hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ロボット身体スキルのシステム統合と制御に関する研究

本研究では、ロボットの能力を「身体スキル」という切り口で俯瞰し、その源泉が、ハードウェア要素を統合するシステム技術とそれに立脚した制御技術にあると考え、この立場より、ロボットの能力向上に必要なシステム統合と制御の仕組みを調査、研究した。調査、研究の過程で、合計3回の研究会を持ち、この分野の今後の方向性について議論した。その結果、知能ロボットを実現するために我々が今後目指すべき方向として、「身体知能の集積とデザイン」という研究課題を抽出した。この研究課題の下、特定領域研究の企画、立案を行い、領域申請を行った。また、調査、研究の成果は、まず、計測自動制御学会システムインテグレーション部門学術講演会において、オーガナイズドセッション「ロボット身体スキルのシステム統合」を組み、11編の論文として一般に公表した。つぎに、最終成果を成果報告集「ロボット身体スキルのシステム統合と制御」にまとめ、日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス部門、計測自動制御学会システムインテグレーション部門、日本ロボット学会の協賛を得て、成果報告会を開催し、一般に配布した。成果報告集においては、各研究分担者がそれぞれの立場から、「身体スキル」についての調査、研究の成果をまとめた。内容は、人間の観察から、腕、手、足などロボット各部の設計、制御、作業解析、協調、遠隔操作、ビジョンアルゴリズムまで広範囲にわたり、各研究者による「スキル」についての深い洞察が述べられ、また、それぞれの分野の文献も十分に列挙されている。
ポートフォリオ戦略の事前および事後評価の高度化

資産運用実務におけるポートフォリオのパフォーマンス評価に関しては,複数の戦略を比較することで生じる選択バイアスや,最適化と事後評価で利用する評価尺度が異なるなどの問題が指摘されており,結果的に想定されたパフォーマンスが達成できない事象がしばしば観察される.本研究では,こうした問題によって生じるパフォーマンスの乖離を定量的に分析し,その結果にもとづいてより適正なパフォーマンス評価を可能とするフレームワークの構築を目指す.資産運用実務におけるポートフォリオのパフォーマンス評価に関しては,複数の戦略を比較することで生じる選択バイアスや,最適化と事後評価で利用する評価尺度が異なるなどの問題が指摘されており,結果的に想定されたパフォーマンスが達成できない事象がしばしば観察される.本研究では,こうした問題によって生じるパフォーマンスの乖離を定量的に分析し,その結果にもとづいてより適正なパフォーマンス評価を可能とするフレームワークの構築を目指す.
フラクタル現象解明への誤差評価導入の提案と実証

本研究は、フラクタル次元測定の実測データに誤差解析の手法を導入しその有用性を立証することを意図していた.以下の点で有意義な成果が得られた:1.Mandelbrotにより提案されている最も基本的な一次元点パタンでのフラクタル次元測定において,漸近的に最適だがロバストでない方法,並びに通常用いられている方法で,誤差評価を解析的に導いた.これは,この種の誤差評価の初めての実例である.2.株価変動が長期の系列相関に起因するフラクタルであるか否かは従来からの未解決問題である.これに関連して,株価変動において「平均回帰」が実際に見られるかどうかをまず検証した.この過程で「平均回帰」を含む系列相関を効果的に検出する新手法を開発した.この手法を株価系列の実データに適用して,株価指数・個別株価において,ともに,「平均回帰」の存在が検証された.3.「平均回帰モデル」を実現するモデルの考案の過程で,通常の(異なる)株価指数が,株価補正後も大きく異なる可能性があることが判明した.これは,フラクタル以前の問題として,深刻な問題を提起している.4.「長さ測定」からのブラウン運動のフラクタル次元の測定誤差を理論的に算出した.これは高安が計算した「近似版」のに対する「厳密版」となっている.これに関連して「長さ」の測定のみから,海岸線が「フラクタル」検証を行うのは危険である.5.この「長さ測定」に関連し,全く異なった分野であった「デジタル幾何」との関連が明らかになった.平成6年度研究計画に基づき,次ぎの作業が完成している.1.ブラウン運動の軌跡に対する端点効果の理論的・数値的計算の実行(現時点では未発表だが,学術論文誌に投稿を予定している)2.ブラウン運動の軌跡に対する,折れ線近似の辺の長さの影響の理論的・数値的計算の実行(応用力学連合講演会にて口頭発表済み,更に詳細を詰めて,学術論文誌に投稿の予定)3.株価データが平均回帰するモデルの提案(APORSにて口頭発表済み),これは,未だ改善の余地があり,改善を行った後学術論文誌に投稿の予定.もう一つの予定課題であった,海岸線の実計算については,細部の詰めが残っており,現時点では発表がすんでいないが,1995年のICIAM'95(掲載予定文献参照)にて発表の予定である.さらに,これらの基礎をなす「長さ」の解析の過程で,申請者の提案した「長さ」がデジタル幾何学で従来から知られている「デジタルな直線」,「デジタルな凸性」を素直に説明しうることを発見し、論文誌に採録が決まっている.(掲載予定文献CVGIPの項参照)本研究は、フラクタル次元測定の実測データに誤差解析の手法を導入しその有用性を立証することを意図していた.以下の点で有意義な成果が得られた:1.Mandelbrotにより提案されている最も基本的な一次元点パタンでのフラクタル次元測定において,漸近的に最適だがロバストでない方法,並びに通常用いられている方法で,誤差評価を解析的に導いた.これは,この種の誤差評価の初めての実例である.2.株価変動が長期の系列相関に起因するフラクタルであるか否かは従来からの未解決問題である.これに関連して,株価変動において「平均回帰」が実際に見られるかどうかをまず検証した.この過程で「平均回帰」を含む系列相関を効果的に検出する新手法を開発した.この手法を株価系列の実データに適用して,株価指数・個別株価において,ともに,「平均回帰」の存在が検証された.3.「平均回帰モデル」を実現するモデルの考案の過程で,通常の(異なる)株価指数が,株価補正後も大きく異なる可能性があることが判明した.これは,フラクタル以前の問題として,深刻な問題を提起している.4.「長さ測定」からのブラウン運動のフラクタル次元の測定誤差を理論的に算出した.これは高安が計算した「近似版」のに対する「厳密版」となっている.これに関連して「長さ」の測定のみから,海岸線が「フラクタル」検証を行うのは危険である.5.この「長さ測定」に関連し,全く異なった分野であった「デジタル幾何」との関連が明らかになった.本年度の研究により,次の点で大きな成果が得られた.1.Mandelbrotにより提案されている最も基本的な一次元点パタンでのフラクタル次元測定において,漸近的に最適なフラクタル次元の誤差評価,並びに通常用いられている方法による場合の誤差評価を解析的に導くことに成功した.この結果,点パタンが理想的なモデルにそのまま従う場合には誤差は以外に小さいことが判明した.重大な誤差はこのモデルからのずれに起因するようである。2.株価変動において「平均回帰」が実際に見られるかどうかをまず検証した.この過程で,「平均回帰」を含む系列相関を効果的に検出する新手法を開発した.この手法を,株価系列の実データに適用したところ,株価指数・個別株価において,ともに,「平均回帰」の存在が検証された.3.「平均回帰モデル」を実現するモデルの考察の過程で,通常用いられる株価指数が,実は株価補正後でも大きく異なる可能性があることが判明した.その他,以下の結果を得た.

