科研費 - 飯塚　悟

流域レジリエンスに向けた統合型グリーンインフラマネジメントDXの構築

研究課題/研究課題番号：23H01584  2023年4月 - 2026年3月

科学研究費助成事業  基盤研究(B)

高取 千佳, 森山 雅雄, 田代 喬, 飯塚 悟, 香坂 玲, ULLAH・S・M ASIK

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担当区分：研究分担者 

本研究は、流域レジリエンスの実現に向け、GIの戦略的保全と創出に向けた、意思決定のための基盤的DX技術を構築することである。様性回復に向けて関係主体が合意形成を図るためのDX技術が必要とされる。本研究では、流域レジリエンスの実現を目指し、(1)GI類型と小流域分類、(2)GI類型別の三次元構造と管理レベルの相関分析と管理放棄地の予測、(3)GI類型別・管理レベルごとの1雨水浸透・貯留機能、2生物多様性の評価、(4) 小流域を原単位とした流域全体のGI管理の将来代替シナリオの影響評価を行うことで、関係主体の協働を可能とする統合型グリーンインフラマネジメントDXを構築する。

リアルタイム環境情報をデータ同化する火災進展予測システムの開発と現場実装

研究課題/研究課題番号：23H00207  2023年4月 - 2026年3月

科学研究費助成事業  基盤研究(A)

飯塚 悟, 廣井 悠, 吉岡 英樹

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担当区分：研究代表者 

配分額：49010000円 （ 直接経費：37700000円 、 間接経費：11310000円 ）

巨大地震発生時に危惧される大規模火災が起きてしまった場合に、飛び火も含めて確度の高い予測情報が得られるならば、真に効果的な消火活動、真に安全な避難誘導が可能となり、飛び火の警戒区域の絞り込みも可能となる。本研究では、それらを実現するための確度の高い予測情報を提供しうる「火災進展予測システム」を開発する。これは、ドローン撮影やサーモグラフィカメラ・風速計により現場のリアルタイム環境情報を計測し、それらの情報を火災シミュレーションモデルに「データ同化」しながら火災進展予測を行うシステムである。なお、本予測システムは、現場関係者との緊密な協力体制の下で開発を進めるものであり、確実な現場実装を目指す。

健康都市計画手法の開発と2つの深刻な温暖化に直面する成長国都市への応用

研究課題/研究課題番号：20KK0098  2020年10月 - 2024年3月

科学研究費助成事業  国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B))

飯塚 悟, 玄 英麗, 久保田 徹, 村山 顕人, 高取 千佳

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担当区分：研究代表者 

配分額：18720000円 （ 直接経費：14400000円 、 間接経費：4320000円 ）

本国際共同研究では、将来の気候変動下の成長国都市（経済成長も人口増加も続くインドネシアの4～5都市を対象）において、すなわち、地球温暖化と都市温暖化の2つの深刻な温暖化に直面し、今後ますます厳しい暑熱環境になることが想定される成長国都市において、住民の健康被害を極力防ぎ、健康的な暮らしを可能とする「健康都市計画手法」を開発する。本計画手法に基づき、対象都市で策定されている都市計画マスタープランに対して各種暑熱対策の導入がもたらす健康被害改善効果を定量的に比較・検討し、最終的に「健康都市」を標榜するプランへの改良を図る。
2021年度は、対象国・インドネシアの研究対象とする都市のうち、首都・ジャカルタを中心に温暖化ダウンスケーリングシミュレーションによる都市暑熱環境の将来予測を実施した。将来予測の対象時期は2030年代と2050年代としたが、それぞれの年代において高温多湿気候（雨季）の代表月と高温乾燥気候（乾季）の代表月に着目して予測を進めた。高温多湿気候および高温乾燥気候の代表月は、欧州中期気象予報センターが提供している再解析データERA5の41年間（1980年－2020年）の日中（11時－14時）の気温、相対湿度、降水量データを基にして選定した。選定結果は、高温多湿気候の代表月が4月、高温乾燥気候の代表月が9月となった。また、将来予測に導入する土地利用データは、2030年代予測用、2050年代予測用ともに、ジャカルタ州政府の2030年都市計画マスタープランを基に作成した。
当然のことながら、将来予測は未確定要素が多く、予測結果の不確実性は高い。その不確実性の幅を定量的に評価するため、温暖化ダウンスケーリングシミュレーションの出発点となる全球気候モデルの結果（この結果が国スケール、地域スケール、都市スケールのシミュレーションモデルの初期値・境界値となる）に対して、2種類の温室効果ガス排出シナリオ（RCP2.6とRCP8.5）と2種類のシミュレーションモデル（気候感度の高いGFDL-CM3と気候感度の低いGISS-E2-R）の結果を導入して検討を行った。対象年代の将来予測においては、これらの全球気候モデルの結果に伴う都市暑熱環境予測の不確実性の幅は、土地利用変更（現状土地利用→将来都市計画（マスタープラン））に伴う都市暑熱環境の変化よりも大きいことが示された。
インドネシア・都市暑熱環境の将来予測に関しては、当初の計画通り順調に進んでいる。健康被害予測の前段階としてのWBGT（暑さ指数）の予測・評価にも既に着手している。
2021年度に実施した都市暑熱環境の将来予測の結果を基に、今後は健康被害予測を進めていく。

