広島工業大学紀要研究編
第 42巻（2008）pp. 53-58

論文

HOTMAC を用いた広島湾周辺における風系の再現計算
石 井 義 裕 ・木 野 村 達 哉(平成19年10月31日受理)

Numerical Calculation for Reproduction Wind Profile around Hiroshima
Bay Area Using HOTMAC

Yoshihiro ISHII and Tatsuya KINOMURA(Received Oct.31,2007)

Abstract
The land and sea breezes are observed in Hiroshima-city on a clear day. It affects atmosphereenvironment. The authours reproduced the temperature field with a wind system of Hiroshima-city
at a certain on a fine day in summer time in HOTMAC. The calculation result almost reproducedtemperature and the daily change of the land and sea breezes in Hirochima-city. The index ofagreement is used to check this model. The agreement in index is not found at noon,but closest atnight. The wind velocity has good precision. The mean index of the direction of the wind is 0.82,
but there are the some differences between the calculation result and observation. The calculation
condition has to examined continuously. Thedailychangeoftheland and seabreezes aremadevisiblearound Hiroshima bay.
Key Words: land and sea breezes, HOTMAC, index of agreement

注目し，アメダスデータと数値計算の両方から１．はじめに察する。

２．海陸風の概要

瀬戸内海気候に属する広島湾周辺都市では，年降水量が少なく晴天の日が多いため，海面温度と陸上温度との気温

海陸風とは沿岸域で日中は海から夜は陸からの風が一日差が大きくなり，海陸風が発生しやすい。このため，広島周期で吹く現象のことであり，海と陸地との温度差が原因湾周辺都市で発生している海陸風が，熱や大気汚染物質のとなって吹いている。

移流・拡散に影響を与えているとえられる。

海陸風は特定することが困難であるので海陸風が吹いた向井１)は広島湾周辺都市における海陸風特性と広域風系日を判定するための条件を以下に示す。

２)

に関する基礎的研究，清田 は，広島市広域圏における夏季①当日の４，５，６時に陸寄りの風向または，風速が 0.5

３)の海陸風が都市気候に及ぼす影響に関する研究，田村 はm/s 以下

広島湾周辺都市における海陸風特性と SPM 挙動に関する②当日の 14，15，16時に海寄りの風向および，風速が 1.0研究を行っている。これらをうけ，本研究では数値シミュ

m/s 以上レーションによって夏季晴天時における広島について風系③翌日の１，２，３時に陸寄りの風向または，風速が 0.5と温度場の理解と再現を目的とする。特に広島市中心部にm/s 以下

広島工業大学工学部都市建設工学科
広島工業大学大学院工学研究科建設工学専攻

53石井義裕・木野村達哉
表１ 計算メッシュ

表２ 地表面パラメータ

図１ 海寄りの風向および陸寄りの風向

宮田によると，これらの３条件をすべて満たす日を海陸風日と定義している４)。また図１に示すように海寄りの風向および陸寄りの風向については海岸線の方向から陸側に180°とった風向を「陸寄りの風向」，海側の方向に卓越風向をとり，その卓越風向から垂直に 90°ずつとったものを「海寄りの風向」と定義している。
計算を行い，これをもとに広島市中心部を細分化した東西３．シミュレーションの概要⑴

42㎞×南北 42㎞の小領域となる第３メッシュの計算を行

大気流動モデル HOTMAC

うネスティング法を採用する。計算メッシュについて表１

本 研 究 で は 三 次 元 大 気 シ ミュレーション モ デ ル HOT-に示す。

５)

MAC （High Order Turbulent M odel for AtmosphericCirculation）を用いる。大気成層中の乱流輸送は，M ellor・⑶

６)

Yamada の乱流完結モデル で記述されており，様々な地形や森林キャノピー，海陸境界の影響などを地表面パラメータ
各種土地利用形態と地表面パラメータを表２に示す。地慮できるモ

