hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
被子植物の花粉外膜のパターン決定機構の解明

オスミウム酸にて二重固定後、脱水処理し、TFー1型を用いて、凍結割断面を作製し、超高分解能走査型電子顕微鏡にて、連続的な発育段階に従って花粉外膜のパタ-ンが決定されていく過程を3次元的に解析した。一方、急速凍結固定および化学固定サンプルを通常の方法で樹脂に包理し、ウルトラミクロト-ムで超薄切片を作製した。この超薄切片作製のために、ダイヤモンドナイフを使用した。電子染色後、透過型電子顕微鏡にて観察、写真撮影をした。以上の方法によって得られたデ-タを従来の文献等と比較、解析をし、研究成果を取りまとめることによって、花粉外膜パタ-ンの決定機構の普遍性と分類群による独自性を明らかにしつつある。Bougainvillea属植物とIpomopsis属植物についての研究成果は、2つの論文として国際学術雑誌に発表した。昨年度に引き続き、ジャケツイバラおよびコウホネを研究材料として、花粉外膜のパターン決定機構の解明の研究を遂行した。今年度は特に私の従来の研究で明らかにしてきた原形質膜による花粉外膜の基本的なパターン形成モデルの一般化にむけて検証することを中心とした。さらに、被子植物の各分類群にみられる花粉外膜の多様化の機構を明らかにすることと、初期花粉外膜の内部超微細高次構造の解明を研究の目的とした。これらの植物について、花粉母細胞の減数分裂から成熟花粉にいたる花粉形成過程に見られる小胞子および発達しつつある花粉の表層構造系の変化を超高分解能走査型電子顕微鏡および透過電子顕微鏡を用いて微細構造のレベルで追跡した。具体的には、野外でこれらの植物をサンプリングし花粉母細胞から成熟花粉にいたる適当な発育段階の雄蕊を光学顕微鏡で確認しながら切断し、小片化した後で、急速凍結固定およびパラホルムアルデヒドとグルタルアルデヒドにて化学固定した。オスミウム産にて二重固定後、脱水処理し、TF-1型を用いて、凍結割断面を作製し、超高分解能走査型電子顕微鏡S-900にて、初期花粉外膜の内部超微細高次構造および連続的な発育段階に従って花粉外膜のパターンが決定されていく過程を3次元的に解析した。一方、急速凍結固定法は、四分子細胞が厚いカロース層に被われているためにどうしても氷晶ができてしまうと言う技術的問題を解決できなく成功しなかった。以上の結果、大きな針状突起をもつコウホネの花粉の花粉外膜のパターン形成過程において、針状突起は上部表層突起と形成時期が異なっており、針状突起は4分子初期にカロースの中に伸長していくように形成されることが明らかになった。外観的には類似している針状突起にも上部表層突起と相同でないものがあることを示唆している。花粉外膜の層構造の相同性を明らかにしていくのに形成過程の研究が重要である。また、花粉外膜の内部基本構造が繊維状の構造物によって構成されていると言う新しい見解が生まれた。これらの研究成果は、それぞれ国際誌であるAmerican Journal of BotanyとReview of Paleobotany and Palynologyに発表した。
溶解・析出を伴う金属/水溶液界面反応における「反応トリガー」可視化

金属腐食・劣化や電池電極等では溶解・析出を伴う金属/水溶液界面の反応がキーである。しかしこれらの反応系では、反応の進行に伴い固液界面の形状や凹凸が変化するため、その場観察が困難であった。本研究では、放射光と特別な反応セルを組み合わせたシステムを開発し、X線吸収分光法により、溶液内の化学種の濃度と存在状態をその場観察する技術を確立し、界面からの距離の関数として可視化することに成功した。同手法をステンレスでの孔食反応に応用してメカニズム解明を進めることを達成した。溶解・析出を伴う金属/水溶液界面反応における「反応トリガー」を可視化することを目的として、A.金属/水溶液界面の形状を三次元で可視化、B.界面近傍に存在する化学種の分布を二次元で可視化、C.電気化学反応を例題として反応トリガーの可視化、の三点から研究に取り組んでいる。平成27年度は、項目A.について以下の三点を実施した。A-1. X線CTによる反応静止状態での金属/水溶液界面観察:電気分解により数100μmの凹凸をつけた金属と水溶液の界面にX線を透過させ、その三次元形状の変化をX線CT装置(H26FY中に別予算で整備予定)で観察する技術を確立した。A-2.電気化学的ポテンシャルを印加可能な反応セルの開発:金属/水溶液の界面にX線を透過可能な条件下で、溶液の種類や金属の電気化学ポテンシャルを変えることのできる反応セルの開発を行った。A-3.強制腐食反応による界面形状変化観察:項目A-2で製作した反応セルを用いて、強制腐食反応による界面形状変化を観察に着手した。鉄金属箔を用いて電気化学ポテンシャルを低pHかつ卑な(高い)電位に保つことにより、金属元素の溶解が進行する過程を観察した。電位および水溶液中のハロゲン化物イオン濃度を変化させることによる反応条件の差異の観察を開始した。申請時の計画に沿って研究が進捗している。手製の反応セルでの実験を先行して進めることにより研究遂行ができたため、平成27年度に購入予定であった電気化学反応セルの購入は平成28年度以降とした。平成28年度は、項目B.について以下の三点を実施した。B-1.電気化学的ポテンシャルを印加した状況での化学種の存在状態の観察するシステムの高度化:平成28年度に作製したprototypeの反応セルを、高エネ研の物質構造科学研究所/放射光施設PFのBL-15A1ビームラインと組み合わせることによるシステムの高度化を実施した。その結果を用いて金属/水溶液の界面にX線を透過可能な条件下で、溶液の種類や金属の電気化学ポテンシャルを変えながら化学種の観察をする空間分解能を従来の100μmから20μmへと大幅に高分解能化することに成功した。B-2.強制腐食反応による界面形状変化観察:項目B-2で製作した観察システムを用いて、強制腐食反応による界面形状変化を観察に成功した。電位および水溶液中のハロゲン化物イオン濃度を変化させることによる反応条件の差異の観察を解明した。B-3.広く社会で使用され工学的にも非常に重要なステンレス鋼にB-2の技術を適用し、HCl溶液下での溶解現象を観察した。溶解の速度定数を決めると共に、耐食性を決める添加元素であるクロムイオンとハロゲン化物イオンの相互作用について重要な知見を得た。平成27年度はA.金属/水溶液界面の形状を三次元で可視化、を行い、その基礎技術をベースに平成28年度はB.界面近傍に存在する化学種の分布を二次元で可視化に必要なシステムの開発とステンレスでの基礎的実験を完了した。最終年度である平成29年度は、C.電気化学反応を例題として反応トリガーの可視化から研究に取り組み、本課題の総括をする。平成29年度は、最終年度として、項目C.について以下の点を実施した。C-1.開発した電気化学反応セルを、高エネ研の物質構造科学研究所/放射光施設PFのBL-15A1ビームラインと組み合わせることにより、金属/水溶液の界面にX線を透過可能な条件下で、溶液の種類や金属の電気化学ポテンシャルを変えながら化学種の観察をする空間分解能を従来の100μmから20μmへと大幅に高分解能化して測定する手法の高度化を実施した。特に平成27,28年度の研究成果を元に、設備を導入し、電気化学ポテンシャルの制御や溶液の流通方法について高度化を進めた。C-2.その結果、広く社会で使用され工学的にも非常に重要なステンレス鋼について反応トリガーの可視化を行った。強制腐食反応による界面形状変化を観察し、電位および水溶液中のハロゲン化物イオン濃度を変化させることによる反応条件の差異の観察を解明した。

