研究報告

福岡市都心部の対照的な広場における熱環境の同時観測
田
1．はじめに中憲

一＊

日本海に面し，西側および南西側は脊振山地の一角

最近，都市におけるヒートアイランド現象に関連を成すが，市域の多くは福岡平野内にある。観測をし，各種の熱環境観測が各地で実施されている。ヒー実施した福岡市中央区天神は，福岡市における商業トアイランド対策の一つである地表面被覆の改善にの中心地区であり，約 2km 東にビジネスの中心であ関しても，効果把握を目的とする緑地内の熱環境観る博多駅地区が近接する。

測が，多くの研究者により実施されている

1) − 6)。

2003 年に福岡市が市内で実施した気温観測におい

しかし，これらの事例の多くは，現存する街に対て，天神・博多駅地区の気温が他の地域よりも高いする今後のヒートアイランド対策としては，新規整という，いわゆるヒートアイランド現象が確認され備が事実上困難な大規模緑地を観測対象としており，ており 7)，現在，主に天神・博多駅地区を対象とす

ヒートアイランド対策としての今後の緑地整備の在る熱環境改善施策の検討が，福岡市により進められり方を検討する際の基礎データとしては必ずしも適ているところである。

切ではない。また，現存の人工被覆面を緑地化したときの効果を過不足なく把握しようとすれば，たと3．調査内容

えば緑地と同規模で地理的に近接し，周辺建物の立3.1

調査時期および地点

地状況も類似な人工被覆広場というような，地表面現地観測は，2006 年 8 月 2 日から同年 8 月 6 日

被覆以外の条件が揃った空間を対照区とする同時観までの 5 日間にわたり実施した。調査地点は，福岡測が望まれるが，そのような理想的な対照区を設定

市中央区天神一丁目にある福岡市役所本庁舎の東西できた観測例は少なく，さらに放射や熱フラックスにある特徴的な 2 地点である（図 2）。1 地点は，外の成分別観測まで実施された例はほとんどない。

周部に緑陰を有する芝生広場の天神中央公園である。

本研究は，福岡市の都心にあって地理的に近接し，公園の北側には大規模な屋上緑化ステップガーデン

地表面被覆が異なる同規模の公園広場において，熱を有するアクロス福岡が，西側には 15 階建ての福岡環境の現地観測を行い，放射環境や地表面熱収支を市役所本庁舎があり，東側には二級河川那珂川の支成分別に比較することにより，都心における公園整川である薬院新川が流れているが，その東側を除く備が気温低減に果たす役割を検討したものである。

3 方向は 14 〜 15 階の高層ビルに囲まれている。もう 1 地点は，福岡市役所本庁舎の西側に位置する福2．調査地域の概要

岡市役所ふれあい広場である。四方を 8 〜 15 階の高調査を実施した福岡市は，福岡県の西部に位置す層ビルに囲まれた白色擬石張りの人工被覆広場である面積約 341km ，推計人口約 144 万人（2009 年 1り，天神中央公園とは福岡市役所本庁舎を間に挟ん月現在）の九州一の都市である（図 1）。市の北側はだ隣接関係にある。

2＊（財）九州環境管理協会

環境部主任研究員
31

図１
3.2

調査地域
図２

調査内容

測定項目，測定機器および測定時間間隔の概略を

表1

表 1 に示す。なお，調査に用いた温湿度センサと熱地点名

測定項目，測定機器および測定時間間隔

電対については，現地測定の前後に，標準棒状温度計とアスマン式通風乾湿計を用いて校正を行い，得芝生広場
白色擬石広場られた校正式を用いて現地測定値を補正した。
3.3

