Observation and its Modeling of the Nocturnal Urban Boundary Layer

第15回 環 境 問題 シ ンポ ジウ ム講 演 論 文 集1987年8月

(7)夜 間 め 都 市 境 界 層 の 観 測

と モ デ リ ン グ

Observation and its Modeling of the Nocturnal Urban Boundary Layer

鵜 野 伊 津 志*、 植 田 洋 匡*、 若 松 伸 司*、 大 原 利 眞**

Itsushi UNO*, Hiromasa UEDA*, Shinji WAKAMATSU*, Toshimasa (MARA**

ABSTRACT; High pollutant concentrations, exceeding the Japanese environmental stand-ard, have been observed in large cities during the winter night-time. One reason for this is the occurrence of a special meteorological condition, the nocturnal urban boundary layer(UBL), over the cities. In this paper, the basic modeling method for urban area was proposed. In this model, the turbulent diffusion coefficient was modeled by the turbulent kinetic energy(k) and energy dissipation rate(E ). The most important improvement of this model is the special treatment of urban building density by using form drag concept. The calculation result for the idealized urban condition shows the typical UBL characteristics. For the validation of the model, an extensive field observation result of the UBL structure conducted during January

1983 in Shinjuku, Tokyo, was presented. In this observation, the meteorological parameters and pollutant concentrations were observed using specially designed kytoon-mounted turbulence sonde system. The observed characteristics of nocturnal UBL including the land breeze penetration shows the good agreement with the model

results. The proposed model can be used for the planning of the urban area in order to decrease the high pollutant concentration.

KEY WORDS; Air Pollution, Turbulence, Urban Boundary Layer, Heat Island, Modeling

1,緒 言 都 市 域 に お け る 大 気 汚 染 濃 度 は 自 動 車 の 排 ガ ス 規 制 の 強 化 、 燃 料 規 制 や 施 設 の 改 善 に 伴 っ て 平 均 的 に は 横 ば い 乃 至 は 低 減 し つ つ あ るが 、 冬 期 の 夜 間 な ど に は 特 殊 な 都 市 気 象 条 件 下 で 窒 素 酸 化 物 濃 度 等 の 著 しい 高 濃 度 が 出現 す る こ と が あ り 大 き な 問 題 と さ れ て い る 。 人 間 活 動 に よ り都 市 大 気 中 に放 出 さ れ た 物 質 や 熱 は 、 都 市 そ れ 自 身 が 作 り 出 す 気 象 条 件 の も と で 都 市 大 気 中 に拡 散 す る 。 一 般 に 、 都 市 内 部 で は ま わ りの 地 域 よ り も建 築 物 が 多 く 、地表 面 の 形 状 も異 な っ て い る た め に周 辺 地 域 と は 異 な っ た 気 象 環 境 が 形 成 さ れ 、その 代表 的 な もの と し て 都 市 境 界 層 や ヒ ー ト ・ア イ ラ ン ドな ど が 知 られ て い る(Oke 1978)。 し か し 、 これ らの現 象 の 詳 細 な 構 造 や 、 そ の 形 成 機 構 に つ い て は 必 ず し も 十 分 に解 明 さ れ て い な い 。都 市 域 に お け る 大 気 汚 染 機 構 を 明 らか に す る た め に は 、 大 気 汚 染 の 測 定 と あ わせ て 、 こ の よ う な 都 市 気 象 の 動 態 の 観 測 とモ デ ル 化 を 進 め る 必 要 が あ る 。 都 市 気 象 の 典 型 的 な 特 徴 の 一 つ は 図1に 模 式 的 に書 か れ る よ う な 都 市 境 界 層 の 出 現 に端 的 に 示 さ れ る 。 す な わ ち 、 風 上 郊 外 で 形 成 さ れ た安 定 成 層 が 都 市 に 内 在 す る 種 々 な 要 因 に よ り市 街

*国 立 公 害 研 究 所 大 気 環 境 部National Institute for Enviromental Studies **(財)計 量 計 画 研 究 所Institute for Behavioral Science