1.「長さ」の測定のみから,海岸線が「フラクタル」であるか否かを検証するのは危険である.株価系列のフラクタル性についても,データの期間が短すぎて,信頼できる結論を出すことは難しい.むしろ,多数の「ノイズ」の存在が極めて重要であり,その個々の意味付けは今後の検討課題である.
宋代官窯青磁の系譜

宋代官窯青磁は、中国陶磁史上、最高の芸術的評価を受けている。その源流をなすのは汝窯であり、やがて南宋官窯などにその造形志向が引き継がれ、本流となった。しかし2000年、汝州張公巷窯の青磁が発見され、それ以来、南宋時代の文献のみで知られた「北宋官窯」ではないかとの説が、宋代官窯青磁研究に一石を投じた。本研究は、宋代官窯青磁の主要窯について、考古学的な新知見を軸としつつ、美学美術史的観点を加え、研究の最前線の動向と課題を明らかにしたものである。同時に汝州張公巷窯の活動年代についての仮説を提出した。2011年9月26日-29日、北京故宮博物院で「宋代官〓与官〓制度国際学術研討会」が中国国内外の約50名の研究者を集めて開催された。正に本研究の目的と合致し、中間報告の場として得難い機会となり、併せて貴重な資料調査も実施できた。伊藤は基調講演「徽宗皇帝的視線-北宋官窯私論」を発表し、別に提出した論文と併せて、河南省汝州張公巷〓の北宋官〓説が賛否両論ある中で、仮に活動年代が北宋末であれ金代であれ、官窯的製品を制作していることに注目すべきことを論じた。出川は美学的な立場から、小林は成形の型の視点から官窯青磁を論じ、注目を浴びた。今回、故宮博物院は百数十点に上る資料を特別公開し、特に明代清代の倣製品と比較対照できたことは極めて有益であった。2011年秋(10月8日-9日)、東京根津美術館で開催された日本伝世の南宋官窯及び龍泉窯青磁の特別展は、日本に散在する伝世品を一堂で観察できた貴重な機会であり、それに続く台湾故宮博物院における南宋藝術展での官窯青磁の展示参観(10月12日-15日)は、同院関係者との長時間に亙る意見交換とともに同院の所蔵する伝世品の更なる調査を可能とする契機となった。その後、三十数点に上る同院所蔵官窯青磁の観察の結果、北京・台湾故宮博物院の伝世品と雖も、制作年代の推定には慎重を期さねばならず、各作品毎の評価作業が本研究の基礎作業となるべきことを改めて認識させられた。一方、出土品については、杭州及び寧波出土の高麗青磁の調査(2012年3月6日-10日)は、同時代の宋代官窯青磁との比較対照を通じて、活動年代の編年作業に於いて重要な意義を持つものであり、本研究の方法論の妥当性を立証するものであった。宋代官窯青磁の研究の中で、議論の的の一つが、河南省汝州市所在の張公巷窯が北宋官窯に比定し得るか否かの問題であり、これまでの発掘調査の範囲だけでは結論が出せないため、追加発掘計画の実現が俟たれていた。発掘調査の当事者である河南省文物考古研究所はすでに国家予算も獲得し、その期限が切れる平成23年度末までに何らかの進展を見せるはずであったが、昨年末現在、未だに実施の報告に接していない。かかる現況により昨年度の研究計画は若干の変更を加えざるを得ず、下記計画実施した。1)汝州張公巷窯については、北宋官窯同定論の発端となった上海博物館蔵の資料についての再検討を行った。しかし同館に於いても追加発掘による新資料の発見がない限り、推論の段階を脱することが出来ない、という現状認識の確認に止まらざるを得なかった。2)浙省杭州市所在の南宋官窯址については、これまで大規模、綿密な発掘調査が行われたにも関わらず、未だに正式発掘報告書が刊行されておらず、詳細な状況については発掘調査の当事者である杭州考古研究所に直接、確認していかざるを得ない。昨年度は修内司官窯と郊壇下官窯出土品の相違点について詳細な資料提供を得て、一定の知見を深めることが出来た。3)宋代官窯青磁の研究には出土資料のみならず、伝世品の研究が不可欠である。これら資料を多く所蔵する台北故宮博物院の特別の許可を得て、20数点の作品を熟覧できた。宋代のみならず、元明代の倣製品との比較ができ、官窯と倣官窯の相違という本研究課題における重要な問題解決に有益な成果を得た。平成25年度は、宋代官窯青磁について側面的状況を明らかにしつつ、本題に迫るという方法で研究を進めた。本研究の中心テーマである北宋官窯に擬せられる汝州張公巷窯の2012年度の発掘成果が余り上がらなかった為である。その為、次の目標に切り替えた。