調査期間の気象概況等
市役所屋上

観測地点から西に約 2.5km の位置にある福岡管区

調査地点

測定項目
使用機器（センサ名）
間隔
気温・湿度
温湿度センサ＋自作強制通風式シェルター
1分( 地上 1.2m) （T&D おんどとり TR-3110）
グローブ温度 温度センサ＋グローブ温度球
1分( 地上 1.2m) （T&D おんどとり TR-0106）
地表面温度
T 熱電対
30 秒
放射収支
長短波放射計（英弘精機 MR-40）
30 秒( 地上 0.3m)
地中伝導熱量 熱流計（英弘精機 MF-180M, MF-200） 30 秒
顕熱輸送量
超音波風速温度計（KAIJO DA-600） 0.1 秒( 地上 0.6m)
天空率
魚眼レンズ装着デジタルカメラ−
風向・風速
超音波風速計（KAIJO SAT-530）
30 秒

気象台の気象観測値によれば，現地観測期間である

生広場上の観測地点は，16:30 以降は福岡市役所本2006 年 8 月 2 日〜 6 日の 5 日間は，昼夜ともに概庁舎の日陰に入る。白色擬石広場上の観測地点は，

ね晴天の真夏日であった。1mm/ 日以上の降雨は，710:00 までは福岡市役所本庁舎の日陰に入り，16:00

月 24 日に 38.5mm/ 日，翌 25 日に 8.5mm/ 日が観測

以降は広場西側のビルの陰に入る。以降に示す観測された後は，現地観測終了まで全く観測されていな結果のうち，特に日照条件の影響を強く受ける項目い。

（地表面温度，放射収支等）について，上記の時間帯にみられる地点間の差は，主に日照条件の違いによ

観測対象とした芝生公園は，7 月末日まで芝生のるものである点に注意されたい。

張替工事にともなう養生期間にあり，現地観測は養生期間の終了直後に実施した。公園利用者の踏圧に4.1

よる芝生の損傷等はほとんどなかったが，所々に土風向・風速壌の露出がみられるなど，生育状況は必ずしも十分

周辺建物の影響を受けにくい福岡市役所本庁舎のではなかった。また，公園管理者によれば，7 月 25

屋上（地上約 60m）における 8 月 5 日の風向・風速

日の降雨から現地観測終了までの間，芝生への散水の観測値を図 3 に例示する。昼夜の海陸風の傾向がは実施されていない。

顕著に現れており，日中は海風（北風），夜間は陸風（南風）が卓越していた。

4．観測結果4.2

観測は，両地点とも広場の中心で実施したが，天気温・湿度・グローブ温度・地表面温度

空率は芝生広場と白色擬石広場でそれぞれ 65% と芝生広場と白色擬石広場における 8 月 5 日の気温，42% であり，周辺の建物立地状況が異なるために，相対湿度，グローブ温度および地表面温度を図 4 に両地点で日照条件が異なる時間帯が存在する。芝

例示する。
32

風速 (m/s)

N
432
1012
34 S

<2006/08/05 00:00〜2006/08/05 23:50> Ｎ
432
10
123
S 40:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00

図３800

気温

グロ ーブ 温度

地表面温度

相対湿度

芝生広場

30
25
20
2006/8/5 0 : 00

2006/8/5 6 : 00

2006/8/5 12 : 00

2006/8/5 18 : 00

気温

グロ ーブ 温度

地表面温度

2006/8/5 6 : 00

(W/m2)
1,000(%)
10090800

Sw↓

白色擬石広場

80
70

3530

60502520
2006/8/5 0 : 00

図４

2006/8/5 6 : 00

2006/8/5 12 : 00

2006/8/5 18 : 00

Sw↑

2006/8/5 18 : 00

Lw↓

2006/8/6 0 : 00

Lw↑

白色擬石広場

400
200
0−200
2006/8/5 0 : 00

(%)
100
90

4540

2006/8/5 12 : 00

600

4030
2006/8/6 0 : 00

相対湿度

Lw↑

0−200
2006/8/5 0 : 00

2006/8/5 6 : 00

図５(℃)
5550

Lw↓

200

605035

Sw↑

400

80
70

40

Sw↓
芝生広場

600

風向・風速の観測値（市役所本庁舍屋上）

(℃)
55
50
45(W/m2)
1,000

4.3

2006/8/5 12 : 00

2006/8/5 18 : 00

2006/8/6 0 : 00

放射収支の観測値

放射収支芝生広場と白色擬石広場における 8 月 5 日の放射量 4 成分（日射量，反射日射量，大気放射量，地表40302006/8/6 0 : 00面放射量）を図 5 に例示する。
日 射 量 Sw ↓ は， 両 地 点 と も 日 向 に な る 時 間 帯