図1都 市 境 界 層 の 概 念 図(Γdは 乾 燥 断 熱 減 率)、Oke(1978)を 修 正 。

地 に 入 る に つ れ て 順 に崩 壊 し 、 図 に示 さ れ る よ う な 都 市 境 界 層 と ヒ ー トア イ ラ ン ドを 形 成 す る と と も に 、 汚 染 質 の 垂 直 方 向 の 拡 散 を 妨 げ る とい う も の で あ り 、 都 市 境 界 層 は 都 市 上 空 の 鋭 い 温 度 逆 転 層(以 下 、上 空 逆 転 層)の 存 在 に よ っ て 特 徴 づ け られ る 。

こ の よ うな 都 市 上 空 の 気 象 特 性 は 、Duckworth and Sundberg(1954)、Bornstein(1968)、

Clarke(1969)、 久 保(1963)な ど に よ り示 さ れ て い る 。 そ れ らに よ る と_{、都 心 部 で は 建 物 密 度 に} 比 例 し て 温 度 が 郊 外 よ り も 高 くな る こ と 、 及 び 、 都 心 部 で は 建 物 高 度 の 約3倍 の 高 さ まで 等 温 ま た は 不 安 定 成 層 が 存 在 す る こ と 、 都 市 上 空 の 気 温 は 郊 外 の 同 高 度 よ り も 低 くな る こ と( Cross-over)、 都 心 部 の 高 温 気 塊 が 郊 外 へ"urban heat plume"と し て 移 流 し て い る 可 能 性 が あ る こ と 、 な どが 判 明 し て い る 。 一 方 、 鵜 野(1986)は 夜 間 の 都 市 域 の 乱 流 拡 散 は主 に都 市 の 建 物 に よ る 機 械 的 な 乱 流 生 成 の 効 果 が 支 配 的 で あ る こ と を 報 告 し て い る 。 本 研 究 は 、 こ の よ う な 背 景 をふ ま え て 、 特 に 冬 期 の 夜 間 の 都 市 域 に お け る高 濃 度 大 気 汚 染 と 気 象 の 関 係 を 十 分 に 精 度 良 く再 現 可 能 な 乱 流 モ デ ル の 構 成 を 示 す と と も に 、 そ の モ デ ル か ら予 想 さ れ る汚 染 質 の 垂 直 プ ロ フ ァ イ ル な ど を 示 す 。 さ ら に 、 モ デ ル の 結 果 を 、 東 京 新 宿 御 苑 に お い て 実 施 し た フ ィ ー ル ド観 測 結 果 と比 較 す る こ と に よ り夜 間 の 大 都 市 の 大 気 拡 散 機 構 に つ い て 検 討 を 加 え る 。 2.都 市 域 に お け る 乱 流 拡 散 モ デ ル 2.1従 来 の モ デ ル の 問 題 点 都 市 域 と い う水 平 方 向 に 不 均 一 な 場 を モ デ ル 化 す る場 合 に は 、 平 坦 地 で 確 立 さ れ た 大 気 拡 散 理 論 を そ の ま ま適 用 す る こ と は 出 来 な い 。 す な わ ち 、 都 市 域 に 林 立 す る建 築 物 の 大 気 乱 流 に 及 ぼ す 効 果 を い か に モ デ ル 化 す る か が 重 要 と な る 。 孤 立 し た建 物 の み の 場 合 に は 、 グ リ ッ ドを 細 か くす る こ と で 数 値 計 算 に よ りモ デ ル 化 す る こ と が 可 能 で あ る が 、 実 際 の 都 市 域 の ス ケ ー ル に お い て 同 様 な ア プ ロー チ を 取 る こ と は 不 可 能 で あ り 、 な ん ら か の 方 法 で 建 物 の 効 果 を モ デ ル 化 す る 必 要 が 生 じ る 。 乱 流 拡 散 係 数Kmは 、Km=-uw/(∂u/∂z)で 定 義 され るが 、 レ イ ノ ル ズ 応 力uwは 通 常 の 測 定 で は 得 られ な い ため 、 混 合 距 離 モ デ ル を 利 用 して 、Km=em2￨∂u/∂z￨が 従 来 の モ デ ル で は 利 用 さ れ て き た 。 こ こ で 、emは 混 合 距 離 でBlackadar(1963)の モ デ ル が 用 い られ 、 (2-1)