1)中国では始めての試みである中国出土の高麗青磁についての国際学術会議(杭州市)に参加、併催の高麗青磁展を参観したことは本研究にとっても有意義であった。日中韓の研究者の研究発表のうち主力を占めたのが、出土地別の資料の紹介であり、杭州、寧波を始め、北京、内蒙古など広い流通範囲が分かり、従前にもまして高麗青磁の受容状態が明らかになった。特に展覧会に出品された北京出土の青磁陽刻龍文瓜形梅瓶は精緻なもので、徐兢の『高麗図経』の記文を彷彿させ、制作年代の考察に一石を投じた。また汝窯写しの青磁陽刻蓮弁文香炉基台は、中国製、其の模倣品、中国への里帰りという変転の跡を窺わせた。2)越窯とけい窯についての学術研討会(慈渓市)に参加、関連展覧会を参観、改めて越窯が高麗青磁に与えた影響の大きさを感じさせた。3)汝州張公巷窯の2013年度の発掘調査の成果が思わしくなかった為、さらなる追加発掘調査の促進を発掘当事者に強く要請した。一方、汝窯については、2008年に詳細な発掘報告書が刊行されたが、其の後も発掘調査は続行され、最近、重要な新資料が発見された由。発表を俟ちたい。4)台北故宮博物院における汝窯、南宋官窯の館蔵品調査は本年も続行し、両者の相違点が次第に明らかになりつつある。5)福岡県から出土する高麗青磁は、我が国でも代表的なもので、我が国への流入時期の検討は、制作年代の検討とも連動し、大きな意義を持つため調査した。本研究の眼目の一つが、北宋代官窯青磁の実態解明にあった。それは具体的に言えば、2000年に河南省汝州市で発見された汝州張公巷窯が、文献に記載された「北宋官窯」に比定し得るか否かの論議に集約される。発表当時は中国の陶磁研究者の多くは、張公巷窯が官窯であること、活動年代が北宋末であることについて一定の共通認識に達していた。しかしその後、汝州市内の発掘調査が一向に進展しないまま十数年を経過し、制作年代についての確実な資料が未だに発見されていない状況で、その間、年代観にも変化が現れた。即ち河南省汝州市の東溝窯の発掘成果により、東溝窯が金代の窯であり、張公巷窯の製品に東溝窯と類似したものがあるとするなど、張公巷窯=金代説が次第に拡がりつつある。その中で本研究グループは、汝州張公巷窯=北宋末活動説が決して全面的に否定できないことを、同時期の高麗青磁との比較など幾つかの根據を示しながら今日に至っている。平成24年度には、汝州張公巷窯の再調査が12年振りに実施された。その結果の全貌は発表されていないが、平成25年度に確認調査の予定である。汝州張公巷窯に関する調査の状況は以上であるが、その間、杭州市内の南宋官窯(修内司窯、郊壇下窯)、官窯に擬せられる北宋汝窯、南宋越窯、南宋龍泉窯等について正式報告書が未刊のものもあるが、次第に実態が明らかにされつつある。更に中国の生産地の状況とともに宋代官窯の伝世品についての再検証、同時代の高麗青磁との関連調査も合わせると、不十分とはいえ宋代官窯青磁の実像に迫りつつある段階にあると言えよう。宋代官窯青磁の研究は地域が華北・華中に分かれ、多岐にわたるが、本研究の目的の一つに河南省汝州張公巷窯が文献記載の「北宋官窯」に比定し得るかの検証があった。発掘済みの資料だけでは結論が出せないため、発掘範囲の拡大が計画され、国家予算も獲得済みであったが、住居立退問題が癒着状況から脱し切れず、昨年末までには進展を見ることが出来なかったため、達成率は50%。その他の地域の調査は70%の達成率。25年度が最終年度であるため、記入しない。研究課題のうち、大きな注目点であった河南省汝州市・汝州張公巷窯が平成24年度に約12年振りに再発掘調査が実施された。その詳細は未だ発表されていないが、特に窯の活動年代を明らかにする資料が発見されるかどうかが関心をもたれる。若し発見されていたら長年の論争、即ち北宋末か金代かについて結着がつき、本研究の一部が完結することになる。他の宋代官窯青磁についての調査は、比較的順調に資料整備を整えつつある。
生態学・遺伝学的手法を用いたツキノワグマの個体群構造と分散行動の影響の解明

本研究は、ツキノワグマ(以下、クマ)の分散行動を解明し、さらに個体条件の違い(体サイズや年齢)や環境条件(食物条件等)が分散行動に及ぼす影響を評価することを目的とする。本研究は、遺伝学的手法により長期にわたり学術捕獲されてきた個体と周辺で駆除されてきた個体の遺伝情報とを比較解析することで、多数の個体の分散行動の規模を把握するとともに、生態学的手法により亜成獣個体にGPS受信機を装着し、行動追跡を行うことで、分散行動の詳細な過程を把握し、クマの個体群構造、特にソース・シンク構造に分散行動が及ぼす影響を解明する。本年度は、群馬県および栃木県の駆除個体からの遺伝情報解析のためのサンプルの収集および整理を行い、それらの親子判定を行うことで分散距離の推定を行った。その結果、オスはメスよりも分散距離の規模が大きいことが示された。続いて、分散行動を開始する年齢の推定のために、雌雄それぞれで空間的遺伝構造解析を行い、年齢ごとに近縁な個体間の距離を比較した。その結果、メスは繁殖可能な年齢になっても出生地付近にとどまる可能性が示唆された。一方、オスは3歳以降に分散行動を開始する可能性が示唆された。また、合計11頭(オス:5個体、メス:6個体)捕獲し、体の成長に合わせて首輪長を調節することができるタイプの小型GPS受信機を装着し放獣した。その結果、電池寿命が当初の計算とは異なり、多くの機材で短くなり、十分な追跡期間を確保することはできなかったが、2、3歳の時点では捕獲・放獣された周辺での行動が確認され、明らかな分散行動を示す個体は確認されなかった。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は、ツキノワグマ(以下、クマ)の分散行動を解明し、さらに個体条件の違い(体サイズや年齢)や環境条件(エサ条件等)が分散行動に及ぼす影響を評価することを目的とする。本年度は、群馬県および栃木県の駆除個体からの遺伝情報解析のためのサンプルの収集および整理を行うとともに、亜成獣に装着予定の小型GPSについて、メーカーともに改良および製作を行った。遺伝解析用のサンプリングを終えるとともに、次年度装着予定の小型GPSの開発を終えたため。■駆除個体からの遺伝解析:栃木県および群馬県における、2003年以降の駆除個体および学術捕獲個体400個体の筋組織等のサンプルからDNA抽出し、マイクロサテライトDNA16遺伝子座の遺伝型を決定した。また、これらの個体間の親子関係の解析を開始した。■亜成獣個体の捕獲および小型GPSの装着:日光・足尾山地において、亜成獣個体8個体を捕獲し、小型GPSの装着を行った。■分散過程の検討:放獣した亜成獣個体に装着したGPS受信機から測位情報を月1回の頻度で回収し、当該個体の位置情報を継続的に取得した。■ブナ科堅果類の結実調査:調査地域全体を網羅する形で5kmメッシュを設け、各メッシュで指標木を各種3本以上(ブナ、ミズナラ、コナラ、クリ、イヌブナ)選定し、それらの結実程度を測定した。■駆除個体からの遺伝解析:無事に駆除個体および学術捕獲個体のサンプルからDNA抽出し、マイクロサテライトDNA16遺伝子座の遺伝型を決定できた。■亜成獣個体の捕獲および小型GPSの装着:日光・足尾山地において、予定よりは少ないものの亜成獣個体8個体を捕獲し、小型GPSの装着を行った。■分散過程の検討:放獣した亜成獣個体に装着したGPS受信機から測位情報を月1回の頻度で回収したが、十分に利用場所の踏査を行えなかった。

また、合計11頭(オス:5個体、メス:6個体)捕獲し、体の成長に合わせて首輪長を調節することができるタイプの小型GPS受信機を装着し放獣した。その結果、電池寿命が当初の計算とは異なり、多くの機材で短くなり、十分な追跡期間を確保することはできなかったが、2、3歳の時点では捕獲・放獣された周辺での行動が確認され、明らかな分散行動を示す個体は確認されなかった。遺伝情報の解析では、採取したサンプルの解析を進めるとともに、既存試料との比較の準備を行う。また、亜成獣の捕獲のために、捕獲の準備を進め初夏より捕獲を進める。亜成獣が捕獲できた際には、小型GPSを装着し、追跡を実施する。■駆除個体からの遺伝解析:これまで遺伝情報を取得した個体間の親子判定を進め、個体情報とあわせて、遺伝情報からの分散過程の推定を行う。■亜成獣個体の捕獲および小型GPSの装着:日光・足尾山地において、引き続き亜成獣個体の捕獲を行い、小型GPSの装着を行う。■分散過程の検討:放獣した亜成獣個体に装着したGPS受信機から測位情報を月1回の頻度で回収し、十分散過程の検討を行う。■ブナ科堅果類の結実調査:調査地域全体を網羅する形で5kmメッシュを設け、各メッシュで指標木を各種3本以上(ブナ、ミズナラ、コナラ、クリ、イヌブナ)選定し、それらの結実程度を測定する。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
ヘリセンのラセン不斉は有効な不斉反応場となりうるか?