ステンレス鋼中の金属元素(Ni,Cr)やハロゲン化物イオン等の化学種の界面近傍の濃度勾配や配位構造が明らかになり、電気化学反応のトリガーに関する知見を得られた。成果については、米国電気化学会にて国際会議発表、および学術誌への論文発表を行った。金属腐食・劣化や電池電極等では溶解・析出を伴う金属/水溶液界面の反応がキーである。しかしこれらの反応系では、反応の進行に伴い固液界面の形状や凹凸が変化するため、その場観察が困難であった。本研究では、放射光と特別な反応セルを組み合わせたシステムを開発し、X線吸収分光法により、溶液内の化学種の濃度と存在状態をその場観察する技術を確立し、界面からの距離の関数として可視化することに成功した。同手法をステンレスでの孔食反応に応用してメカニズム解明を進めることを達成した。平成28年度以降は、項目B.およびC.について下記の通り取り組む。B-1.透過X線によるXAFS分光法による界面近傍の化学種観察:項目A.で明らかになった強制腐食反応が進行する条件下で、数10μmに集光した放射光マイクロビームを溶液部分に照射し、X線吸収分光(X-ray Absorption Fine Structures)により溶液中の化学種の状態を観察する手法を確立する。具体的には、組成の異なるステンレス鋼を試料とし、ハロゲン化物イオン(Cl-,Br-)を含む低pHの水溶液との界面での反応を観察する。ステンレス鋼中の金属元素(Ni,Cr)やハロゲン化物イオン等の化学種の界面近傍の濃度勾配や配位構造を明らかにする。B-2.界面近傍の化学種の二次元マッピング:金属より溶け出した金属イオンや電位勾配下バルク溶液から拡散してきたイオンにより、界面近傍には様々な化学種が濃化していると考えられる(特に、凹部の溶液だまりで反応が著しい部分)。その濃度勾配やバルクと異なる化学種を項目Bー1で開発した手法により、界面方向およびそれと垂直方向の二次元マッピングを行う。C.電気化学反応を例題として反応トリガーの可視化:溶解・析出を伴う金属/水溶液界面反応における「反応トリガー」の反応機構の解明に取り組む。C.強制腐食反応が進行する条件下で、数10μmに集光した放射光マイクロビームを溶液部分に照射し、X線吸収分光(X-ray Absorption Fine Structures)により溶液中の化学種の状態を観察する手法を確立する。電気化学反応を例題として反応トリガーの可視化:溶解・析出を伴う金属/水溶液界面反応における「反応トリガー」の反応機構の解明に取り組む。放射光科学、材料科学、X線吸収分光、XAFS、X線回折、腐食、電気化学、触媒、金属、鉄鋼手製の反応セルでの実験を先行して進めることにより、装置導入の詳細仕様を決定した上で電気化学反応セル装置の購入を平成27年度に計画していた。しかし手製の反応セルでの実験により、導入装置に付加すべき新機能(仕様)を新たに着想し、それを含めた装置の導入が本研究の目的遂行上必要であることが判明した。
宇宙用集積回路の革新へ向けたグラフェン/SiC基板量産技術の確立

本研究では,宇宙用集積回路の革新へ向けて,グラフェン/SiC基板の量産技術の確立を目指す.近年の集積回路技術はシリコンの微細化による高速化,省エネ化,高機能化が主流であった.一方,高放射線環境となる宇宙空間で用いる宇宙用集積回路では,回路に対する高エネルギー粒子の入射によって半導体中に意図しない導電性キャリア(電子・正孔対)が誘起され,回路の動作に悪影響を及ぼす(シングルイベント現象)ことから,シングルイベント現象に対する耐性(耐放射線性)が求められる.集積回路が小型であるほど,回路に対するシングルイベント現象の影響が相対的に大きくなるため,微細化による高性能化と耐放射線化には本質的なトレードオフが存在する.本研究ではこのトレードオフを解消するため,従来の集積回路材料であるシリコン基板から,グラフェン/SiC基板への転換を提案する.超導電性2次元材料であるグラフェンとワイドバンドギャップ半導体であるSiCを用いることで,微細化に頼らない集積回路の高性能化と材料レベルからの放射線特性の向上が期待される.グラフェン/Sic基板の実用化にあたっての技術課題の1つに,量産技術,すなわちSic基板上への高品質グラフェンの成膜技術の確立が挙げられる. Sic基板上へのグラフェン成膜は, Sic表面のアニーリングによる表面改質によってなされるが,実験的制約によって改質プロセスが十分理解されていないことが,グラフェンの高品質化に向けた体系的な取り組みを妨げている.本研究では量子力学計算によって表面改質プロセスを原子レベルで明らかにする.また,その結果と熱力学的解析を組み合わせることで,実際の実験条件でどのような改質プロセスが行われるかを定量的に明らかにする.以上の理論解析の結果を実験家にフィードバックすることで,実験・理論の両面からグラフェンの高品質化が実現することが期待できる.(抄録なし)【本研究課題の目標】本研究課題では宇宙用集積回路が抱える高速・低消費電力化と放射線耐性強化のトレードオフを解消することを目的とし,グラフェン/炭化ケイ素(SiC)集積回路技術の基礎となるグラフェン/SiC基板量産手法の確立を目指す.具体的にはSiC表面熱分解過程におけるグラフェン成長機構を量子力学シミュレーションによって解明し,電子デバイス用途の高品質グラフェン/SiC基板を得るための熱分解プロセスを提案する.【平成24年度研究内容の概要】平成24年度はグラフェン成長の初期段階に対して理解を深めた.申請者は前年度までにグラフェン成長初期過程について,SiC基板表面の熱分解とC原子の表面拡散に主眼を置いて研究を進めてきた.今年度は,基板表面を拡散するC原子が凝集し,グラフェン核が形成するまでを検討した.【研究成果】1.テラス上のC原子凝集過程原子解像度で平坦なSiC表面(テラス)上のC原子凝集過程を調べたところ,テラス上の微小なグラフェン核は5員環,7員環などのトポロジカル欠陥を含む不完全な結晶構造を持つことがわかった.この5員環,7員環はグラフェン核がグラフェン・シートへ成長する過程で6員環に変形すると考えられる.以上の結果は,核形成頻度を制御することによるグラフェン・シート内の結晶粒の拡大には,結晶粒内部の結晶構造を完全化させる作用もあるため,単に結晶粒界を低減させる以上の意義があることを示唆している。2.ステップ近傍のC原子凝集過程次にSiC表面上のステップ近傍におけるC原子の凝集過程を調べたところ,グラフェン核はSiC表面上のステップ構造を反映し,テラス状とは異なる構造を持ち得ることが示唆された.特に[1120]傾斜ステップとSi終端の[1100]傾斜ステップにおいてグラフェン核は主に6員環で構成されることがわかり,適切なステップを選ぶことで欠陥の導入を抑制できることが明らかとなった.本研究では,宇宙用集積回路の革新へ向けて,グラフェン/SiC基板の量産技術の確立を目指す.近年の集積回路技術はシリコンの微細化による高速化,省エネ化,高機能化が主流であった.一方,高放射線環境となる宇宙空間で用いる宇宙用集積回路では,回路に対する高エネルギー粒子の入射によって半導体中に意図しない導電性キャリア(電子・正孔対)が誘起され,回路の動作に悪影響を及ぼす(シングルイベント現象)ことから,シングルイベント現象に対する耐性(耐放射線性)が求められる.集積回路が小型であるほど,回路に対するシングルイベント現象の影響が相対的に大きくなるため,微細化による高性能化と耐放射線化には本質的なトレードオフが存在する.本研究ではこのトレードオフを解消するため,従来の集積回路材料であるシリコン基板から,グラフェン/SiC基板への転換を提案する.超導電性2次元材料であるグラフェンとワイドバンドギャップ半導体であるSiCを用いることで,微細化に頼らない集積回路の高性能化と材料レベルからの放射線特性の向上が期待される.グラフェン/Sic基板の実用化にあたっての技術課題の1つに,量産技術,すなわちSic基板上への高品質グラフェンの成膜技術の確立が挙げられる. Sic基板上へのグラフェン成膜は, Sic表面のアニーリングによる表面改質によってなされるが,実験的制約によって改質プロセスが十分理解されていないことが,グラフェンの高品質化に向けた体系的な取り組みを妨げている.本研究では量子力学計算によって表面改質プロセスを原子レベルで明らかにする.また,その結果と熱力学的解析を組み合わせることで,実際の実験条件でどのような改質プロセスが行われるかを定量的に明らかにする.以上の理論解析の結果を実験家にフィードバックすることで,実験・理論の両面からグラフェンの高品質化が実現することが期待できる.平成24年度の研究活動によってグラフェン成長の初期段階(C拡散過程グラフェン核形成過程)に対する理論検討が完了した.