気温・グローブ温度・地表面温度・相対湿度の観測値（10:00 〜 16:00）は地点間の差はほとんどなく，大気放射量 Lw ↓も概ね同程度であった。反射日射量
Sw ↑は白色擬石広場の方が大きく，観測値より求気温と相対湿度は昼夜ともに，芝生広場と白色擬めた日射反射率は，芝生広場と白色擬石広場でそれ石広場とでほとんど差が認められなかった。芝生広ぞれ 0.23 と 0.35 であった。地表面放射量 Lw ↑は，場の東側は河川（薬院新川）に面しているため，河観測地点の地表面温度と同様の挙動を示しており，

川上の " 風の道 " を通じて海から芝生広場に冷気がLw ↑と地表面温度の観測値より求めた射出率は，芝流入することが期待されたが，芝生広場の外周部や生広場と白色擬石広場でそれぞれ 0.95 と 0.97 であっ

河川の橋上で同時に観測した気温の測定値によれば，た。

効果は芝生広場内にはほとんど及んでいなかった。
グローブ温度は，昼間の最大値は両地点で大差は4.4

地表面熱収支なかった。夜間は，白色擬石広場では気温とほぼ同

芝生広場と白色擬石広場における 8 月 5 日の地表じ値で推移するのに対し，芝生広場では気温よりも面熱収支の各成分（正味放射量，地中伝導熱量，顕2 〜 3℃低くなっており，夜間の放射冷却が白色擬石

熱輸送量，潜熱輸送量）を図 6 に例示する。

広場よりも強くはたらいていることが推察された。

芝生広場における潜熱輸送量 lE ↑は，正味放射量

地表面温度は，両観測地点とも 4 本の熱電対を設Rn ↓，地中伝導熱量 G ↓，顕熱輸送量 H ↑という置して測定を行っており，図 4 に示した結果はその3 項目の観測値の差分により求めた。白色擬石広場

平均値である。日差しが強くなる正午頃の最大値はでは，潜熱輸送量 lE ↑をゼロと仮定し，正味放射量両地点とも同程度であったが，雲により日が陰った

Rn ↓と顕熱輸送量 H ↑の観測値の差分を地中伝導直後や観測地点が周辺建物の日陰に入った直後の表

熱量 G ↓とした。G ↓は白色擬石広場上でも観測し面温度低下は芝生広場の方が速やかであった。また，ているが，H ↑と G ↓の観測値の誤差評価を行った

夜間は全般的に，芝生広場の方が 2 〜 4℃低かった。

結果，H ↑の方が信頼性が高いと判断し，G ↓は観33

G↓

H↑

600

lE↑

G↓

500

2006/8/5 12:00

2006/8/5 18:00

G ↓, H ↑, lE ↑ (W/m2)(W/m2)
Rn↓
700
600
芝生広場500
400
300
200
100
0−100
−200
2006/8/5 0:00
2006/8/5 6:00

2006/8/6 0:00

芝生広場

400
300

H↑

潜熱lE ↑
y = 0.6196x + 13.028

lE ↑顕熱H ↑y = 0.2652x - 0.9763

200
1000

地中伝導熱G ↓y = 0.1152x−12.05−100(W/m )
Rn↓
G↓
700
600
白色擬石広場
500
400
300
200
100
0
−100
−200
2006/8/5 0 : 00
2006/8/5 6 : 00
2006/8/5 12:00