と書 か れ る(κ は カ ル マ ン 定 数 、Ugは 地 衡 風 速 、fcは コ リオ リ係 数 、z0は 粗 度 係 数)。 乱 流 拡 散 係 数 を 混 合 距 離 モ デ ル で 表 現 す る と 、 都 市 の 粗 度 はz0の み で モ デ ル 化 され る こ と に な る 。 都 市 域 に お け るz0の 値 は1∼5m程 度 の 値 が 報 告 さ れ て い る(Comihan,1975)が 、 こ れ に 対 応 す る 建 物 分 布 の 形 態 が ど の よ うな も の か は 明 ら か に さ れ て い な い 。z0の 概 念 を 都 市 域 の モ デ ル 化 に 利 用 す る と モ デ ル 計 算 の 適 用 可 能 高 度 は 、 実 際 上 はz0の100倍 以 上 の 高 さ か ら と な り 、 こ れ は 都 市 の 平 均 建 物 高 さ の 数 倍 以 上 の 高 度 に 相 当 す る 。 夜 間 の 都 市 境 界 層 の 高 さ は 平 均 建 物 高 さ の 数 倍 で あ り 、z0に よ る乱 流 輸 送 理 論 で は 現 象 の 本 質 を 再 現 す る こ とが で き な い 。 ま た 、 こ の よ う な 粗 度 係 数 に も と ず く拡 散 モ デ ル と 平 均 建 物 高 さ 以 下 に 重 要 とな る都 市 の 熱 的 要 因 の モ デ ル を組 み 合 せ た 従 来 の 研 究 は 不 適 切 な も の と 考 え ら れ る 。 本 研 究 で は 、 建 物 の 大 気 乱 流 に及 ぼ す 効 果 を形 状 抵 抗 係 数 の 概 念 を 用 い て 定 式 化 す る 。 こ こ で 、 形 状 抵 抗 係 数 は 単 位 体 積 当 り の 風 向 に 垂 直 な 断 面 積 を 用 い て 定 義 さ れ 、 本 研 究 で は 建 物 表 面 積 密 度A(z)と し て 表 す 。都 市 の 建 築 物 は 平 均 風 速 を 減 少 さ せ 、 平 均 流 の 持 つ エ ネ ル ギ ー を 機 械 的 な 乱 流 エ ネ ル ギ ー へ と 変 換 させ る 効 果 を 持 つ 。 そ れ ゆ え 、 建 物 に よ る 乱 流 エ ネ ル ギ ー の 生 成 を 含 むk方 程 式 の 定 式 化 が 有 力 な モ デ ル と 考 え られ る 。 乱 流 エ ネ ル ギ ーkと エ ネ ル ギ ー 消 散 率 εに 基 づ く2次 の 乱 流 ク ロ ー ジ ャ ー モ デ ル に よ れ ば 、Kmは 、Km=Cmk2/ε で 定 義 さ れ る 。 こ こ で 、Cmは 定 数 も し くは 大 気 安 定 度 に依 存 す る変 数 が 用 い ら れ る(例 え ば 、Rodi1980)。 従 っ て 、A(z)を 運 動 方 程 式 とk、 ε方 程 式 に 同 時 に含 め る こ とで 建 物 の 効 果 を 適 切 に 表 現 す る 都 市 ス ケ ー ル の 大 気 乱 流 モ デ ル を 構 築 す る こ とが 可 能 と な る 。 2,2基 礎 方 程 式 建 物 表 面 積 密 度A(z)を 含 む 場 合 の 基 礎 方 程 式 は 、 (2-2) (2-3) (2-4) (2-5) (2-6) と 書 か れ る 。 上 式 で 下 線 の 項 が 建 物 の 効 果 に 相 当 す る 。 な お 、U、Vは 風 速 、Θ は 温 位 、A(z) は 建 物 表 面 積 密 度(m-1)、 η は 建 物 の 占 め る 割 合 、Cd(=0.2)は 抗 力 係 数 、(∂T/∂t)radは 大 気 放 射 に よ る 温 度 変 化 項 、QH(z)は 人 工 排 熱 に よ る 温 度 変 化 項 、P=-uiuj∂Ui/∂xj、G=-gi/Tuiθ 、 Ug,Vgは 地 衡 風 速 。 σk=1.0,σe=1.3で _{あ り 、 ε 方 程 式 の 係 数 は 安 定 成 層 の 場 合 、C1e=} 1.44(1+0.8Rf)、C2e=1.92で 与 え ら れ る(Rodi,1980)。 _{な お 、k-ε に 基 づ く よ り 精 密 な 乱} 流 ク ロ ー ジ ャ ー モ デ ル は 、 例 え ば 、Rodi(1980)、 鵜 野 ら(1987)に 示 さ れ て い る 。 2.3建 物 表 面 積 密 度A(z) 以 上 の 式 に お い て 最 も 重 要 なA(z)の 実 際 の 都 市 域 で の 情 報 は 十 分 に 確 立 さ れ て い な い 。 A(z)は 単 位 体 積 中 に 占 め る 主 風 向 に 直 角 な 断 面 積 で 定 義 さ れ る 。A(z)は こ の 定 義 に よ り 個 々 の 都 市 域 の 区 画 に 対 し て 異 な っ た 形 状 を 取 る が 、 本 研 究 で は 、 実 測 値 と の 比 較 結 果 よ り 、 都 市 キ