流域レジリエンスに向けた雨水浸透・貯留・流出抑制型緑地管理システムの構築

研究課題/研究課題番号：20H02332  2020年4月 - 2023年3月

科学研究費助成事業  基盤研究(B)

高取 千佳, 森山 雅雄, 田代 喬, 飯塚 悟

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担当区分：研究分担者  資金種別：競争的資金

配分額：3640000円 （ 直接経費：2800000円 、 間接経費：840000円 ）

本研究では、名古屋・福岡都市圏を対象とし、流域レジリエンスに向けた雨水浸透・貯留・流出抑制型緑地管理システムの構築を目的とする。具体的には、(1)流域―緑地類型を行い、(2)緑地類型別の三次元構造と管理レベルの相関を分析し、(3)緑地類型別・管理レベルごとの雨水浸透・貯留・流出抑制機能を評価し(4)将来の流域レジリエンスに向けた緑地管理システムを構築する。
名古屋・福岡都市圏において、緑地管理に関する統計資料・大規模アンケート・ヒアリング調査を活用し、標準的な管理主体1人当たりの「管理作業量＝年間で対象とする緑地に対し投下可能な管理作業時間 (h)」の算出を行った。また、ヒアリング、現地実測調査により、機械（例：大型トラクター等）や先進技術（例：ロボット草刈り機等）による管理作業量の削減効果についても算出を行った。次に、緑地類型別ごとの雨水浸透・貯留・流出抑制機能の実測値を反映した氾濫シミュレーションを行った。具体的には、内外水複合氾濫モデルのベースモデルとして、MVH Soft社が開発した「InfoWorks ICM」を採用し、名古屋都市圏木曽川流域における津島市を対象とし、観測された降雨を基に作成される確率降雨を入力データとして、樹幹遮断や地表面上のくぼ地貯留による初期喪失分を除いた後、地表面流出量計算過程で、地中へ浸透させる量（雨水浸透量）と地表面上に流出し下水管に流れ込む量（地表面流出量）の算定を行った。その算定に当たり、緑地による浸透面に対して、先に実測調査により明らかとした最終浸透能を用いたホートン式により雨水浸透量を計算し、浸透できない余剰降雨を地表面流出量として算定する。さらに、これにより得られたシミュレーション結果と、過去の氾濫実績（九州北部豪雨・東海豪雨）との比較によるシミュレーションの精度検証を行った。また、福岡都市圏・那珂川流域を対象に、RRIモデルを活用して、マクロスケールにおける雨水浸透・流出シミュレーションを試験的に実施した。
指標化を行った緑地類型別・管理レベルごとに、雨水浸透・貯留・流出抑制機能の大規模実測評価を行う必要があるが、実測装置の測定条件の整理に時間を必要とし、本年度は試験的に、散水式雨水浸透装置のグラウンドにおける実測、ミニディスクインフィルトロメーターにおよる耕作放棄地における実測にとどまっている。次年度、大規模実測を行うことで、緑地の管理状況別の測定値の集積を行う必要がある。具体的には、緑地類型別・管理レベルごとに調査対象地を選定し、実測装置の設置・実測を行い、異なる降雨強度に対する雨水浸透・貯留・流出抑制機能の網羅的データを整備する必要がある。また、コロナ禍が続き、福岡都市圏・久留米市内、また名古屋都市圏、櫛田川流域における現地ヒアリング調査を何度か断念せざるを得ない状況が出ており、現地に入れる回数が減少した。得られたデータについては、オンラインアンケートと合わせて整備が進み、2022年度にかけて論文投稿を行っていく。
2022年度には、整備した緑地類型別・管理レベルごとに、雨水浸透・貯留・流出抑制機能の大規模実測評価を行う。具体的には、緑地類型別・管理レベルごとに調査対象地を選定し、実測装置の設置・実測を行い、異なる降雨強度に対する雨水浸透・貯留・流出抑制機能の網羅的データを整備する。
さらに、コーホート分析を用いて2040年と2050年の人口予測を行い、男女別・年齢構成別に流域単位の人口データを整備する。次に、標準的な管理主体1人当たりの「管理作業量＝年間で対象とする緑地に対し投下可能な管理作業時間 (h)」を活用し、将来人口予測と掛け合わせることにより、将来の緑地類型別に投下可能な管理作業量を算出し、緑地類型別・管理レベルの予測評価を行う。さらに、氾濫シミュレーションモデルを活用し、将来の流域の豪雨時の脆弱性評価を行う。この評価結果に対し、将来管理コストが縮減する中で、管理コストの効果的・適正な配分を行うことで、緑地の有する雨水浸透・貯留・流出抑制機能を最大限活用するための定量的・統合的な緑地管理システムを構築する。具体的には、先端的技術や機械による管理コストの削減や、より雨水浸透・貯留・流出抑制機能の費用対効果の高い緑地管理手法の導入、氾濫危険度が高く優先的緑地保全が必要な地域の同定等を統合評価する緑地管理システムを構築する。以上の緑地管理システムで得られた結果について、名古屋・福岡都市圏の対象流域において実際の政策へ反映されるように、関連主体や自治体に対し、シンポジウムの開催等を通じて成果発信・意見交換を行い、積極的に働きかける。また、本研究成果は英文書籍として取りまとめて出版し、流域レジリエンスに向けた緑地保全システムのモデルケースとして、国際的に広く発信し、さらなる議論を展開していく。