図６H↑

−200
−100

0100

200

300

400

500

600

700

Rn ↓ (W/m2)
600

G↓

500

2006/8/5 18:00

G ↓, H ↑ (W/m2)

2

2006/8/6 0 : 00

地表面熱収支の観測値

白色擬石広場H↑400
地中伝導熱G ↓y = 0.8206x−25.959

300
200
1000

顕熱H ↑
y = 0.1794x + 25.959

測値の代わりに Rn ↓と H ↑の差分値を用いること−100とした。

−200−100

正 味 放 射 量 Rn ↓ の 日 最 大 値 は， 芝 生 広 場 で 約0100

200

300

400

500

600

700

Rn ↓ (W/m2)

600W/m2，白色擬石広場で約 450W/m2 と，芝生広図７

純放射量 Rn ↓と他の熱収支成分の比較場の方が大きかった。これは，昼間の上向き放射量（上：芝生広場，下：白色擬石広場）（反射日射量，地表面放射量）がともに，芝生広場の輸送量，地中伝導熱量および潜熱輸送量をとった散方が小さいためである。顕熱輸送量 H ↑の日最大値

布図を作成した（図 7）。

は約 200W/m であり，芝生広場と白色擬石広場で概芝生広場では，回帰直線の傾きは，lE ↑，H ↑，ね同程度であった。地中伝導熱量 G ↓の日最大値は，G ↓に対し，それぞれ約 0.62，約 0.27，約 0.12 である。

白色擬石広場では約 400W/m と大きく，それに対しつまり，正味放射量 Rn ↓の約 62% が潜熱 lE ↑に，て芝生広場では約 100W/m2 と小さかった。

約 27% が顕熱 H ↑に，残りの約 12% が地中伝導熱

22

顕熱輸送量，気温および地表面温度の測定値より，G ↓へと転化しており，放射により地表面が受けた対流熱伝達係数を求めた。両地点とも，地上 0.6m

熱の約 6 割が気化熱として消費され，約 3 割が大気で測定したスカラー風速が最大でも 2.5m/s 未満と小を加熱し，約 1 割が地中に蓄積される。顕熱 H ↑のさかったこともあり，対流熱伝達係数に有意な風速回帰直線の切片はゼロに近く，正味放射量 Rn ↓と依存性は認められず，芝生広場上では 10W/(m2 K)

顕熱 H ↑の回帰直線は原点を通る右上がりの直線と程度，白色擬石広場上では 7.5W/(m K) 程度であっみなせるため，芝生広場上では Rn ↓と H ↑が常にた。これらは，顕熱輸送の交換係数 CHU に換算する同符号という関係が概ね成立する。これは，正味放と， そ れ ぞ れ 8.5 × 10 − 3 (m/s)，6.4 × 10 − 3 (m/s)

射 Rn ↓と常に逆向きの顕熱 H ↑が生じていることとなる。また，芝生広場上における顕熱輸送の交換を意味している。すなわち，昼間の受熱時には顕熱係数，潜熱輸送量，気温，相対湿度，地表面温度かにより大気が加熱されるが，夕方に Rn ↓の向きがら求めた蒸発効率は，約 0.26 であった。

変わって地表面が放射冷却状態になると，顕熱も速2

やかに向きが変わって大気の冷却が生じるようになる。このことは，地中伝導熱量 G ↓の回帰直線から5．地表面における熱輸送機構の比較
芝生広場と白色擬石広場における熱収支特性の違も裏付けられる。Rn ↓の最小値付近では，Rn ↓がいをみるために，横軸に正味放射量を，縦軸に顕熱− 50W/m2 程度であるのに対し，G ↓は− 20W/m2
34