ヤ ノ ピ ー 層 高 度 をHcと し た 場 合 、 (2-7) を 考 え る 。a(z/Hc)は 建 物 表 面 積 密 度 関 数 で 、 (2-8) で 与 え ら れ る 。 こ こ で 、amは 規 格 化 定 数(∫a(z/Hc)d(z/Hc)=1)、 λ は 都 市 の 建 物 の 高 度 分 布 な ど に よ り 異 な る 値 を 持 つ 、 Atは 全 建 物 表 面 積 密 度 、 ξ は 主 風 向 に 垂 直 な 壁 面 積 の 割 合 。 な お 、a(z/Hc)は Kondo and Akashi(1976)に よ る 密 度 関 数 で あ る 。 図2に 札 幌 市 の 中 心 部 で の モ デ ル と 実 測 の 比 較 を 示 す 。 図 中 の ○ 印 は 、 昭 和55年 度 『都 市 計 画 基 礎 調 査 』 よ り 札 幌 市 中 心 部 の 約1Km2の 範 囲 の 建 物 デ ー タ に 対 す る 結 果 で あ り_{、 こ の 場 合 、At} =0.05m-1 _{、am=2.27、 λ=-0.161が 良 い} 近 似 式 と な っ て い る 。 図2札 幌 市 の 中心 部1Km2の 建 物 デ ー タ よ り 計 算 さ れ た建 物 表 面 積 密 度 分 布(○ 印) と 最 適 回 帰 曲 線. 2.4人 工 排 熱 の モ デ ル 化 従 来 の モ デ ル で は 、 都 市 活 動 に よ る 人 工 排 熱 は す べ て 地 表 面 を 加 熱 す る と し て 扱 わ れ て い る 。 しか し、 人 工 排 熱 は 主 に 暖 冷 房 に 用 い ら れ る ため そ の 垂 直 分 布 は 建 物 の 垂 直 分 布 と密 接 に 関 連 す る と考 え る こ とが 出 来 る 。 人 工 排 熱 に よ る 気 温 の 上 昇 率QM(z)はa(z/Hc)を 利 用 す る こ と で 建 物 分 布 に 相 似 の 空 間 分 布 を 次 式 に よ り 与 え る 、 (2-9) こ こ で 、Qmは 全 人 工 熱 排 出 量 を示 す 。 2.5モ デ ル の 結 果 と 可 能 性 本 研 究 で 提 案 し た モ デ ル は 、 式(2-2)∼(2-9)、 お よ び 、 地 表 面 に お け る 熱 収 支 式 、 大 気 放 射 の 式 を組 み 合 せ る こ と に よ り 実 際 の 都 市 域 に適 用 可 能 と な る 。 本 モ デ ル の 最 大 の 特 徴 は 、 従 来 の 都 市 域 の モ デ ル と 異 な り 、 都 市 域 の 地 表 面 か ら 適 用 可 能 な 点 に あ る 。 ま た 、 建 物 を建 物 表 面 積 密 度 と し て 表 現 し 、 建 物 に よ る乱 流 生 成 を 的 確 に 表 現 し て い る 点 が 最 大 の 特 徴 で あ る 。 図3に は 、 本 モ デ ル に よ る 理 想 化 さ れ た 都 市 域 に お け る 計 算 結 果 を 示 す 。 こ の 図 よ り、 夜 間 の 都 心 部 で の 、従 来 観 測 さ れ て い る 上 空 逆 転 層 に 代 表 さ れ る 温 位 分 布 が 良 く再 現 さ れ 、 汚 染 質 は 都 市 境 界 層 高 度 以 下 に 閉 じ込 め られ る こ とが わ か る 。 以 上 の 結 果 は 、 都 市 域 に お け る 気 象 ・ 大 気 汚 染 に 関 す る 総 合 的 な 評 価 を行 う 際 に は 、 そ の 第 一 歩 と し て 都 市 域 の 乱 流 特 性 、 特 に 、 建 物 の 大 気 拡 散 に及 ぼ す 効 果 を 十 分 に 加 味 し た モ デ ル を 構 築 す る重 要 性 を 示 し て い る 。 本 モ デ ル を 三 次 元 場 に 用 い る と 、 建 物 の 空 間 分 布 や 水 平 分 布 を 変 更 し た 場 合 の 都 市 域 の 乱 流 拡 散 特 性 を シ ミ ュ レー トす る こ とが 可 能 と な り 、 都 市 域 の 高 濃 度 大 気 汚 染 を 制 御 す る た め の 、 排 出 量 の 削 減 計 画 ・交 通 量 の 規 制 な ど の 環 境 施 策 の 理 論 的 根 拠 と な る 。 ま た 、 高 濃 度 大 気 汚 染 を 未 然 に 防 止 す る こ と を 目 的 す る 都 市 計 画 や 交 通 計 画 策 定 の 際 の 基 礎 と し て も 利 用 可 能 で あ る 。