また,量子力学計算プログラムの高速化(並列計算プログラムの実装)および予定していた研究成果の公開(国際会議1件,論文発表2件,国内招待講演1件,国内会議6件)を達成した.以上の理由から、当初の計画通り研究を進展させたと言える。平成25年度は研究計画に従ってグラフェン成長の初期段階以降を理論検討し,成長過程全体を理解する.グラフェン成長過程に対する一連の理解に基づき,高品質グラフェンを得るための熱処理プロセスを提示し,その効果を共同研究先の実験グループ(九州大学工学府エネルギー量子専攻田中研究室)の協力の下で検証する.以上の成果を論文2件,国際会議1件,国内会議3件で公表するとともに,積極的な議論により研究の質的向上を図る.(抄録なし)
第一原理計算によるゲルマニウム系デバイスの機能予測

Geをチャネルとする次世代高速電子デバイスの実現には、Geとその酸化物(GeO_2)の界面の原子構造や電子状態を解明する必要がある。当該年度では、Ge(001)表面の酸化過程におけるGe/GeO2界面歪に着目した第一原理計算を行った。Ge(001)表面におけるGe-Ge結合の間に酸素(0)原子を挿入していくと、クリストバライトと呼ばれるGeO_2構造がGe(001)表面上に形成されることが先行研究でわかっている。また、クリストバライトGeO_2構造のa軸は、Ge(001)表面に平行な方向であることから、クリストバライトGeO_2構造のa軸を圧縮し、c軸の長さおよび内部原子構造の最適化を行った。クリストバライトGeO_2構造は、Ge(001)-(1x1)表面あたり17%大きく、Ge原子は0原子に対して四配位構造をとっている。a軸の圧縮を行っていくと、四配位構造よりも安定かつ格子定数不整合がわずか5%の六配位構造の方が安定であることがわかった。したがって、クリストバライトGeO_2構造は、Ge(001)表面の歪の下では、四配位構造よりも六配位構造の方が安定であることがわかった。さらに、Ge/六配位GeO_2界面およびGe/四配位GeO_2界面をモデル化し、エネルギーの比較を行ったところ、Ge/六配位GeO_2界面の方が安定であることがわかった。最後に、Ge/GeO2界面における六配位構造の電子状態への影響を調べたところ、六配位構造が界面に存在すると、GeO_2のバンドが伝導帯側ヘシフトすることがわかった。これまでにGe/GeO2界面の価電子帯オフセットの実験結果がいくつか報告されているが、ばらつきがあることがわかっている。当該年度の成果から、価電子帯オフセットのばらつきは、界面における六配位酸化物の割合の違いによるものであると推測できる。シリコンを超えるトランジスタのチャネル材料としてゲルマニウム(Ge)が注目を集めている。本研究は、実験パラメータを一切使用することなく材料特性を予測できる第一原理計算を用いて、Geをチャネルとする金属-絶縁体-Ge界面の形成技術の確立を目的としている。通常の密度汎関数法で半導体や絶縁体を扱うとバンドギャップを過小評価することがわかっている。これは、交換・相関項共に近似した局所密度近似や一般化密度勾配法(GGA)を用いるからである。一方で、ハートリー・フォック(HF)法では交換項のみを厳密に取り扱うため、バンドギャップが過大評価される。したがって、近似した交換・相関項(GGA)と厳密な交換項(HF法)を一定の比率で混合すれば、バンドギャップの過小評価を克服できると考えられる。このような交換・相関項の取り扱い方法をハイブリッド汎関数法といい、バンドギャップを過小評価する問題を解決する一つの方法として近年注目を集めている。ハイブリッド汎関数法には混合比の決め方により様々な種類があるが、本年度はPBEOという種類のハイブリッド汎関数法の開発を行った。PBEOでは、PBEと呼ばれるGGAの交換を75%、HF法の交換を25%、PBEの相関を100%とする。本研究では、すべての物理量を実空間で計算を行う実空間差分法に基づく第一原理計算手法にハイブリッド汎関数法を導入した。平面波を基底関数とするハイブリッド汎関数法と同等の解離曲線やバンド図が得られることを確かめ、当初の予定通り当該年度内に実空間差分法に基づくハイブリッド汎関数法の開発を完成させた。次年度以降は、更なるプログラムの高速化を行い、絶縁体-Ge界面のシミュレーションを目指す。