飛び火延焼モデルの開発と木造密集市街地の火災延焼予測・消防水利更新計画への応用

研究課題/研究課題番号：20H02310  2020年4月 - 2023年3月

科学研究費助成事業  基盤研究(B)

飯塚 悟, 廣井 悠, 吉岡 英樹

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担当区分：研究代表者 

配分額：17550000円 （ 直接経費：13500000円 、 間接経費：4050000円 ）

本研究では、愛知県名古屋市内の木造密集市街地を対象とし、新たに開発する「飛び火延焼モデル」を組み込んだCFDベースのシミュレーションモデルによる「火災延焼予測」を行う。飛び火延焼モデルは、飛び火の建物内部侵入の着火過程を確率モデルとして取り扱い、建物内部延焼に関して本研究で行う火災実験や既往の火災実験の結果を基にモデル化して開発する。火災延焼予測では、様々な気象状況を想定し、火元位置や火の粉の発生条件を系統的に変化させたケーススタディを実施する。さらに、名古屋市消防局と協働し、火災延焼予測結果に基づく必要消火水量の推定を行い、大規模火災に対応可能な「消防水利更新計画」を検討・提案する。
2021年度は、2020年度に開発したCFDベースの火災延焼シミュレーションモデルに組み込む「飛び火延焼モデル」の改良を進めつつ、同シミュレーションモデルによる木造密集市街地を想定した市街地モデルを対象とした火災延焼シミュレーションのケーススタディを実施した。
本研究で開発した「飛び火延焼モデル」では、窓（開口部）を介して飛散する火の粉が建物内部へ侵入するモデルを構築しているが、その開口部面積は、本研究の対象地としている名古屋市の特定地区の木造住宅調査結果に基づいて決定している。実施したケーススタディでは特に、開口部の配置の違いや、建物内部への火の粉侵入後の可燃物への必要着火個数および堆積確率の違いが市街地モデル全体の火災延焼範囲に及ぼす影響を定量的に評価した。さらに、火災延焼範囲の時間変化についても比較した。なお、本ケーススタディでは、市街地内の個々の建物の違いは検討外とした（市街地内の建物モデルは同一）。
本ケーススタディを通じて、開口部の配置（主流方向に対する開口部の向き）の違いによって市街地モデル全体の火災延焼範囲が大きく異なること（例えば、火災発生原因建物全焼から1200秒後の時点で、開口部が主流方向に対して垂直に位置する場合は主流方向に対して平行に位置する場合よりも火災延焼範囲が約3倍拡大）、建物内部への火の粉侵入後の可燃物への堆積確率よりも着火個数の設定の方が火災延焼範囲に及ぼす影響が大きいこと、などを明らかにした。
当初の計画通りの研究が実施できている。
本研究は3年計画であり、2020年度、2021年度の2年間は当初の計画通りの研究が順調に進んでいる。次年度は最終年度となるが、当初の計画通りの研究を進めていきたい。