純放射熱
12.71

顕熱放出
3.32

潜熱放出
8.45

純放射熱
6.99

芝生面

潜熱放出
0.00

白色擬石面

昼間（5:30〜19:30）

放射冷却
1.48

昼間（5:30〜19:30）

2

地中熱蓄積
0.93

顕熱吸収
0.45

単位：MJ/m

2

地中熱蓄積
4.31

潜熱吸収
0.39

放射冷却
2.27

顕熱放出
0.48

単位：MJ/m

潜熱吸収
0.00

白色擬石面

芝生面

夜間（19:30〜翌5:30）

夜間（19:30〜翌5:30）

2地中熱放出
0.64

図８

顕熱放出
2.68

単位：MJ/m2

地中熱放出
2.75

昼夜の熱輸送量の積算値（芝生広場）

図９

単位：MJ/m

昼夜の熱輸送量の積算値（白色擬石広場）程度である。符号を逆転させて鉛直上向きを正の向ば，G ↑ = 100W/m2 に対して Rn ↑ = 90W/m2，すきとすれば，Rn ↑ =50W/m2 に対して G ↑ = 20W/

なわち夜間には放射冷却を上回る地中蓄熱の放出がm2 と，上向きの Rn が上向きの G よりも大きい。芝生じている。夜間には，放射冷却だけでは昼間の地生面では昼間の地中への蓄熱が少ないために，夜間中の蓄熱が放熱できず，その差が夜間においても顕の地表面の放射冷却が地中から大気への放熱を上回熱として大気を加熱していると考えることができる。

り，地表面温度が速やかに気温以下になって，大気地表面での熱輸送機構の違いを，上記とは異なるの熱が顕熱として地表面に吸収されていると考える視点で視覚化するために，芝生広場と白色擬石広場ことができる。

における地表面熱収支の各成分を昼夜別に積算した。

白色擬石広場では，回帰直線の傾きは，H ↑およ

昼夜の区分は便宜的に日射の有無で行うこととし，び G ↓に対し，それぞれ約 0.18 および約 0.82 であ昼間を 5:30 〜 19:30，夜間を 19:30 〜翌 5:30 とした。

る。つまり，正味放射量 Rn ↓の約 18% が顕熱 H ↑に，昼夜の熱移動量を観測日毎に積算し，その 5 日約 82% が地中伝導熱 G ↓へと転化しており，放射間の平均値をもとに模式図を描くと，図 8 およびにより地表面が受けた熱の約 2 割が大気を加熱し，図 9 のようになる。芝生広場上では，昼間の正味放残りの約 8 割が地中に蓄積される。顕熱 H ↑の回帰

射 熱 12.71MJ/m2 の う ち， 顕 熱 と し て 3.32MJ/m2

直線の傾向が芝生広場と異なるのは，回帰直線が原が，潜熱として 8.45MJ/m2 が大気中に放出され，地点を通らず，Rn ↓ < 0 でもなお H ↑ > 0 となって中への蓄熱は 0.93MJ/m2 と少ない。白色擬石広場

いることである。これは，夜間に地表面が放射冷却上では，昼間の正味放射熱 6.99MJ/m2 のうち，半状態にある中でも，鉛直上向きの顕熱輸送すなわち分 以 上 の 4.31MJ/m2 が 地 中 に 蓄 熱 さ れ る と と も地表面による大気の加熱が続くことを示すものであに，2.68MJ/m2 と い う 芝 生 上 と 同 程 度 の 顕 熱 放 出る。また，地中伝導熱量 G ↓の回帰直線で，Rn ↓が生じている。夜間になると，白色擬石広場上ではの最小値付近をみると，G ↓の最小値が− 100W/m2