当該年度の成果から、価電子帯オフセットのばらつきは、界面における六配位酸化物の割合の違いによるものであると推測できる。当初の計画通り当該年度内にプログラムを完成させることができたが、現状のアルゴリズムでは翌年度に行う予定である規模のシミュレーションを行うのが難しい。研究計画では、次年度は完成したプログラムを用いてシミュレーションを行う予定であったが、次年度も引き続きプログラムの更なる高速化が必須であることから、やや遅れていると評価した。当該年度に導入したハイブリッド汎関数法におけるイオン・電子間相互作用は、ノルム保存型擬ポテンシャルを用いている。一方で、PAW擬ポテンシャルは、内殻電子を正確に取り扱いつつ、ポテンシャルが滑らかであるため、高い精度を保ちつつ、より高速なシミュレーションを可能とする。したがって、ハイブリッド汎関数法を用いた大規模なシミュレーションを実現するために、PAW擬ポテンシャルを用いたハイブリッド汎関数法の開発が必要である。そこで、当初の研究計画を変更し、PAW擬ポテンシャルを用いたハイブリッド汎関数法のプログラム開発を行い、高精度かつ超並列計算が可能なハイブリッド汎関数法の完成を目指す。
ペアレントトレーニングの手法を応用した看護師の支援技術の開発

ペアレントトレーニング(PT)とは、発達障害児の行動に対する適切な対応を、保護者が、習得するための訓練である。このPTの手法を、看護師の支援技術として応用するために、看護師の行動調査、適応行動を増加させる言動調査、看護師の心の健康度を実施した。結果、行動調査では385の行動が抽出され、看護師の対応後に行動が改善した事例は52%、行動が悪化した事例は48%であった。また、適応行動を増加させる言動の調査では、398の言動が抽出され、患者への肯定的な評価や、感謝、尊敬、承認を表す言動を多く用いていた。さらに、心の健康度の調査では、25%の看護師の心の健康度が良好であった。ペアレントトレーニング(PT)とは、発達障害児の行動に対する適切な対応(PTの手法)を、保護者[ペアレント]が、習得するための訓練[トレーニング]である。しかし、PTの手法は、教育現場などの子ども集団では実践しにくいことが指摘されていた。そこで、研究代表者らは、教師や保育士などを対象とした新たなPT(支援者を対象としたPT)を開発し、子ども集団への有用性を実証した。これにより、保護者に限定されていたPTの適用範囲が拡大し、子どもに携わる支援者への適用が可能となった。そこで本研究は、発達障害児や精神障害者を支援する看護師に着目し、PTの手法を応用した看護師の支援技術を開発、さらには、開発した支援技術を習得するためのトレーニングプログラムを構築することを目的とした。今年度は昨年度の調査結果をもとに、PTの手法の一つである「無視する手法(相手をしない・待つ)」が応用実践しにくい要因を分析している。要因の一つは、日本人の国民性である。欧米と異なり日本は集団主義であり、「他の同じこと」を美徳とする国民性がある。このため、特に集団内での手法の実践に抵抗感があり、実践が困難であると考えている。他の要因として、無視への抵抗感である。調査協力者の大部分が「無視」に対して抵抗感があり、ネガティブな印象を抱いている。ネグレクトと混同してる場合もある。また、支援者にとって、「支援=与えるもの」との認識が高いことも、無視する手法の実践を困難としていると考える。その他の実績としては、昨年度同様に、PTの認知度とPTの手法の応用に関する調査を引き続き実施した。今年度は、看護師へのインタビュー調査、行動調査、メンタルヘルス調査を実施した。インタビュー調査は24名に実施し、録音データから逐語録を作成して質的に分析した。適応行動を増加させる看護師の多くが、日々の看護の中で、患者との信頼関係の構築に努め、意識的に肯定的な言葉がけ(ほめ言葉を含む)をしていた。昨年度の調査では、日々の看護において「無視する手法(相手にしない・待つ)」が応用実践しにくいことが懸念されたが、調査の結果、不適応行動への良好な対応の多くが、「無視する手法」を応用実践した対応であった。また、看護師が普段使用しているほめ言葉を約300抽出し、20のカテゴリに分類した。さらに、行動調査では、385の対応場面から、適応行動を増加または減少、不適応行動を増加または減少させる看護師の対応をそれぞれ抽出した。看護師のメンタルヘルス調査では、心の健康度と疲労度を調査した。結果、心の健康度が良好な看護師が約3割、心の疲労度が高い看護師が約5割であった。

これにより、保護者に限定されていたPTの適用範囲が拡大し、子どもに携わる支援者への適用が可能となった。そこで本研究は、発達障害児や精神障害者を支援する看護師に着目し、PTの手法を応用した看護師の支援技術を開発、さらには、開発した支援技術を習得するためのトレーニングプログラムを構築することを目的とした。今年度は、PTの認知度と、PTの手法の応用に関する調査、また看護師の行動調査を行った。調査対象は、精神科看護師と、対照群として、子ども支援に携わるもの(保育士、保健師、子ども相談員等)と、子育て中の保護者とした(計55名)。結果、PTの認知度は、3群間で有意差は見られず、いづれもPTの認知度は低いことが明らかとなった。また、精神科看護師のPTの手法の応用に関する調査では、PTの3つの手法の内、無視する(相手をしない・待つ)手法が、応用実践しにくいことが明らかとなった。看護師の行動は、現在調査中である。結果を今後分析し、適応行動が増加する看護師の言動や、不適応行動が減少する看護師の言動等を明らかにしていく。今年度は、看護師の支援技術を開発するために看護師の行動を質的に調査・分析する計画であったが殆ど実施できていない。昨年度同様に、被災地支援活動が増加し、研究活動の時間が大幅に短縮していることが要因と考える。研究代表者のフィールドの大部分は宮城県であり、今回の東日本大震災で、研究協力(含、候補)病院の多くが被災した。このため、多くの病院が、病院機能を正常化すること、復旧・復興、災害対策が優先される状況にあり、研究・調査を実施できる環境ではなかった。また、研究代表者も復旧・復興に携わり、研究開始が大幅に遅れた。これらのことが遅れている要因である。現在、研究の進捗状況は遅れている。研究計画の大幅な変更はないが、看護師の行動の質的な調査は、看護師へのインタビューを中心に実施する。集団インタビューとし、患児や精神障害者の適応行動を増加させる看護師の言動や、不適応行動を減少させる看護師の言動、日々の看護で注目している患者の言動等について調査する。また、調査協力の得られた施設の看護師を対象に心の健康度を調査する。これらの調査や分析を通して、看護師が実践可能な具体的なほめる手法や、無視する(相手をしない・待つ)手法を開発し、又看護師の現状に合ったトレーニングプログラムを構築していく。今年度は、震災があり研究開始が大幅に遅れ、現在の進捗状況もやや遅れ気味である。現在は研究フィールドの大部分が宮城県内であるため、他地域にもフィールドを拡大し実施する必要がある。今後は、看護師の行動を調査し、行動の分析を重点的に実施する。行動分析の結果から、患児や患者の適応行動を増加させる看護師の言動や、患児や患者の不適応行動を減少させる看護師の言動を明らかにしていく。これらの結果から、具体的なほめる手法や、無視する(相手をしない・待つ)手法を開発し、又看護師の現状に合ったトレーニングプログラムを構築していく。また、ペアレントトレーニングの手法を習得する前の看護師の心の健康度も調査する。次年度に使用する研究費は、研究協力病院や施設への依頼・相談・調査に関する旅費や、プレゼンテーション用の備品費、調査データの分析に関連する経費が主である。研究対象者への謝金は、インタビューを中心とするため1万円に変更する。また、関連図書の購入や研究協力者との打ち合わせでも使用する。
歯周病原因子と過大な機械的刺激が歯の移動の細胞シグナリング機構に及ぼす影響の解明