図3理 _{想 化 され た 条 件 下 で の 乱 流 拡 散 係 数Kh 、 風 速WS、 温 位Θ 、 お よ び 、 汚 染 質} 濃 度 の 垂 直 プ ロ フ ァ イ ル 。 但 し 、(2)は(1)の 条 件 で 地 上 か ら排 出 され たNO2 の10分 毎 の 濃 度 変 化 を 示 す 。計 算 条 件 は 鵜 野 ら(1987)に 準 じ た 。 3.都 市 境 界 層 の フ ィ ー ル ド観 測 一 次 汚 染 質(窒 素 酸 化 物 な ど)に よ る 高 濃 度 の 大 気 汚 染 が 頻 繁 に 出 現 す る冬 期 の 夜 間 を 対 象 と し て 、 東 京 の 新 宿 御 苑 に お い て 乱 流 と 大 気 汚 染 の 垂 直 分 布 の 観 測 を 行 っ た(大 原 ら 、1986、 1987)。 観 測 は1983年1月 の25∼26日 _{、27∼28日 の そ れ ぞ れ の 夕 方 か ら 翌 朝 に か} け て 実 施 し た 。 本 観 測 で は 、 特 別 に 開 発 され た 小 型 の 超 音 波 風 向 風 速 計(以 下 、 乱 流 ゾ ン デ; O gawa and Ohara 1982)を 係 留 気 球(70m3)に 搭 載 し都 市 上 空 の 乱 流 変 動 を 直 接 測 定 を 実 施 し た 。 ま た 、汚 染 濃 度 の 垂 直 分 布 は 係 留 気 球 の 係 留 索 に テ フ ロ ンパ イ プ を 取 り付 け空 気 を 吸 引 し 地 上 で 測 定 し、Oxは テ ザ ー ・ゾ ン デ に セ ン サ ー を取 り 付 け て 上 空 で 測 定 し た 。 表1に 観 測 項 目 を 示 す 。以 下 で は 、 比 較 的 気 象 条 件 の 良 か っ た27∼28日 に つ い て の 結 果 を示 す 。 図4に は ドッ プ ラ ー ・ソ ー ダ で 測 定 さ れ た 風 速 ベ ク トル(10分 間 平 均 値)の 時 空 間 変 化 を 示 す (図 中 のA∼Hは 乱 流 ゾ ン デ の 上 昇 ・下 降 を 示 す)。 本 観 測 の 実 施 さ れ た27日 _{は 、20∼21} 時 頃 まで 南 西 の 風 向 が 卓 越 し て お り、 そ の 後 、 風 向 は 北 西 ∼ 北 に 急 変 し て い る 。 こ れ は 風 系 が 海 風 か ら陸 風 に 変 化 し た こ とを 端 的 に 示 す 結 果 で あ る 。 図5に 図4のA、Hの 乱 流 ゾ ン デ の 観 測 結 果 よ り風 向 、 風 速 、 温 位 、NOxの 垂 直 プ ロ フ ァ イ ル の 時 間 変 化 を 示 す(Aは _{海 風 時 、Hは} 陸 風 時 に相 当 す る)。 図6に は 窒 素 酸 化 物NOxの 垂 直 プ ロ フ ァ イ ル の 時 間 変 化 を 示 す 。 図7に は 温 位 プ ロ フ ァ イ ル の 変 化 を 示 す 。 表1新 宿 御 苑 に お け る フ ィー ル ド観 測 の 測 定 項 目