本研究では、[6]ヘリセンのラセン不斉をキラル源とするホスフィナイト配位子の合成と触媒的不斉反応において触媒活性評価を行った。また、新たな触媒創製を指向した基盤化合物として1位硫黄官能基化[6]ヘリセンの合成、そしてその光学分割および官能基変換を行った。また、光学的に純粋な[7]チアヘリセンの合成も達成した。1位に硫黄官能基を有する[6]ヘリセンはこれまでに合成例はなく、本研究で得られた光学的に純粋な1位硫黄官能基化[6]ヘリセンは今後触媒的不斉合成や材料化学の分野での応用が期待される。触媒的不斉合成研究は医薬品などの有用な光学活性物質の供給に多大な貢献をしてきた。更なる発展のためには概念的に新しい不斉触媒の創製が必要不可欠である。この課題に対し、本研究では、光学活性1-[6]ヘリセノールを基盤とした新規ヘリセン型不斉触媒を創製し、触媒的不斉反応へと用いることでラセン不斉の有用性の解明を目指した研究を行っている。計画している研究項目は、1ヘリセン型ホスフィナイト配位子の合成と不斉アリル位置換反応での触媒活性評価、2ヘリセン型ホスフィナイト配位子を用いるアリル系化合物の速度論的光学分割反応の開発、および3新規ヘリセン型有機分子触媒の開発の3つである。平成27年度は項目1を中心に行った。項目1:本研究における鍵化合物である1-[6]ヘリセノール誘導体の大量合成を行い、得られたラセミ体1-[6]ヘリセノールのHPLCによる光学分割を検討して効率よく分割可能な条件を見出した。さらにヘリセン型ホスフィナイト配位子の調製方法を見直し、純粋な結晶として得る方法を確立することができた。このヘリセン型ホスフィナイト配位子をPd触媒不斉アリル位アルキル化反応に用いて反応条件を精査したところ、目的生成物を良好な化学収率・不斉収率で得ることに成功した。項目3に関しては平成28年度に実施予定だったものの、マイクロウェーブ反応装置を利用する機会に恵まれ、前倒しで検討を行った。その結果、1-[6]ヘリセノールから誘導したO-チオカルバメート体のNewman-Kwart転位反応がマイクロウェーブ照射下で進行し、良好な化学収率で[6]ヘリセンの1位に硫黄原子を導入することに成功した。ヘリセン型ホスフィナイトが酸素や熱に対して予想以上に不安定であったため、精製法の確立に時間を要した。ヘリセンは、ベンゼン環や他の芳香環がオルト縮環して非平面のラセン構造を形成する化合物であり、分子全体としてラセン不斉を形成する。近年、適切な位置に官能基をもつヘリセンは、不斉触媒として機能することが明らかになっている。しかしながら、ラセン不斉を活用するヘリセン型不斉触媒を開発する上で重要なヘリセン1位への官能基導入・変換法は未だ確立されていない。そこで、本研究課題では既にグラムスケール合成法を確立した1位にヒドロキシ基をもつ1-[6]ヘリセノールの官能基変換を機軸とするヘリセン型不斉触媒創製を目指している。前年度に検討したMiyazaki-Newman-Kwart(MNK)転位反応による[6]ヘリセン1位への硫黄官能基の導入について、引き続き検討を行った。その結果、91%単離収率で目的の1位硫黄官能基化[6]ヘリセンをグラムスケールで得ることに成功した。これは1位に硫黄官能基をもつヘリセンの初めての合成例である。また、光学的に純粋な1-[6]ヘリセノールから誘導した反応基質を用いてMNK転位反応を行うと、反応中にラセミ化が起こり、ラセミ体の生成物が得られることがわかった。これを受けて、1位硫黄官能基化[6]ヘリセンの光学分割法を新たに検討した。MNK転位反応生成物から1-[6]ヘリセンチオールへと誘導し、キラル分割剤を用いる光学分割法を検討したところ、L-イソロイシン由来の分割剤を用いると生じるジアステレオマーの分離が可能であることを見出した。各ジアステレオマーを分離後、キラル補助基の除去、官能基化を行うことにより、2種の1位硫黄官能基化[6]ヘリセンの両エナンチオマーを光学的に純粋に得た。また、光学分割過程の中間体のX線結晶構造解析から1位硫黄官能基化[6]ヘリセンの絶対立体配置を決定した。さらに、確立した合成手法を基に新規な[7]チアヘリセンを得ることにも成功した。現在までの進捗状況に記載したように、ヘリセン型ホスフィナイトの合成や取扱いには難があった。これはAr-O-PR2のO-P結合が容易に切断されてしまうことが原因である。

そこで、[6]ヘリセン骨格の2位にアリール基など嵩高い置換基を導入してO-P結合を立体的に遮蔽した誘導体を合成し、安定性の改善と触媒としての活性の向上を目指す。取扱やすく高活性なヘリセン型ホスフィナイトを絞り込み、既に合成した種々の反応基質を用いて基質適用範囲・反応機構を明らかにする。項目2については、項目1の成果を活用して検討を進める。項目3については、H27年度に得られた成果を活用してヘリセン型有機分子触媒への誘導を行う。有機合成化学研究室で購入済みの試薬を主に使用したため、新規購入した試薬類が少なかった。次年度の試薬の購入に充当する。
タンパク質分解の仕分け制御におけるユビキチンレセプターの調節機能の解析