骨芽細胞の機械的刺激によるケモカインMIP-2とMCP-1の発現誘導には構成的なIL-1βを必要とすること、また、それがIL-1レセプターおよびTLRのアダプタータンパクであるMyD88を介することが明らかとなった。よって、MyD88を介したシグナル伝達系が、矯正治療における骨改造の初期反応に関与することが示唆された。また、IL-1βのタンパク濃度が高い状況下では、これらの反応を促進させる可能性が示唆された。臨床研究では、歯根長は咬合接触と関連し、不良な骨架橋は、早期に矯正治療を開始した場合に良好な骨架橋になる可能性が認められ、機械的刺激が歯根形成や移植骨の骨改造に関連することが示唆された。研究の目的は、矯正学的歯の移動で生じる炎症様反応に、過大な咬合力や歯周病による炎症反応が生じた場合のサイトカインやケモカインの動態と細胞シグナル伝達機構を解析することである。まずはじめに、炎症反応において重要な役割を担っているTLRやIL-1のアダプタータンパク質であるMyeloid differentiation factor 88(MyD88)が、機械的刺激に対するシグナル伝達経路に関与するのかを明らかにすることにした。従って、MyD88遺伝子欠損マウス(MyD88(-/-))の骨芽細胞を用いて、機械的刺激によるケモカインやサイトカインの発現誘導やシグナル伝達経路を解明するとともに、IL-1βの中和抗体を投与した実験を行い、機械的刺激におけるMyD88の働きを明らかにした。WTの骨芽細胞では、機械的刺激後にMIP-2の発現は増加し、MAPキナーゼ活性化が認められたが、MyD88(-/-)の骨芽細胞では認められなかったことから、機械的刺激によるケモカインの発現誘導およびMAPキナーゼ活性化には、少なくとも部分的にMyD88を介していることが示された。さらに、IL-1βの中和抗体を投与した実験において、MIP-2の発現やMAPキナーゼ活性は、MyD88(-/-)の骨芽細胞での実験と同じ傾向を示したことから、機械的刺激によるケモカインの動態には、MAPキナーゼ活性によるIL-1βを介したシグナル伝達が関与し、MyD88を間接的に介す伝達経路が示唆された。また、vivoでの実験が困難であったことから、開咬患者における咬合接触や下顎下縁平面角の開大などの咬合刺激が、歯周組織や歯に及ぼす影響を解明する研究を追加した。この研究結果により、開咬患者の歯根が短いことが明らかとなり、咬合刺激が歯根の形成に重要であることが示唆され、論文が掲載された。前年度までに、MyD88ノックアウトマウス(以下MyD88(-/-))の骨芽細胞に圧刺激を負荷した場合、炎症性メディエーターであるケモカインMIP-2とMCP-1の発現は、MyD88(+/+) (以下WT)の骨芽細胞と比較して減少することを確認した。今年度は、さらに、シグナル伝達経路について解析を行った。その結果、WTの骨芽細胞にIL-1βの中和抗体を添加した状況下において圧刺激を負荷した場合、MIP-2とMCP-1の発現は増加しなかった。また、WTの骨芽細胞にIL-1βを添加した場合、両ケモカインの発現は増加し、MAPキナーゼのリン酸化が増加したが、MyD88(-/-)の骨芽細胞では、IL-1βを添加してもケモカインの発現増加とMAPキナーゼのリン酸化の増加は認められなかった。このことから、骨芽細胞の機械的刺激によるケモカインの誘導には、IL-1βが必要で、MyD88を介したシグナル伝達経路とMAPキナーゼカスケードが関与することが示唆された。これらの結果を、日本矯正歯科学会学術大会にて報告した。また、臨床研究においては、口唇口蓋裂患者の骨移植後の骨架橋の長期的評価を行い、骨架橋の変化と予後に関与する因子を明らかにした。結果から、骨移植後6-12か月時の骨架橋は、マルチブラケット装置による治療後の骨架橋と同じである確率が高く、骨移植後6-12か月時の骨架橋の評価は中切歯側の骨量に依存していた。従って、骨移植後6-12か月の中切歯側の骨量がMB後の骨架橋の指標となることが示唆された。また、骨移植後6-12か月では不良な骨架橋であっても、骨移植後早期に移植骨部へ歯の移動を行った場合、良好な骨架橋へ変化する症例も認められたことから、歯の移動による移植骨への機械的刺激は、骨架橋の維持にとって有益である可能性が示唆された。これらの結果を、国際誌(CPCJ)にて報告した。

H23年度研究計画:マウスの骨芽細胞における至適矯正力,過大な機械的刺激および歯周病原因子による刺激に対する細胞シグナル伝達経路の解析1)骨芽細胞に圧刺激を負荷したときの生化学的メディエーターのmRNAおよびタンパク産生の解析: MyD88(-/-)とMyD88(+/+)(以下WT)のC57BL/6新生仔マウスの骨芽細胞に圧刺激を負荷し,ケモカインのmRNA発現をリアルタイムPCRで定量した.WTの骨芽細胞では,定常的にMIP-2, MCP-1, RANTESの遺伝子発現が認められ,刺激後にいずれも増加した.しかし,MyD88(-/-)では,定常的なMIP-2の発現量は有意に低く,機械的刺激後のMIP-2とMCP-1の発現は,WTと比較すると有意に小さいことから,MyD88が機械的刺激によるケモカインMIP-2とMCP-1の発現に関与することが示唆された.また,歯周病原性因子である液性成分(Pam3CSK4)を加えた条件下で,培養ヒト歯根膜細胞に伸展刺激を加え,炎症性サイトカインの遺伝子発現を調べた結果,Pam3CSK4と伸展刺激の共刺激下では,IL-6,IL-8およびMCP-1の発現が,それぞれの単独の刺激と比較して高い発現を示したことから,歯周病原性因子下での機械的刺激は,ヒト歯根膜細胞でのサイトカイン発現を増強させることが示唆された.2)細胞シグナル伝達機構の解明:ウエスタンブロット法でMAPキナーゼカスケードについて解析した.WTの骨芽細胞およびヒト歯根膜細胞では,機械的刺激とPam3CSK4添加後に3種類のMAPキナーゼのリン酸化が認められたが,圧刺激によるMyD88(-/-)のリン酸化量は,WTと比較していずれも減少した.今後,各細胞での刺激条件を変え,ケモカインとサイトカインの動態を解析し,シグナル伝達経路の詳細な解明を行う予定である.H24年度は、骨芽細胞に機械的刺激を負荷したときの生化学的メディエーターのmRNAおよびタンパク産生の解析、細胞シグナル伝達機構の解明を行うことを計画しており、概ね計画通り進行している。vivoの実験も計画していたが、MyD88遺伝子欠損マウスは長期間の生存が困難であり、vitroのみの実験を行っている。vivoの実験の代わりに、矯正患者における咬合接触などの咬合刺激や矯正力と歯周組織や歯根の関連を調査する研究計画を追加した。開咬患者の咬合刺激と歯根長の関連を調べ、論文が掲載され、成果を上げた。in vitroにおいて,1)マウス骨芽細胞に至的矯正力による刺激を負荷したときの炎症反応や歯の移動に関連するサイトカインやケモカインの産生および骨の改造のマーカーの解析.2)さらに過大な機械的刺激や歯周病原因子の刺激によって生じる反応の解析.3)これらのシグナル伝達経路を明らかにするために、MyD88などのノックアウトマウスの骨芽細胞を用いて,細胞レベルでの細胞応答を明らかにすること.が初年度の目標であり,MyD88ノックアウトマウスの骨芽細胞を培養し,機械的刺激によるケモカインの動態や細胞シグナル伝達経路の解析を行った.また、ヒト歯根膜細胞における歯周病因子(Pam3CSK4)下での機械的刺激についての解析も行った.しかし、歯周病の環境想定モデルとして,PGE2とLPSを前投与したときの細胞の反応についても同様に解析が未実施であるため,来年度行っていく予定である.機械的刺激によるケモカインの発現には、MAPキナーゼ活性によるIL-1βを介したシグナルを経由し、MyD88を間接的に介す伝達経路が示唆されたため、さらにIL-1βを中和した条件下で詳細な実験を行う。その後、実験結果をまとめて、論文を執筆する。
カキの雌雄性分化とその制御に関する研究