図4ド ップ ラ ー ・ソ ー ダ で 測 定 され た 風 速 ベ ク トル の 時 空 間 変 化[風 速 の 南 北 成 分 と 垂 直 成 分;大 原 ら(1986)を 修 正]。 図 中 のA∼Hは 乱 流 ゾ ンデ の 上 昇 ・下 降 のRUN番 号 を 示 す(乱 流 ゾ ン デ は 水 平 方 向 成 分 の み を 示 し た)。

図5乱 流 ゾ ン デ で 測 定 さ れ た 風 速 、 風 向 、 温 位 、NOxの 垂 直 プ ロ フ ァ イ ル 。 (1)図4のC、(2)同H(都 市 境 界 層 出 現 時)

図6NOxの 垂 直 プ ロ フ ァ イ ル の 時 間 変 化 。図 中 のA∼Hは 図4のRUN番 号 に 相 当 し 、E以 降 は 陸 風 前 線 通 過 後 に 対 応 す る 。

図7乱 流 ゾ ン デ で 測 定 され た 温 位 プ ロ フ ァ イ ル の 時 間 変 化 。G、Hは 典 型 的 な 都 市 境 界 層 の 出 現 を 示 し て い る. 図8乱 流 ゾ ン デ で 測 定 され た 風 速 、 温 度 変 動 の 標 準 偏 差 。 図4のHに 対 応 し都 市 境 界 層 出現 時 に相 当 す る. 陸 風 前 線 の 通 過 後 の 午 前0時 _{頃 か ら の 温 位 分 布 は 、 典 型 的 な 都 市 境 界 層 の 出 現 を 示 し て い る 。} 夜 間 の 都 市 境 界 層 は 都 市 上 空 の 鋭 い 温 度 逆 転 層 に よ り特 徴 付 け られ て お り 、 午 前3時 過 ぎ ま で 継 続 的 に 観 測 さ れ た 。 都 市 境 界 層 高 度 は 約120∼150m程 度 で あ り 、 東 京 都 心 部 の 平 均 建 物 高 度 の 数 倍 程 度 と 考 え られ 、 こ れ は 都 市 域 の 水 平 ス ケ ー ル に比 較 して 極 め て 薄 い も の で あ る 。 一 方 、NOxの プ ロ フ ァイル には図6に 示す ように陸 風前 線 の通過 後 に高 濃度 が 出現 し、都 市 境 界 層 高 度 以 下 で 汚 染 質 が 閉 じ込 め られ 、 濃 度 分 布 が 均 一 化 さ れ て い る 。 こ れ は 、都市 境界 層 内 部 で は 、建 物 等 に よ り 生 成 され た機 械 的 な 乱 流 拡 散 が 支 配 的 で あ る た め と 考 え ら れ る 。 図8に は 、 乱 流 ゾ ンデ で 観 測 さ れ た2次 の 乱 流 統 計 量 の 垂 直 分 布 を 示 す 。 平 坦 地 の 通 常 の 安 定 成 層 に お い て は 、 こ れ ら の2次 の 乱 流 統 計 量 は 高 度 と と も に 単 調 に 減 少 す る が 、 都 市 域 で は 夜 間 に お い て も 上 空 逆 転 層 高 度 以 下 で は ほ ぼ 一 様 に 近 い 分 布 を 示 し 、 都 市 境 界 層 内 で は 乱 流 変 動 が 大 き い こ と を 示 し て い る 。 