表面パラメータとしては，アルベド，粗度，土壌水分量にデルである。従来の大気モデルに比べて計算に要するデー加えて人工廃熱や比熱等の土壌パラメータも重要である。

タ量は格段に少ない。なお計算時間間隔は各時間ステップ

しかし，エネルギー利用に関する適当なデータを入手するにおいて CFL 条件を満足するように変更されている。

ことができなかったことから本研究ではこれを省略している。土地利用状況については国土地理院の 1/10細区分土地⑵

対象地域利用情報（KS 202‑1）に基づいて土地利用区分を与える。図

計算対象領域を図２に示す。地形情報は国土地理院の数３に示すのは第３メッシュにおけるこれらのデータを用い

値地図 250ⅿメッシュデータより与えられる。最初に東西て計算対象領域に土地利用データを与えたものである。

192㎞×南北 144㎞の大領域を対象とする第１メッシュに対して計算を行い，これを元に広島市周辺を中心とする東⑷西 68㎞×南北 68㎞の中領域を細分化した第２メッシュの⒜ 第１メッシュ

全天日射量
全天日射量に関しては広島地方気象台の毎時観測値を計⒝ 第２メッシュ
図２ 計算対象領域

54⒞ 第３メッシュ

HOTM AC を用いた広島湾周辺における風系の再現計算⒜ アルベド⒝ 粗度⒞ 土壌水分量

図３ 地表面パラメータ

算領域に与える。

値（hotmac）とアメダス観測値（amedas）の関係を見てみると日中は計算値が低く評価されており，夜間は高く評価⑸

高層気象
計算領域周辺には潮岬，輪島，米子，福岡の４地点で１日４回（３，９，15，21時）高層気象観測が行われている。
米子での観測値に特に重みをつけて風向，風速データを逆転層以上の計算格子点に初期条件として取り込む。
⑹

初期条件
海抜０ⅿにおける温位，風向，風速についてはアメダス観測所における日本標準時（JST ）０時の観測値から概算して与える。海抜０ⅿの気圧は広島地方気象台の JST ０時における値を用いる。海面温位の初期値は第六管区海上保安本部海洋情報部の月平値のデータより概算する。

４．モデルの検証⑴

計算対象日時本研究の目的より，地表面条件の変化が大気熱環境に大きく反映される日を選定してシミュレーションを実施する。日本列島が高気圧に覆われる夏場の晴天日として，1999
年８月 10，11，12日を計算対象日時とした。表３のように初期条件を設定し，地表面条件としてアルベド，粗度，土壌水分量を図３のように設定した。
⑵

計算結果第３メッシュの広島地点における気温，風速，風向についてアメダス観測値と計算結果の比較を図４に示す。計算表３ 初期条

図４ 計算結果とアメダスデータの比較55

石井義裕・木野村達哉

図５ 計算格子鉛直分布⒜ 50hr(AM 2：00)⒟ 50hr(AM 2：00)

図６ 風速鉛直分布(計算値)⒝ 62hr(PM 2：00)⒞ 68hr(PM 8：00)⒠ 62hr(PM 2：00)⒡ 68hr(PM 8：00)

図７ 1999年８月 12日経時変化されていることが確認できる。また計算値は一様な日周変隔が粗くなっている。これは接地層付近においては摩擦力化をしているが観測値は最高気温，最低気温ともに上昇傾の影響を受ける風速の変動が大きくなるために密に計算格向であることが確認できる。風速は計算値がアメダス観測子を設定するためである。1999年８月 12日の２時と 14時

値よりも平における広島地点上空の東西，南北，鉛直方向風速 u，v，w

0.6m/s 小 さ く 評 価 さ れ て お り 最 大 で 1.2m/s 小さく評価された。風向は計算値とアメダスの観測値の鉛直分布を図６に示す。の差がほぼ無くかなりの精度で再現されているといえる。

広島市においては晴天時には海陸風が観測されており，以上のことより計算結果は気温や海陸風パターンの日周変それにより熱・物質の移流・拡散といった大気環境に影響化を概ね再現していることが分かる。

を与えている。図６を見ると低層部において夜間の陸風

次に鉛直方向の計算層と標高の関係を図５に示す。計算(v＜0)，日中の海風(v＞0)が再現されている。それに伴う格子は鉛直方向には低層では密に，高層になるに従って間反流も高層において再現されていることがわかる。
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HOTM AC を用いた広島湾周辺における風系の再現計算⑶