本研究からカキの雌雄性分化とそれに影響を与える生理活性物質の効果について以下のことが明確となった。1.雌花と雄花の性決定は花芽分化の初期(6月)にすでに決まっており,8月までに雌花ではがく片形成期,雄花では中心花の花弁形成期まで進行し,その状態で越冬する。2.雌花と雄花の分化はその枝梢に着生した花性と関連しており,雌花を着生した枝は雌花,雄花を着生した枝は雄花を分化する傾向がある。また,先端の芽では雌花が,下部の芽では雄花が分化する傾向があった。3.カキの雌雄性発現はサイトカイニン処理によって顕著に影響された。すなわち,合成サイトカイニンであるベンジルアデニンを春の萌芽直後に出現した雄花に処理すると偽雌ずいが発達し,両性花への性転換が引き起こされた。さらに,BAは雄花の分化期の処理でも効果があり,`台湾正柿'の2番枝に着生する雄花を両性花に転換させた。これらの事実は,雌雄性発現に枝梢内の生理活性物質が重要な要因である可能性を強く示唆した。4.雄花着生枝からは雄花が,雌花着生枝からは雌花が出現する規則性のある`岩瀬戸'を用い,雄花着生枝と雌花着生枝について花芽分化期の枝梢内サイトカイニン様物質と抑制物質の活性を測定した。測定はメタノ-ル抽出液を精製し,高速液体クロマトグラフィ-による分画後,サイトカイニンについてはアマランサス,抑制物質についてはイネ幼苗テストの生物検定によって行った。その結果,サイトカイニンについては雄花・雌花着生枝ともにゼアチン様,2ーiP様サイトカイニンが認められたが,それらの活性は着生した花性で差異がなく,抑制物質は予想とは逆に雌花着生枝でその活性が強かった。この事実は,雌雄性発現に及ぼす生理活性物質の複雑な作用を示唆していた。カキは雌雄混株であるとされているが、その雌雄性分化に関する要因は殆ど解明されていない。本研究は雌雄性分化に関与する内的要因を明らかにし、その分化を人為的に制御する方法を探索しようとするものである。1.まず、雌雄両花を着生する品種について、それぞれの分化時期を形態的に調べたところ、雄花は雌花よりいくぶん早く分化発達することが判明した。また、両花の着花特性については、前年度雄花を着生した結果母枝からは雄花が、雌花を着生した母枝からは雌花が着生しやすい傾向が認められ、さらに、母枝先端の芽ほど雌花が、下部の芽ほど雄花が、着生する傾向が認められた。2.雌花及び雄花をそれぞれ着生した新梢のメタノ-ル抽出物について生理活性物質を分画検定したところ、サイトカイニン活性を示す1分画が雌花着生枝において高く、抑制物質の1分画が雄花着生枝において高いことが明らかになった。これらの活性については今後詳細な分画を進めてゆく必要がある。なお、合成サイトカイニンであるベンジルアデニンを雌雄両花を着生する品種の新梢に散布したところ、本来雄花のみが分化すると考えられる2番枝上で雄花から両性花への移行がみられ、まれに雌花にまで発達するものが観察された。in vitro条件下で雌雄性分化を制御する方法を探索するため、休眠芽の培養を試みた。

まず基本培地の検討を行ったところMS培地の無機塩類を1/21/5の濃度に希釈したもので、花芽の発達がすぐれることが明らかになった。次年度以降、さらに好適な培地条件を明らかにするとともに、種々の生理活性物質の効果を試してゆきたい。本研究ではカキの雄花,雌花の着花特性と花芽分化期を明らかにし,養分の調節や化学薬剤処理による花性転換の可能性,特にサイトカイニンの影響を調査するとともに内生ホルモンについて調べた。1.結果母枝の太さや長さは前年の花性によって大きく影響されたが,翌年の花性に与える影響は小さく,前年の花性そのものが翌年の花性に与える影響の方がはるかに大きいことを明らかにした。また,花芽分化期は雌雄花で異なり,雄花の分化期の方が早かった。2.雄花着生品種についてベンジルアデニンの散布が花性転換に与える影響を調べたところ,中心花,側生花ともに雄花の偽雌ずいの発達がみられ,両性花,雌花に転換するものが観察された。3.雄花着生品種のはち植え幼樹について窒素施肥量を変えて処理したところ,窒素量が多いほど雌花の着生数が増えたが,ベンジルアデニンと窒素量との相互作用は樹齢によって異なり,樹齢が進むほど雌花着生に対する作用が大であった。4.雄花,雌花をそれぞれ着生した新梢の80%メタノ-ル抽出物を高速液体クロマトグラフィ-で分離し生物検定を行ったところ,両者間でゼアチン様サイトカイニン及び2iP様サイトカイニンの濃度には差異は認められなかった。しかし,雌花着生枝は雄花着生枝に比べてサイズが大きく花数が少いことから,新梢1本当たりのサイトカイニン量が多く,雌花1花当たりに配分されるサイトカイニンが多くなることが推測された。5.以上の結果から,サイトカイニンがカキの雌性化を誘導するホルモンの1つであることは間違いないことであるが,雄性化を誘導する物質についてはさらに検索する必要がある。過去2か年間にわたる本研究の結果より,前年度雄花を着生した結果母枝からは雄花,雌花を着生した母枝からは雌花が着生しやすい傾向が明確となった。また,雄花着生枝が雌花着生枝に比べ細くて短かいことから,雄花着生枝での抑制物質の存在と雌雄性発現との関係が示唆された。一方,雄花へのサイトカイニン処理によって雌性化が引き起こされたことから,雌雄性発現と内生サイトカイニン含量との係わりも推測された。本年度はこれらの結果を踏まえ,カキの雌雄性発現を制御する物質を検討した。1.雌花着生枝からは雄花,雌花着生枝からは雌花が出現する規則性が強い`岩瀬戸'を用い,花芽分化期の6月に雄花あるいは雌花を着生した新梢を採集し、新梢内のサイトカイニン様物質と抑制物質の活性を測定した。サイトカイニン様物質の測定は,メタノ-ル抽出液を精製した後,高速液体クロマトグラフ(HPLC)に導入し,各分画を集め,アマランサスの生物検定により測定した。抑制物質の測定は精製したメタノ-ル抽出液をHPLCに導入後,各分画をイネ幼苗テストで検定することで行った。その結果,サイトカイニンについては雄花・雌花着生枝ともにゼアチン様,2ーip様サイトカイニンが認められたが,その活性については着生した花性で顕著な差異はなかった。また,抑制物質についても2,3の強い活性を示す分画が得られたが,雌花着生枝の方が抑制活性が強く,予想とは逆の結果となった。2.サイトカイニンが雌性化に効果があったことから,雄性化に及ぼすアンチサイトカイニンの影響を調査した。雄花の着生が稀である`裂御所',`甲州百目'を用いて,アンチサイトカイニンの処理を行ったが,雄性化への効果を認めることはできなかった。3.以上の結果は,雌雄性発現に及ぼす生理活性物質の複雑な作用を示唆しており,さらなる検討の必要性を示唆した。
高強度・超短レーザーパルスによって誘起される2電子系原子の多光子イオン化における共鳴効果の役割