ユビキチン依存タンパク質分解は、細胞内外の環境ストレス応答における制御システムに重要な役割を担っている。本件研究では、出芽酵母と葉緑体を用いて、ストレス応答とタンパク質分解の制御について解析した結果、酵母の塩ストレスではUBL-UBAユビキチンレセプターが、栄養ストレスではGタンパク質Gtr1-Gtr2複合体が、葉緑体の光ストレスではD1タンパク質分解とFtsH-チラコイド構造が分解制御に関与することが示された。タンパク質分解は細胞の生理機能の制御において重要な調節的役割を担っている。本年度の研究では、タンパク質分解とストレス応答の関係性を調べた。1.環境ストレスとタンパク質ユビキチン化の関係を解析するため、ユビキチンレセプターDsk2と相互作用するタンパク質をtwo-hybrid法により分離して、出芽酵母の新規Dsk2結合タンパク質Irc22を同定した。Irc22はゲノムデータベースに機能未知として記載された遺伝子であった。Irc22の抗体を作成して、ユビキチンレセプターとの相互作用、タンパク質分解、ストレス応答への影響について解析した結果、高塩ストレスに対してDsk2が正に、Irc22が負に相互作用することにより、タンパク質分解を介してストレス応答に関与することが示された。(関口猛、小林英紀)2.植物が強すぎる光ストレスにさらされると、光合成システムIIのD1タンパク質とそれに引き続くタンパク質分解が起こることが我々の解析から明らかになっていた。本研究では、この成果に基づいて更に葉緑体の光ストレス応答の解析を進め、光合成を行っている葉緑体に過剰な光が照射されたとき、タンパク質分解にともなって葉緑体チラコイド膜上で光合成関連タンパク質が移動して凝集すること、また膜が本来持っている積み重なり構造が緩むことを示した。本研究をとおして、このタンパク質の凝集は光の強さに応じて変化し、適正内の光の強さの場合は可逆的であるが、光環境が強すぎる場合(光ストレス)には、凝集が不可逆的に起こり、葉緑体の機能が阻害されることが明らかになった。(山本泰、小林英紀)ユビキチン依存タンパク質分解は、細胞内外の環境ストレス応答における制御システムに重要な役割を担っている。UBL-UBAユビキチンレセプター(Dsk2,Rad23)は、ユビキチン化した分解タンパク質をプロテアソームへ配送する生理機能に加え、細胞の環境ストレスに応答にした分解タンパク質の仕分と識別に関与することが示唆されてきた。本年度の研究では、1.細胞環境ストレスとタンパク質ユビキチン化の関係を解析するため、ユビキチンレセプターDsk2と相互作用するタンパク質をtwo-hybrid法により分離し、出芽酵母の新規Dsk2結合タンパク質Dif1を同定した。Dif1はDsk2と結合するが他のユビキチンレセプター(Rad23, Ddi1)との相互作用はみられなかった。各種ストレス下(DNA損傷、タンパク変性、酸化、塩浸透圧)でDif1のストレス応答の有無を調べた結果、Dif1の過剰発現により高温下の高塩ストレス感受性が、Dif1欠失により高塩ストレス耐性が観察された。調べた他のストレスにたいしては応答しなかった。また、Dif1によるタンパク質分解に対する効果は観察されなかった。Dif1がDsk2の相互作用を介して高塩ストレス応答に関与することが示された。2.出芽酵母のGタンパク質Gtr1-Gtr2複合体は、細胞の栄養ストレスを感知するリン酸化酵素複合体TORC1を制御している重要なタンパク質である。Gtr1-Gtr2複合体がどのような仕組みでTORC1を制御しているかを明らかにするため、TORC1と相互作用する他の制御因子(Ego1-Ego3、Kog1-Tco89)とGtr1-Gtr2複合体間の結合様式を解析した。TORC1経路において、Gtr1-Gtr2複合体とEgo3,Tco89の選択的結合はGtr1のGDP/GTP型変換に依存して調節されていることが示唆された。平成26年度(最終年度)は、前年度までの研究成果を踏まえ、出芽酵母の栄養ストレスと葉緑体の光ストレスを解析系にして、タンパク質分解が関与するストレス応答について研究をすすめた。(1)出芽酵母のGタンパク質Gtr1-Gtr2複合体は、細胞のアミノ酸シグナルにより栄養ストレスを感知するリン酸化酵素複合体TORC1を制御している重要なタンパク質である。Gtr1-Gtr2複合体がどのような仕組みでTORC1を制御しているかを明らかにするため、TORC1と相互作用する他の制御因子(Ego1-Ego3、Kog1-Tco89)とGtr1-Gtr2複合体間の結合様式を出芽酵母の遺伝学的解析を行った結果、TORC1経路において、Gtr1-Gtr2複合体とEgo1-Ego3複合体の相互作用には,TORC1コンポーネントのKog1とTco89のGtr1のGDP/GTP型変換に依存した選択的結合を介して調節されていることが示された。(小林英紀、関口猛)(2)植物が強度の光

ストレスにさらされると、光合成システムIIのD1タンパク質が損傷を受けて葉緑体のグラナでFtsHプロテアーゼによりタンパク質分解されることが明らかになっていた。この成果に基づいて本研究では、光照射に伴って引き起こされるチラコイド膜の構造変化とFtsHの分布変化を解析した。電子顕微鏡によりチラコイド膜を観察した結果、FtsHプロテアーゼの分布変化と構造変化の相関がみられた。光ストレスにより、チラコイド膜の凝集が緩んでFtsHプロテアーゼがD1タンパク質にアクセスし易くなってD1タンパク質が分解されるようになることが示された。本研究の構造的解析により、D1タンパク質の凝集は光の強さに応じて変化し、光環境が強すぎる場合(光ストレス)にはチラコイドの凝集とFtsHプロテアーゼの分布が不可逆的に起こることで葉緑体の機能が阻害されることが示された。(山本泰)生物学本年度の研究成果は、タンパク質分解とストレス応答との関係を酵母の塩ストレスと葉緑体の光ストレスの解析をとおして明らかにできた点にある。UBL-UBAタンパク質Dsk2は、ユビキチン依存タンパク質分解経路において、ユビキチン化した分解タンパク質をプロテアソームに運ぶユビキチンレセプターとしての機能が知られているが、本研究により、ユビキチンレセプターの従来から知られた細胞内機能に加えて、Dsk2がIrc22との相互作用を介して塩ストレス応答に関与することが明らかになった。また、光ストレスにおける光合成タンパク質D1の分解とチラコイド膜タンパク質の凝集が葉緑体、ひいては、植物全体の生死を分ける重要な鍵であることが明らかになった。これらの研究から、タンパク質分解とストレス応答との仕分のしくみを介して、環境への適応が調節されていることが推測できる。ユビキチンレセプターとしての機能を持つUBL-UBAタンパク質(Dsk2,Rad23など)は、ユビキチン依存タンパク質分解経路においてユビキチン化した分解タンパク質をプロテアソームに運ぶユビキチンレセプターとして同定され、ユビキチンープロテアソーム分解経路の制御因子としての機能を中心に解析が進められてきたが、当初研究計画に従いユビキチンレセプターDsk2と相互作用する調節因子を分離解析したところ、新たに同定した新規因子Dif1が、タンパク質分解経路を介することなく、Dsk2との相互作用により高塩ストレス応答に関与することが示された。本研究結果は、UBL-UBAタンパク質がユビキチンープロテアソーム分解経路で働くユビキチンレセプターとしての従来からの機能に加え、UBL-UBAタンパク質のストレス応答との新たな関係を示唆する知見として重要である。本研究では、タンパク質分解の酵母における塩ストレスと植物葉緑体の光ストレス応答への関与が示された。次年度は、出芽酵母のGタンパク質Gtr1-Gtr2複合体に焦点をあてて、栄養状態を感知する仕組みとタンパク質分解の関連性について研究を進め、栄養ストレスにおけるTORC1経路とGtr1-Gtr2複合体の関連を明らかにしたい。栄養状態を感知する情報はリン酸化酵素複合体TORC1に集約され、その活性がタンパク質合成などの細胞の代謝を制御していることが知られている。
マグネシウム合金の変形と破壊に及ぼす変形双晶の役割