ZEBを実現するための現在と近未来の設計用過酷気象データの開発

研究課題/研究課題番号：19H02299  2019年4月 - 2023年3月

科学研究費助成事業  基盤研究(B)

二宮 秀與, 飯塚 悟

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担当区分：研究分担者  資金種別：競争的資金

配分額：5239000円 （ 直接経費：4030000円 、 間接経費：1209000円 ）

近年、建築分野では世界的にZEBが指向されており、全ての新築建物のZEB化は国の目標でもある。ZEBの設計ではシミュレーションが活用されるが、その際に用いる気象データはどのような特徴を持つものが適しているか検討されていない。建物の設計用の気象データとしては、世界的に標準年が使用されているが、ZEBの計画に際しては、平均的な気象条件ではなく、むしろ過酷な気象条件での評価が重要になると考えられる。本研究では、真のZEB社会の実現を目指して、ZEBやZEHの評価に適した現在と近未来の設計用苛酷気象データの作成方法を検討し、国内および東南アジアの年間気象データを整理・公開することを目標とする。
ZEB（ネットゼロエネルギービルディング）のエネルギーシミュレーションに用いる1分値気象データを整理した。2011～2020年の10年間のデータ整理を目的として、1分値データに含まれる欠測を補充する方法について検討した。今年度はホットデック法の改良とニューラルネットワークによる機械学習について検討した。その結果、機械学習では要素によっては誤差が大きくなる現象がみられたので、1分値の欠測補充にはホットデック法を用いることとした。
2010年の1分値気象データとEA気象データを用いて、札幌，東京，鹿児島のエネルギーシミュレーションを行い、どのような気象条件の時に発電量と消費量の差が大きくなるか考察した。得られた知見を元に、10年間の気象データから月毎に過酷な月を選定し、過酷気象データを作成した。その際に各月毎に最も過酷な年をつなぎ合わせると厳しい条件になりすぎることが明らかになった。
将来の過酷気象データについては、名古屋都市圏を対象として、現状および将来2050年代の過酷気象データの作成を行った。ここでは過酷気温に着目して過酷な年を選定した。現状および将来2050年代の過酷気象データの応用事例として、建物熱負荷計算や空調エネルギー消費量計算を行い、標準年気象データを用いた場合と比較した。
インドネシアで全天日射量と天空日射量，方位別鉛直面日射量と大気放射量を長期観測している。得られたデータを元に、分単位の日射の直散分離，斜面日射量の合成方法について検討した。また大気放射量から夜間放射量を算出し、冷却ポテンシャルがどの程度あるか整理した。このほか、観測したデータを元に、1年間のEPWフォーマットデータを作成した。これによりEnergyPlusなど建物のエネルギーシミュレーションの入力データとして利用できることを確認した。
本研究ではZEBのエネルギー収支をより詳細に検討するため、シミュレーションに用いる気象データとして1分値や5分値の利用を条件とした。そのためにまず1分値気象データを整理する必要があり、データに含まれる欠測の補充方法について検討した。ホットデック法とニューラルネットワークによる機械学習を適用した結果、ホットデック法による補間が有効であることを明らかした。
ZEBのモデル建物を対象として、1分値気象データを用いて日ごとのエネルギー収支を考察し、札幌、東京、鹿児島について、エネルギー収支が大きく崩れる条件を整理した。これらの知見を元に、10年間の気象データから月毎に過酷な月を選定し、過酷気象データを作成した。その際に各月毎に最も過酷な年をつなぎ合わせると厳しい条件になりすぎるので、2番目の月を選定する方法を提案した。
将来の過酷気象データについては、2050年代（2050～2059年）を対象とした過酷気象データは、地球スケールから大陸・国スケール、都市スケールに至る気候・気象予測を一気通貫に行う温暖化ダウンスケーリングシミュレーションの結果を用いて作成した。各月に対して対象期間の中で過酷気温が多頻度で含まれる年（過酷年）を抽出し、その月間データをつなぎ合わせて作成した。
日射の直散分離と斜面日射量の合成手法については、インドネシアで日射量を観測しており、２年以上のデータを収集できた。得られたデータを元に、日射の直散分離，斜面日射量の合成方法について、これまでに提案されている手法が適用できるか検討した。その結果、1時間積算値については概ね良く一致したが、瞬時値についてはばらつきが大きく改良が必要であることを明らかにした。またインドネシアで観測した大気放射量から夜間放射量を算出し、冷却ポテンシャルがどの程度あるか整理した。
1分値気象データの欠測補充については、改良したホットデック法で国内の日射観測地点について2011～2020年の1分値気象データを整備する。
過酷気象に関しては、BestとEnergyPlusによるエネルギーシミュレーションを行い、気象データとの関係性を整理し、過酷気象年の選定方法を提案する。これまで検討した方法では過酷度が強すぎてZEBが成立しない条件になったので、選定方法を改良して適切な条件を提案する。そして過酷気象データを用いたシミュレーション結果が、統計的にどの程度の危険率に相当するか明確にする。
将来の過酷気象データについては、地球スケールから大陸・国スケール、都市スケールに至る気候・気象予測を一気通貫に行う温暖化ダウンスケーリングシミュレーション（直接ダウンスケーリングシミュレーション）の結果を用いて、各月に対して対象期間の中で過酷気温が多頻度で含まれる年（過酷年）を抽出し、その月間データをつなぎ合わせて作成する方法をこれまでに提案した。今後、気温以外の気象要素も加味した過酷気象データの作成方法を検討する。また現状および将来2050年代の過酷気象データの応用事例として、建物熱負荷計算や空調エネルギー消費量計算を行い、標準年気象データを用いた場合と比較し過酷気象データの有用性を明らかにする。
熱帯地域での設計用の気象データ(TMY)については、これまでにインドネシアで観測した日射量と大気放射量のデータを用いて、日射の直散分離と斜面日射量の合成方法，および大気放射量の推定方法を提案する。また気象衛星の画像データを用いた、時別日射量と大気放射量の推定方法を提案し、日射量を観測していない気象観測所のTYMの作成方法を可能にする。また代表都市の過去10年間の気象データを収集し、TMYと過酷気象データを作成する。