高強度・超短レーザーパルスによって誘起される多光子イオン化については,これまで報告されている論文の大半が直線偏光レーザーを仮定している。そこで本研究では,レーザーの偏光によってイオン化ダイナミクスがどのように異なるかを調べるため,円偏光レーザーパルスを仮定して時間依存シュレーディンガー方程式を数値的に解いた。対象とした原子はマグネシウム原子である。パルス時間幅100fs,波長400nm,光強度10^<12>W/cm^2の光が照射された場合について計算を試みたところ,予想されたように超閾イオン化と呼ばれる幾つかのピークが光電子スペクトルに現れた。さらには,超閾イオン化ピークの間に幾つかの副ピークが現れた。これらの副ピークについては,過去に幾つかの理論および実験報告がなされているが,その物理的起源については明確にされていない。そこで,この副ピークの物理的起源を明らかにするため,さらに研究を進めた。まず,この副ピークは主ピークに比べ数桁ほど信号強度が低い。また,レーザーの偏光(直線偏光,円偏光)を問わず,同程度の強度で光電子スペクトルに現れる。2電子系原子の持つ複雑な内部構造,即ち,何らかの束縛状態が副ピークに寄与していると予測し,幾つかの試行的計算を試みた結果,非常に非共鳴ではあるが,実励起された3s3p ^1P_1状態がこの副ピークの物理的起源であることが判明した。同様に,レーザー波長が266nmである場合についても計算を試みた。400nmの場合と同じく,副ピークが光電子スペクトルに現れたが,このレーザー波長については,やはり非共鳴的に実励起された3s4p ^1P_1が副ピークの起源であることがわかった。このような副ピークは価電子を1つしか持たない水素原子には現れないので,多電子系原子特有の現象であるといえる。
南西諸島人骨格の人類学的再検討

1.奄美諸島住人の頭蓋140例、沖縄本島122例、先島諸島63例について、計測的、非計測的特徴を調査した。2.顔面平坦度計測の結果から、沖縄本島人が予想以上に顔面が平坦であることが明らかになった。3.沖縄本島人の顔面の平坦性は渡来系弥生人、古墳人とほぼ同様で、顔面の立体的なアイヌや縄文人とは著しく異なっていた。4.したがって、従来の伝統的計測法による結果のみをもって、琉球・アイヌ同系説を議論することがいかに危険であるかを指摘した。5.頭蓋の非計測的特徴の出現パターンも、沖縄、奄美諸島人はアイヌや縄文人と明らかに異なり、むしろ本土の日本人や中国人と近いことが明らかになった。6.我々の今回の結果だけから、琉球・アイヌ同系説を否定してしまうのもまだデータ不足と思われ、例数がまだ100例に満たない先島諸島を中心に、今後も調査を継続することで共同研究者と意見が一致した。1.平成5年6月に百々が東京大学総合研究資料館に出張し、同館所蔵の沖縄本島と先島諸島の頭蓋34例の頭蓋計測と写真撮影を行なった。2.平成5年7月、8月に土肥が西表島上原地区の風葬墓人骨約50例の整理・復元を行い、これらの資料を琉球大学医学部に移送した。3.平成5年12月上旬に近藤が京都大学理学部自然人類学研究室に出張し、同研究室保管の沖縄本島と奄美諸島の頭蓋130例について、頭蓋計測と写真撮影を行なった。4.平成5年12月から平成6年1月にかけて、百々と近藤が琉球大学医学部に出張し、土肥と三人で西表島上原地区の頭蓋26例と沖縄本島島尻群玉泉洞風葬墓の頭蓋94例について、頭蓋計測、頭蓋形態小変異の調査および写真撮影を行なった。5.平成5年度において、奄美諸島、沖縄本島の頭蓋がそれぞれ100例以上調査できたので、平成6年度は宮古島長墓の風葬墓人骨の調査を行い、先島諸島の資料も100例以上に増やし、南西諸島人頭蓋の形質人類学的再評価を完成させたい。3.沖縄本島人の顔面の平坦性は渡来系弥生人、古墳人とほぼ同様で、顔面の立体的アイヌや縄文人とは著しく異なっていた。
植物による都市冷却機構の解明と応用