地中から地表面に 2.75MJ/m2 の熱が伝導し，その程度であるのに対し，Rn ↓の最小値は− 90W/m2 程

うち 2.27MJ/m2 は放射によって冷却されるが，残度である。符号を逆転させて鉛直上向きを正とみれ

り の 0.48MJ/m2 は 顕 熱 と し て 大 気 を 加 熱 し て い
35

を利用した。

る。芝生広場上では地中から地表面への熱移動量は0.64MJ/m と小さく，地表面では放射冷却でそれよ

現地観測の実施にあたり，福岡市環境局温暖化対

り大きな 1.48MJ/m2 が放熱されるため，大気から策課をはじめ，福岡市役所の方々に様々な便宜をは0.45MJ/m の顕熱が吸収されるとともに，潜熱としかっていただいた。また，九州大学大井研究室，東て 0.39MJ/m が吸収される。また，夜間に地表面か

和大学塩月研究室および福岡県保健環境研究所よりら放出された放射熱の一部は，周囲の物体の表面を測定機器の貸与をいただいた。

222加熱するはたらきを示すこととなるが，芝生広場上調査計画の策定から現地観測を経て結果のとりまの放射量 1.48MJ/m は，白色擬石広場上の放射量とめに至るまで，九州大学の萩島理准教授，九州産

2.27MJ/m2 より小さい。

業大学の北山広樹教授，および近畿大学の依田浩敏

2

今回の観測条件では，昼間には芝生広場と白色擬教授に，様々なアドバイスをいただいた。

石広場で同程度の顕熱が生じており，昼間の気温のここに，深く感謝の意を表します。

低減に対して，芝生広場の効果はあまり大きくなかったものと考えられる。しかし，夜間には，白色擬石

参考文献

広場上では顕熱による大気加熱が続く中，芝生広場

1 ） 萩島理ほか 3 名：草地における対流熱伝達

上では顕熱輸送の向きが逆転して大気冷却が生じる率と熱収支に関する長期実測，日本建築学会技ことや，地表面から周囲物体に向かって放出される

術報告集，No. 11，pp. 155-160，2000.122 ） 成田健一

放射熱が小さくなることなどにより，夜間の気温低ほか 3 名：新宿御苑における蒸発効率と温熱環境の実測，環境情報科学論文集，減に一定の効果を及ぼしていたものと考えられる。

Vol. 18，pp. 253-258，2004.113 ） 高野武将

6．まとめほか 5 名：新宿御苑におけるクー

都心部で互いに近接し，地表面被覆が異なる 2 種ルアイランド現象の実測（その 2）−芝生地・類の同規模の公園広場（芝生広場，白色擬石広場）

樹林地の温熱環境比較と市街地熱収支の把握を対象に，熱環境の現地観測を実施することにより，−，日本建築学会大会学術講演梗概集 D-1，pp.

以下の知見を得た。

679-680，2002.8

・芝生広場と白色擬石広場では，昼間の気温と地4 ） 成田健一

ほか 5 名：新宿御苑におけるクール

表面温度は同程度まで上昇し，芝生による昼間の気アイランド現象の実測（その 3）−芝生面の熱温低減効果は認められなかったが，芝生広場では地収支−，日本建築学会大会学術講演梗概集 D-1，中への蓄熱が大幅に低減されていた。

pp. 681-682，2002.8

・夜間の芝生広場では，昼間の地中蓄熱が速やか

5 ） 佐々木啓行

ほか 4 名：保水性舗装及び大規模に放熱されることにより，地表面温度が速やかに気緑地のヒートアイランド緩和機能について（都温を下回り，低温の地表面が大気を冷却するという立日比谷公園における調査），東京都環境科学研

気温低減効果が確認された。

究所年報，pp. 3-11，2007
6 ） 横山仁ほか 5 名：緑を活用した都市の熱環境改善に関する研究−皇居，大丸有および日本謝辞
本研究の実施にあたり，環境省委託事業「平成 18

橋・銀座地区における温熱環境の実態−，東京年度都市内の緑による熱環境改善効果調査検討委託

都環境科学研究所年報，pp. 79-82，2008

業務」および福岡市が実施した「平成 18 年度福岡市

7 ） 福岡市ヒートアイランド現象調査報告書，福岡ヒートアイランド対策検討調査委託」の成果の一部

市環境局，2004.336