一 方 、 温 度 変 動 は 上 空 逆 転 層 付 近 に の み 変 動 が 大 き く 、 都 市 境 界 層 内 部 で は 温 度 の 変 動 が 小 さ い こ と を 示 し て い る 。 以 上 の 観 測 結 果 は 図3に 示 し た モ デ ル の 結 果 と 定 性 的 に合 致 し て い る 。 図9に は 、 本 観 測 で 示 さ れ た 結 果 よ り 、 都 市 境 界 層 の 垂 直 構 造 の 模 式 図 を 示 す 。 都 市 境 界 層 は 陸 風 層 内 の 内 部 境 界 層 と し て 出 現 し て い る 。 ま た 、 こ れ らの 特 徴 は 本 質 的 に は 、 札 幌 市 に お け る 測 定 結 果 よ り 鵜 野(1986)に 示 さ れ た結 果 と 同 等 な も の と 考 え られ る 。 図9乱 流 ゾ ン デ と テ ザ ー ・ゾ ン デ の 測 定 結 果 に よ る 陸 風 時 に 発 達 す る都 市 境 界 層 の 垂 直 断 面 の 模 式 図 。

4.結 言 本 報 で は 、 都 市 域 に 適 用 可 能 な 乱 流 モ デ ル につ い て の 基 礎 的 な 考 え 方 を 示 し た 。本 モ デ ル は 、 建 築 物 に よ る 乱 流 の 生 成 お よ び 建 築 物 の 空 間 的 な 占 有 率 を 的 確 に表 現 し(建 物 表 面 積 密 度)、 さ ら に 、 建 物 高 の オ ー ダ ー の 気 層 に お け る乱 流 輸 送 機 構 に お よ ぼ す 密 度 成 層 効 果(大 気 安 定 度) を 表 現 で き る 乱 流 輸 送 理 論 を 基 礎 と して い る 。特 に 、 実 際 の 都 市 域 に お け る 建 物 表 面 積 密 度 A(z)は 、 本 研 究 で 始 め て 提 案 さ れ た も の で あ る 。 ま た 、理 想 化 し た 都 市 域 で 予 想 さ れ る 気 象 要 素 の 垂 直 プ ロ フ ァ イ ル と 汚 染 質 濃 度 に つ い て も シ ミ ュ レー シ ョ ン 結 果 を 示 し た 。 さ ら に 、 夜 間 の 都 市 域 に お け る 気 象 特 性 と 大 気 汚染 濃 度 の 垂 直 プ ロ フ ァ イ ル の 変 化 を 東 京 新 宿 御 苑 に お け る 野 外 観 測 結 果 を も と に示 し た 。高 濃 度 の 大 気 汚 染 は 海 風 か ら陸 風 へ の 交 代 期 に 出 現 す る 。 ま た 、 陸 風 層 の 厚 さ は 約300mで あ り 、 地 上 か ら約150mま で は 都 市 境 界 層 を 形 成 し、 上 空 に は 鋭 い 温 度 逆 転 層 が 存 在 し 、 都 市 境 界 層 高 度 以 下 で は 汚 染 質 は 閉 じ込 め ら れ 、 濃 度 分 布 は ほ ぼ 一 定 と な る 。観 測 さ れ た 都 市 域 で の 特 徴 は 、 本 研 究 で 提 案 さ れ た モ デ ル に よ る 計 算 結 果 を 支 持 す る も の で あ る 。 参考 文献

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