿度

データとの比較 (09:00 )高層観測デ(c) 地上上気温(a) 風速(b) 風向(d) 相対対湿度
図－5 地上観測デ
データとの比比較(c) 気温図－4(d) 相対湿度

データとの比比較 (21:00)
高層観測デ

6 竜巻被害中中心線との比較較
図－6

（様式 20）成果報告書
書
図－8 にはは WRF-LES
S(B, d07)からら得られた渦のの等値面（値：0.005/s）を示す．
．被害地付近近に地上に伸 びる強い渦が形成成されており，北東に進んおり，実際に発発生した竜巻に相相当するものとと考えられる．ただし，計算算から＜参参考文献＞
1) WRF: http://wwww.wrf-model.oorg/index.php
sers' Guide，Veersion 3.6, 2014
4.
2) WRF: WRF Us
2 年 5 月 6 日にに発生した竜巻等等について（中中3) 気象庁：平成 24
間 報 告 そ の2 ）． 気 象 庁 ホ ー ム ペ ー ジ ，得られた竜巻
巻の風速は 40m/s
4以上にに達せず，実際際のhttp://www.jmaa.go.jp/jma/presss/1205/16c/top
ppu120516.pdf ,竜巻被害か ら推定されたた風速と比べててやや低い値
値とな

2012.っている．今てい
今後は計算格子子解像度の検検討や使用してる数値モデル
ルの検討など
ど，その要因をを調べる予定 である．

まとめ，今後後の課題本研究で は，竜巻が建建物に接近すする時の環境場場を得るために，2012 年 5 月 6 日につくばば市で発生した
た F3
竜巻を対象ととして気象モデ
デル WRF を用いることによより，その気象イベベントの再現解解析を実施しした．気象観測
測データや竜巻被被害中心線ととの比較によりり，高解像度 化した気象モデル
ルによりメソササイクロン構造
造とそこから発 生した竜巻の再現現を確認できた．
今後，メソソ気象モデルとと数値流体解解析との連携解
解析
により竜巻にに曝された建物物の風圧力ととその特徴を評評価する予定であある．

(a)平平面図(b) 3 次元拡大図
次図－77 地表面温度度分布と生成成された渦図－8 被害地域付付近で地上に伸伸びる竜巻