圧延したマグネシウム合金の室温引張変形中に形成される変形双晶において、変形初期に形成される{10-12}双晶、ならびに変形後期に形成される{10-11}双晶、{10-13}-{10-12}二重双晶は、顕著な表面起伏を伴わない。また、{10-11}-{10-12}二重双晶も一次・二次双晶のせん断面が異なる場合は顕著な表面起伏を伴わない。一方で、せん断面が同じ{10-11}-{10-12}二重双晶だけが局所的大変形を生じて顕著な表面起伏を伴い、破壊起点になることが明らかになった。(目的)マグネシウム合金を変形すると頻繁に観察される{1012}双晶は、引張方向に対して負のひずみを発生するため、変形双晶の形成原因、および変形に及ぼす役割が不明である。18年度は{1012}変形双晶に着目して、その形成原因と変形に及ぼす役割を明らかにすることを目的として研究を行った。(方法)AZ31(Mg-3wt.%Al-1wt.%Zn)合金圧延板を供試材として、室温で引張試験を行い、{1012}変形双晶の面積率を求めた。また、双晶が形成されている結晶粒のEBSP解析を行って双晶と母相の<0001>極の分布を求めた。さらに、同じ結晶粒において転位の底面すべりのシュミット因子を求め、双晶形成傾向との対応関係を調べた。(結果)双晶形成されている結晶粒では底面すべりのシュミット因子が大きいほど双晶面積率が大きいことが判明した。このことは、c軸が傾斜しており底面すべりが周囲の結晶粒と比較して容易である場合に双晶が形成されることを意味する。よって、双晶形成機構として、c軸が傾斜した結晶粒が優先的に変形することによって周囲の結晶粒とのひずみの不一致が発生し、このひずみ不一致を調整するために、双晶が形成されると仮定した。このモデルをを立証するために、隣接する結晶粒において転位の底面すべり変形によるひずみテンソルの不一致成分を計算し、双晶形成によるひずみテンソルと比較した。その結果、双晶形成の原因は隣接する結晶粒間のひずみの静水圧成分の不一致によるものであり、双晶が変形に及ぼす役割はこの不一致を調整することによって試料全体が均一変形することに寄与するものである、ことが明らかになった。AZ31マグネシウム合金を室温において引張変形し、破断にいたるまでの種々の変形量における試料の表面組織および下部組織を観察した。変形初期においてはレンズ状の形態を有する{1012}双晶が形成された。変形量の増加にともなって、細いバンド状の双晶が形成された。これらの双晶と表面起伏の関係を調べたところ、レンズ状双晶では起伏が見られないが、バンド状双晶では顕著な表面起伏が形成されていることがあった。さらに変形することによって微細なクラックが形成され、表面起伏を形成するバンド状双晶との組織学的関連性が見られた。表面起伏が観察された部分を収束イオンビーム(FIB)装置を用いて加工して断面TEM試料を作製し、微細組織を観察するとともに、形成されている双晶タイプを決定した。20個の表面起伏全てにおいて、起伏下部には{1011}-{1012}二重双晶が観察された。この他の双晶タイプとしては、{1011}や{1013}なども観察されたが、二重双晶以外の双晶は表面起伏を伴わないことが明らかになった。二重双晶が表面起伏を形成する原因は、二重双晶内部の容易すべり面である(0001)面における転位すべりの分解せん断応力が大きくなり、双晶内部における局所的大変形が生じたためであると考えられる。実際に、二重双晶内部は多くの亜結晶粒の存在が確認され、双晶内部における活発な転位の活動を示していた。二重双晶が形成される原因としては、{1011}双晶の形成によって発生するせん断ひずみの方向と大きさが、{1012}双晶のそれとほぼ逆方向で同じ大きさであるため、二重双晶とすることで双晶形成にともなうせん断ひずみを小さくできることが挙げられる。二重双晶内部の局所変形がもたらす表面起伏は、クラック形成の原因となり、しいては試料の破断にいたる。よって二重双晶の形成を防止することがマグネシウムの延性を向上するうえで必須事項である。

圧延したマグネシウム合金を室温で変形し、破断面近傍に形成された組織の観察ならびに結晶学的解析を行った。これまでの研究で{1011}-{1012}二重双晶内部で大変形が生じて表面起伏を形成し、クラック形成しいては破壊に到るという推論をたてた。まず、この点に着目して表面起伏下部の双晶を数多く解析したところ、ただ一つの組み合わせの二重双晶バリアントだけが表面起伏を形成することがわかった。この双晶は双晶せん断方向が同じ面内にあり、その面が引張方向に対してほぼ平行になっているものであると特定できた。次に、クラック両側の組織観察を行い、二重双晶のどの箇所がクラック形成になるのかを調べた。その結果、両側に同じタイプの二重双晶が観察され、クラック近傍は50nm程度の微細粒から成っていた。これらのことから、二重双晶内部では予想どおり大変形が生じており、その結果、動的再結晶によって微細粒が形成されて粒界すべりが容易になり破壊に到ることが明らかになった。さらに、破断面の種々の組織形態に着目して下部組織の観察を行った。その結果、クラック起点であると思われるせん断領域、脆性破壊進展経路と思われるファセット領域、延性破壊領域と思われるディンプル領域に分類できた。せん断領域下部には二重双晶があり、大変形による破壊起点であることを確認した。ファセット領域下部には{1012}双晶が存在し、双晶界面が脆性破壊経路になることがわかった。またディンプル領域下部は通常の変形組織であった。以上のことから、破壊起点は単一バリアントの二重双晶であり、進展経路としては{1012}界面が脆性破面を形成し、他の部分が延性破面を形成して破壊に到ることが明らかになった。
走査型トンネル顕微鏡による単一分子光学分光