計算結果の可視化
第３メッシュにおける風，気温の経時変化を図７に示す。図２⒞に広島，可部，呉の計算地点を示している。まず広島について着目してみると，海陸風が再現されていることが確認できる。内陸部となる可部に着目すると広島と似た風系が再現されている。68hr の時点で海風の切り替わりが広島よりも早く陸風の時間が長い。この風系は局地風である山谷風の影響を受けているとえられる。続いて呉に着目すると風の強さは広島に比べて小さいが広島と同様に海陸風が再現されていると確認できる。可部は先にも述べたように内陸部となるため海風が他の２地点に比べると小さい風である。
場全体を見ると内陸部側は山筋に沿うように風が吹いており，昼間は都市部の風が他の地域に比べ強めに吹いている。また気温の変化は都市部となる広島は夜間でも 25℃を越える熱帯夜となっており他の地域に比べると１℃以上高い。日中は約９割の地域で 30℃を越えていることが再現され真夏日であったことが確認できる。
⑷

計算結果の精度
向井１)によると地球物理学分野におけるシミュレーショ

ンモデルの評価指標として Willmott(1982)，Willmott etal(1985)はいくつかの総計量を提案している。
計算結果とアメダス観測値の誤差を表す指標として以下に示すモデル一致性インデックス(index of agreement)を用いる。
∑−∑′＋＝1−⑴′′
＝−⑵′
＝−⑶

∑

⑷

＝1⑴式より求められるモデル一致性インデックス
算値と観測値が完全に一致した場合は致の場合は＝0.0を示す。ここでは，計図８ モデル一致性係数ｄ経時変化＝1.0，全くの不一は各地の計算値，においてはかなり良い精度である。風向は夜間に大きく誤は各地の観測値， はデータ数である。今回モデル一致性イ差が生じ，日中の誤差は小さい。平

ンデックスは１時間ごとに 72時間まで評価する。

場全体としての再現性は高いと

図８に気温，風速，風向に関するモデル一致性インデッ＝0.82となり，えられる。気温が観測値とのずれが大きく，改めて計算条件を検討する必要があ

クスの経時変化を示す。気温は日中に特に誤差が大きく夜間には誤差が小さくなる傾向にある。平

値はる。のモデル一致性

５．結論

インデックスは d＝0.56となり今回の計算は気温場に関しては，あまり良い精度とはいえない。風速は大きく誤差が本研究では広島湾周辺を対象にして数値シミュレーショ生じたのは夜間であり日中は誤差が小さくほとんどの時間ンを行い，風系と温度場の再現を検討した。気温は計算値において d＞0.7，特に３日目は d＞0.8であり今回の計算とアメダス観測値とばらつきが目立ち最大で約３℃のずれ
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石井義裕・木野村達哉があった。風速，風向は計算値と観測値にずれが少なく良２) 清田忠志：広島市広域圏における夏季の海陸風が都市い精度で再現することが出来た。可視化によって広島湾周気候に及ぼす影響に関する研究，p.73，広島工業大学修

辺の海陸風の日周変化が確認できた。

士論文，2004

今回の計算において気温の平のモデル一致性インデッ３) 田村満：広島湾周辺都市における海陸風特性と SPM

クスが d＝0.4であり，あまり温度場が再現されなかった。

挙動に関する研究，p.197，広島工業大学修士論文，2005

こうした問題点を改善するために，①今回慮しなかった

４) 宮崎 賢 二：広 島 県 の 海 陸 風，pp.13−pp.27，渓 水 社,第２メッシュ以上のアメダス観測点の追加，②高層気象の1982

再検討等が今後の検討課題である。

参文

５) T.Yamada：A numerical simulation of urbanizationon the local climate,J. Wind Engineering and Indus-

献trical Aerodynamics, 81, pp.1‑19, 1999

１) 向井正志：広島湾周辺都市における海陸風特性と広域

６) G.L.M ellor and T.Yamada：A hierarchy of turbu-

風系に関する基礎的研究，p.197，広島工業大学修士論

lence closure models for planetary boundary layers,文，2004

J.Atmos. Sci.31, pp.1791‑1806, 1974

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