本研究の目的は,樹木と大気の熱交換メカニズムを定量的に示し,葉のスケールや三次元構造の影響について,緑地を都市の微気象制御に応用するための基礎的知見を得ることである。顕熱伝達の特性は,植物の葉の熱伝達係数の影響が大きいため,樹木全体の熱交換を推定するため,個葉の測定を行った。熱画像データから得られた,地表面と樹冠の昼夜の表面温度差分布から,樹木は昼に低温を示し,夜高温を示す。この現象は,樹木の熱伝達係数が高いことが原因である可能性が高いため,シミュレーションモデルにより,その現象を再現した。本研究の結果は,樹木と大気との熱交換の特性解明や,温熱環境予測にも使用できると考えられる。都市の緑は蒸発散により都市を冷やすと考えられているが,さまざまな測定結果から,緑地が冷えるのは,蒸発散の効果だけでは必ずしも説明出来ない場合がある。その原因には,小さい葉の集合体である植物と大気との顕熱交換が従来の常識よりも大きいことが考えられる。従来,熱収支を考えるとき,空中にある葉群の構造や分布と顕熱交換との関係などは,あまり扱われていなかった。そこで,本研究では,葉の集合体としての樹木と大気との熱交換の特性や,葉のスケールや三次元構造が熱収支に及ぼす影響の解明をその目的とした。本年度は,個葉の熱伝達係数を実験により求めた。葉の熱伝達係数算出に当たっては,潜熱輸送量の異なる2個体を用いて,熱収支式を連立して解く方法を用いた。実験に用いた樹種は,アオキ,ヤブツバキ,イヌツゲの3種である。葉面積の大きさが,熱伝達係数に影響するかどうかを見るため,このような3種の葉を用いた。熱伝達係数の平均値の結果は,アオキが24(W/m2K),ヤブツバキが17(W/m2K),イヌツゲが39(W/m2K)であった。葉面積は,アオキ(110cm2),ヤブツバキ(18cm2),イヌツゲ(0.7cm2)の順で小さくなるので,必ずしも葉面積が大きいほど,熱伝達係数が小さくなる傾向は見られなかった。これは,異なる樹種の葉を実験に用いたため,単純に葉の大きさのみが,熱伝達係数に影響しなかったためと考えられる。葉温は,小さい葉ほど,低い温度となった。葉の熱伝達係数の測定は,非常に研究例が少ないが,今回用いた手法により,個葉について熱伝達係数を求めることが可能であることを示すことができ貴重なデータを得られた。今後も実験を続けて測定例を増やす予定である。この結果をもとに,葉の集合体である樹木の個体について,三次元構造などを考慮して熱伝達係数を把握し分析する予定である。その原因には,小さい葉の集合体である植物と大気との顕熱交換が大きく気温に近い温度になるため,見かけ上冷却されているように見えることが考えられる。本年度は,植物の立体形状モデルの作成,リモートセンシング熱画像データの解析とともに,昨年度と同様個葉の熱伝達係数を実験により求めた。植物の立体形状モデルの作成では,シミュレーションに用いる樹木三次元データを作成した。リモートセンシング熱画像データの解析では,地表面と樹冠の昼夜の表面温度差と,樹木の大きさの関係を求めた。このデータは今後,シミュレーションの検証に用いる。葉の熱伝達係数を求める実験では,今回も潜熱輸送量の異なる2個体を用いて,熱収支式を連立して解く方法を用いた。実験結果を昨年と比較できるように,実験に用いた樹種は,アオキ,ヤブツバキ,イヌツゲの3種とした。葉面積は,アオキ>ヤブツバキ>イヌツゲの順で小さく,熱伝達係数の平均値の結果は,アオキが<イヌツゲ<ヤブツバキであった。必ずしも葉面積が大きいほど,熱伝達係数小さくなる傾向は見られなかった。異なる種の葉を実験に用いたため気孔の構造,数や葉の表面特性が異なるため,単純に葉の大きさが熱伝達係数に影響しなかったためと考えられる。以上のようなモデル化,測定結果により,個葉の集合としての樹木の熱伝達解析について,重要な知見が得られたといえる。都市の緑は蒸発散により都市を冷やすと考えられているが,緑地が冷えるのは,蒸発散の効果だけでは必ずしも説明出来ない場合がある。そこで,本研究では,葉の集合体としての樹木と大気との熱交換の特性や,樹木の三次元構造が熱収支に及ぼす影響の解明をその目的として,ミクロの個葉からマクロの公園レベルまで,測定とシミュレーションによる解析を行った。本年度は,昨年度までの個葉の熱伝達係数の測定実験により求められたデータをもとに,シミュレーションを行った。また,リモートセンシングにより測定された都市表面温度の解析を行い,都市緑地とシミュレーション結果との比較を行った。

シミュレーションでは,植物の立体形状モデル,熱収支,気流解析モデルを使用し,熱収支の各項,気温,湿度,風速などを求めた。測定された表面温度との比較では,新宿御苑の一部を対象区域として,その樹木の立体構造を用いてシミュレーションを行ない比較した。その結果,昼は樹林の表面温度が低く,夜は芝生の表面温度が低いという現象が,表面温度の絶対値はシミュレーションのほうがやや高くなるものの,再現できた。樹林が夜に低温とならないのは,その熱伝達係数が高いことが理由と考えられる。以上のようなシミュレーションと測定との比較の結果から,樹木の熱伝達と都市を冷却する機構について重要な知見が得られたといえる。本研究の目的は,樹木と大気の熱交換メカニズムを定量的に示し,葉のスケールや三次元構造の影響について,緑地を都市の微気象制御に応用するための基礎的知見を得ることである。顕熱伝達の特性は,植物の葉の熱伝達係数の影響が大きいため,樹木全体の熱交換を推定するため,個葉の測定を行った。熱画像データから得られた,地表面と樹冠の昼夜の表面温度差分布から,樹木は昼に低温を示し,夜高温を示す。この現象は,樹木の熱伝達係数が高いことが原因である可能性が高いため,シミュレーションモデルにより,その現象を再現した。本研究の結果は,樹木と大気との熱交換の特性解明や,温熱環境予測にも使用できると考えられる。本研究の目的は,葉の集合体としての樹木と大気の熱交換がどの程度かを定量的に示し,これまでの気象,工学的な理論では扱われてこなかった,空中にある葉群の構造や分布と顕熱交換係数との関係などについて解析することである。また,葉の集合体と大気との熱交換の特性や,葉のスケールや三次元構造の影響についてモデル化し,樹木の集合体である緑地を都市の微気象制御に応用するための基礎的知見を得ることも目標である。本年度は,植物の葉の三次元的密度分布データを作成し,検証データの一部として,リモートセンシング熱画像データから,地表面と樹冠の昼夜の表面温度差分布を求めた。また熱伝達係数の測定では,前年度の測定データを積み重ねることができた。これらにより,植物と大気間で,顕熱交換メカニズムの概要が把握できた。また,葉の集合体である樹木の顕熱交換シミュレーションモデルについても基本的なデータを得ることができた。以上より,葉の集合体としての樹木と大気との熱交換の特性解明や,葉のスケールや三次元構造が熱収支に及ぼす影響の解明などの最終的な目標に向かっての準備が順調に進んだといえる。農業情報工学今後は作成した植物の葉の三次元的密度分布データを使用し,葉の熱伝達係数の測定値をもとに,樹木全体の熱交換モデルを作成し,三次元的な温度分布や,樹木全体としての熱交換のシミュレーションを行う予定である。リモートセンシング熱画像データから得られた,地表面と樹冠の昼夜の表面温度差分布からは,大域的,限定的な情報しか得られないが,検証データとして使用することを試みる。また,葉の集合体である個体についても,個葉の場合と同じ手法を用いて熱伝達係数の測定を行ない検証データとする。葉の空間的な分布が熱伝達係数にどのような影響を及ぼすかについては,シミュレーションモデルの葉の大きさ,葉の角度,密度などを変化させて分析する。以上より,葉の集合体としての樹木と大気との熱交換の特性解明や,葉のスケールや三次元構造が熱収支に及ぼす影響の解明を行う。