昨年度までに構築した極低温STM探針増強ラマン分光システムの調整・改良を行うと共に、Au(111)基板上に分散吸着させた単層カーボン・ナノチューブ(SWNT)のSTM探針増強ラマン分光計測を行った。クロロホルム中にSWNTを超音波分散させた溶液を基板上に滴下した後自然乾燥させて作製した試料を、超高真空中(10^<-11> Torr台)、79Kに冷却した環境下で実験を行った。STM像観察によって孤立したSWNTバンドルを探し出し、その上に探針を固定してSTM探針増強ラマン散乱強度の探針-試料間距離依存性を測定した。励起光は波長785nmのTi : Sapphireレーザー光(試料への入射パワー5mW)を用いた。SWNTのG-bandモード(波数1590cm^<-1>)のラマン散乱強度が、探針がトンネル領域にある場合に増倍されていることが確認された(リトラクト領域の約2.3倍)。G-bandラマン散乱強度の探針-試料間距離依存性測定の結果では、試料-探針間距離の増加対して単調に減少するだけではなく、一旦減少したあと再び増加してピーク構造を持つ場合があることを発見した。物理的にこのような現象が起こり得るかを検討するために、半無限の試料表面近傍に電気双極子を置き、探針に見立てた曲率半径aの金属球を試料表面との距離dを隔てて設置すると十分遠方で電気双極子が何倍に観測されるかという電磁気学的増強効果の理論計算を行った。この結果、探針の曲率半径が小さい場合には単調な依存性しか現れないが、約500nm以上の大きな曲率半径を持つ探針に対してはピーク構造が現れ得ることがわかった。これは、特定の曲率aと距離dの組み合わせの場合に探針先端と試料表面で閉じこめられた局所表面プラズモンが共鳴励起することに起因するものであると考えられる。既存の極低温走査型トンネル顕微鏡(STM)と液体窒素冷却CCD検出器とダブル分光器を組み合わせて、極低温STM探針増強ラマン分光システムを構築した。Au(111)基板上に単層カーボン・ナノチューブ(SWNT)を分散吸着させた試料に対して、STM探針増強ラマン分光計測を行った。試料は、クロロホルム中にSWNTを均一に超音波分散させた溶液を基板上に滴下後自然乾燥させることにより作製した。溶液の濃度及び滴下量の調整を行うことで適当な密度のSWNTを基板表面上に分散させることができるようになった。STM探針はAu線(φ0.4mm)を飽和食塩水で交流電解研磨することにより作製した。電解研磨に使用した電解液の(1)pHを6.8程度に、(2)温度を20°C以下に保つように調整することで、先端曲率半径が5060nm程度のAu探針が再現性よく作製できるようになった。このようにして作製した試料とAu探針を超高真空極低温STMに導入し、SWNTのSTM探針増強ラマン散乱を観測した。実験はベース圧力5×10^<-11>Torr以下の超高真空中で試料と探針を79Kに冷却して行った。STM像観測により孤立したSWNTバンドルを見つけ、分子上に探針を固定した状態でSTM探針増強ラマンスペクトルの測定を行った。ラマン分光測定にはTi : Sapphireレーザー(波長785nm、パワー5mW)を用いた。試料-探針間隙にレーザー光を照射してSWNTのG-band(1590cm^<-1>)のラマン散乱強度の試料-探針間隔依存性の測定を行った結果、STM探針がリトラクト領域(試料-探針間隔=9μm)にある場合に比べて、トンネル領域にある場合には約2.3倍に散乱強度が増倍されていることが観測された。また、異なるAu探針-試料の組み合わせの場合、5.5倍の増強度が観測された。

物理的にこのような現象が起こり得るかを検討するために、半無限の試料表面近傍に電気双極子を置き、探針に見立てた曲率半径aの金属球を試料表面との距離dを隔てて設置すると十分遠方で電気双極子が何倍に観測されるかという電磁気学的増強効果の理論計算を行った。この結果、探針の曲率半径が小さい場合には単調な依存性しか現れないが、約500nm以上の大きな曲率半径を持つ探針に対してはピーク構造が現れ得ることがわかった。これは、特定の曲率aと距離dの組み合わせの場合に探針先端と試料表面で閉じこめられた局所表面プラズモンが共鳴励起することに起因するものであると考えられる。
火山噴煙のPIV解析

画像解析技法の一つであるParticle Image Velocimetry法(以下、PIV法)を火山噴煙の映像に適用した。特に、2006年以降、噴火活動が活発になっている桜島火山の昭和火口で発生した噴火において、火山噴煙の速度を定量的かつ面的に抽出することに成功した。火山噴火で発生した噴煙を記録した映像にParticle Image Velocimetry法(以下、PIV法)を適用し、噴煙の速度を定量的かつ面的に抽出することを試みた。平成20年度は、桜島火山の昭和火口から発生した火山噴煙を主な研究対象とした。昭和火口での噴火に注目した理由は、同火口において2006年以降、噴火活動が活発になっている上、2008年2月に「噴煙柱崩壊」と呼ばれる火山活動の中でも特に危険な現象が、小規模ながら発生したからである。「噴煙柱崩壊」は、噴煙の一部が上昇速度を失って落下し、火砕流を発生させる現象である。昭和火口の噴火でも山麓に向かって火砕流が約1.5キロ流れ下ったため、防災的な観点からも、同火口での活動の検討が急務であると判断した。平成20年度は、昭和火口から発生する噴煙を撮影することを目指して、本研究課題以外の経費による出張を含め、計4回、桜島火山を訪問し、撮影の機会を探った。しかし、残念ながら訪問中には噴火が発生せず、本研究課題で購入した撮影システムでは噴煙を記録することができなかった。そこで、京都大学防災研究所火山活動研究センターが日本放送協会と共同で撮影した噴煙映像を同研究所から提供していただき、その映像にPIV解析を適用することを試みた。本来のPIV法は、流体の流れに追随して運動する粒子の移動量を同定して、流れそのものの速度を求める流速測定法であるが、本研究では、粒子の代わりに乱流渦の濃淡をトレーサーとする逐次棄却法(加賀・他、1994)を適用して、噴煙の移動速度の抽出を試みた。解析は、噴煙映像をグレースケールに変換した上で、各フレームの画像を噴煙発生直前の画像と差分を取ったものを解析対象とするなどの工夫を加えた結果、乱流渦の濃淡が明瞭な、天気が良い日中に発生した噴煙映像に関して、信頼できる速度分布を得ることに成功した。
個体別シミュレーションによる肺呼吸システムの解明とその臨床応用