都市環境防災のための高解像度気象情報予測プラットフォームの構築

2012年5月 - 2017年3月

科学研究費補助金  基盤研究(S)

大岡　龍三

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担当区分：研究分担者 

住居内環境の日変化・年変化に伴う居住者の場所選択行動とその設計への応用

2012年4月 - 2015年3月

科学研究費補助金  基盤研究(A)

久野　覚

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担当区分：研究分担者 

日本の温暖化率の算定に関わる都市バイアスの評価と微気候的影響の解明

2010年4月 - 2013年3月

科学研究費補助金  基盤研究(B)

藤部　文昭

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担当区分：研究分担者 

複雑地形地におけるフラックス観測の代表性と広域化に関する研究

2009年4月 - 2012年3月

科学研究費補助金  基盤研究(A)

近藤　裕昭

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担当区分：研究分担者 

非定常・非対称温熱環境における物理・生理・心理統合モデルの構築

2008年4月 - 2011年3月

科学研究費補助金  基盤研究(B)

久野　覚

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担当区分：研究分担者 

CFDを用いた大気環境影響評価手法の標準化に関する研究

2007年4月 - 2009年3月

科学研究費補助金  基盤研究(C)

北林　興二

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担当区分：研究分担者 

次世代汎用CFDのための安定成層SGSモデル・植生キャノピーモデルの開発

2007年4月 - 2009年3月

科学研究費補助金  若手研究(B)

飯塚　悟

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担当区分：研究代表者 

ラドンを用いた複雑地形を含む安定大気境界層中の物質輸送の研究

2005年4月 - 2009年3月

科学研究費補助金  基盤研究(A)

近藤　裕昭

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担当区分：研究分担者