形態や材料物性などの個体別の特性に対応できるように,要因レベルの力学現象から肺呼吸系と肺循環系が連成した力学モデルを構築した.その連成モデルを用いたシミュレーションを通じて肺呼吸システムの解明を試みた.また,その臨床応用へのアプローチとして人口呼吸時の吸入圧力の影響について検討した結果,以下の成果を得た.1.これまでに報告されているヒト肺およびネコ肺の形態と材料定数に基づいて,自然呼吸時の肺循環シミュレーションを行った.得られた肺動脈部の血圧波形をフーリエ変換して各周波数成分に対する肺循環系の入力インピーダンスを求めた結果,実験で観察されるように,弾性血管内の脈波の伝播と分岐部における反射により,入力インピーダンスは周波数成分に依存することが示され,ヒト肺とネコ肺のインピーダンス特性の相違が定量的によく再現された.このことから,要因レベルから構築した力学モデルでは,モデル自体を変更することなく,形態や材料パラメタを適切に選ぶことにより,種々の個体別の特性を表現できることがわかった.2.ヒト肺の人口呼吸時を想定し,吸入ガス圧力として口腔内圧を変動させたときのシミュレーションを行い,肺動脈部,肺胞毛細血管部,および肺静脈部における血圧波形および各心拍あたりの平均血流量を調べた.その結果,自然呼吸時に比べ人口呼吸時の血圧は,呼気時に高血圧側,呼気時初期に底血圧側に移行し,吸収したガス圧力の影響が顕著に現れることがわかった.また,自然呼吸時では肺動脈部に各心拍あたりの血流量の変動がみられるが,肺胞毛細血管部では安定し,人口呼吸時では各心拍あたりの血流量の変化が肺胞毛細血管部にも現れることが示された.人工呼吸において最適なガス交換状態を実現するためには,このような血流特性も同時に評価する必要があることが示唆された.形態や材料物性などの個体別の特性に対応できるように,要因レベルの力学現象から肺呼吸系と肺循環系が連成した力学モデルを構築した.その連成モデルを用いたシミュレーションを通じて肺呼吸システムの解明を試みた.また,その臨床応用へのアプローチとして人口呼吸時の吸入圧力の影響について検討した結果,以下の成果を得た.1.これまでに報告されているヒト肺およびネコ肺の形態と材料定数に基づいて,自然呼吸時の肺循環シミュレーションを行った.得られた肺動脈部の血圧波形をフーリエ変換して各周波数成分に対する肺循環系の入力インピーダンスを求めた結果,実験で観察されるように,弾性血管内の脈波の伝播と分岐部における反射により,入力インピーダンスは周波数成分に依存することが示され,ヒト肺とネコ肺のインピーダンス特性の相違が定量的によく再現された.このことから,要因レベルから構築した力学モデルでは,モデル自体を変更することなく,形態や材料パラメタを適切に選ぶことにより,種々の個体別の特性を表現できることがわかった.2.ヒト肺の人口呼吸時を想定し,吸入ガス圧力として口腔内圧を変動させたときのシミュレーションを行い,肺動脈部,肺胞毛細血管部,および肺静脈部における血圧波形および各心拍あたりの平均血流量を調べた.その結果,自然呼吸時に比べ人口呼吸時の血圧は,呼気時に高血圧側,呼気時初期に底血圧側に移行し,吸収したガス圧力の影響が顕著に現れることがわかった.また,自然呼吸時では肺動脈部に各心拍あたりの血流量の変動がみられるが,肺胞毛細血管部では安定し,人口呼吸時では各心拍あたりの血流量の変化が肺胞毛細血管部にも現れることが示された.人工呼吸において最適なガス交換状態を実現するためには,このような血流特性も同時に評価する必要があることが示唆された.
ドップラーライダーを用いた高層ビルキャノピー内乱流観測とモデル化

本研究では、都市域に林立する高層ビル群が下層大気に与える力学的影響を解明するため、未だ観測例の少ない現実高層ビル群内の風・乱流鉛直分布の実証観測を行い、実データに基づく精緻な都市キャノピー乱流モデルを構築することを目指す。前年度は、気象研究所における試験観測を行い、風・乱流の鉛直分布観測にドップラーライダーシステムが適していることを確認するとともに、冬季には東京都心での実証観測を実施した。本年度は、小型ドップラーライダーを千代田区大手町の気象庁敷地内に設置し、春季のデータ取得を行った。2015年5月13日から6月17日まで連続観測を行い、高層ビル群内の風・乱流の鉛直分布データの取得に成功した。この春季観測におけるデータの取得率(200mまでの全高度でデータ取得ができた割合。降水による観測不能時間帯も含む)は73%であった。冬季及び春季の平均的な風速鉛直分布を解析したところ、120m140m付近に風速鉛直分布の変曲を見ることができた。変曲点より下層の風速鉛直分布の勾配が冬季・春季ともにほぼ同じことから、この変曲がみられる高度までの範囲が、観測地点周辺の高層ビル群による力学的影響を直接的に受けている領域(都市キャノピー層)であろうことが推察された。本年度はさらに、ドップラースペクトル幅で表現される乱流強度の鉛直分布についても解析を進めた。風速の鉛直分布に比べ、乱流強度は日々の変化はもとより、日変化もかなり大きいことが確認できた。上層より下層の方が、また夜間より日中の方が乱流強度が大きいことを実際の観測で確認できたのは、本研究の重要な成果のひとつといえる。数値モデルの開発においては、都市ビル群による形状抵抗を考慮する多層化した都市キャノピーモデルの定式化を行った。現実都市の地表面状態の設定と、現実都市での風・乱流観測データとの比較検証が今後の課題として残る。小型ドップラーライダーを2014年6月20日に気象研究所に設置し、10日間の性能評価観測を実施した。気象研究所に隣接する高層気象台にて観測されている気象ゾンデ、及び、低層観測用ドップラーライダーとの比較検証を行った。結果、3つの測器によって得られた風速は絶対値にバイアスがみられるものの、その鉛直分布(鉛直勾配)は相関良く取得できていることが確認された。その他、気象ゾンデでは数100m程度以下という低層の風観測には気球の振れによる誤差が含まれ得ること、約60m以下の高度範囲では周辺の木々の影響によると思われる風速低下が見られること、また、その風速低下領域においては乱流強度に相当するドップラースペクトル幅が大きくなっていること、なども確認することができた。6月期の性能評価観測結果から、都市域上空の乱流観測にドップラーライダーが有用であることが示された。このため、翌2015年1月14日に小型ドップラーライダーを千代田区大手町の気象庁敷地内に設置し、現実都市域での乱流観測を開始した。2月20日までの1ヵ月余りにわたって都市域上空の乱流観測を継続したが、データの取得率は35%程度にとどまった。これは、ドップラーライダーからのレーザー光を反射させるエーロゾル粒子が冬場の大気には少ないからである。冬場でも都市内には豊富にエーロゾル粒子が存在しているとの期待があったのだが、風速を解析するための信号強度を得るには至らない日も存在したことになる。今後は、取得できた35%のデータをもとに、都市ビルキャノピー層内の乱流の解析を進める予定である。

当初より計画していた気象研究所内での性能評価試験及びデータ解析は順調に完了した。その解析結果についても、ライダーの専門家が集まるシンポジウムで報告することができた。本研究の主目的である都市内部での乱流観測では、データの取得率が思うように伸びなかったものの、乱流解析には十分なデータは蓄積できたと思われる。ドップラーライダーデータの解析プログラム作成等に集中したため、予定していた鉛直1次元都市乱流モデルの開発には着手することができなかった。次年度は鉛直1次元都市乱流モデルの構築に軸足を移す予定である。2015年5月中旬から6月中旬まで、現実都市域での乱流観測をあらためて行う予定である。まずはこの5月期の観測を完遂する。蓄積した都市乱流データセットの解析結果については、7月末に開催予定の第9回国際都市気候会議にて発表するとともに、論文として観測成果をまとめたい。鉛直1次元都市乱流モデルは、既報の多層都市キャノピー用放射モデルをベースとして開発を進める予定である。フェンスに囲まれた場所での観測が可能となったことにより、購入を予定していた観測用消耗品の一部(トラロープやバリケードフェンスなど)の調達が不要となったため、及び、装置移設費が想定していたほどかからなかったため。7月末に開催予定の第9回国際都市気候会議にて研究成果を発表するための旅費及び大会参加費に充当する。