スライド - 緑地環境科学専攻

2014年5月22日
緑地環境科学実習演習ⅡA
気象・水文観測実習
屋上緑化による熱環境への影響評価
～データ解析～
生態気象学・植山雅仁
水環境学・中桐貴生
大阪府立大学・生命環境科学域・緑地環境科学類
目的
観測したデータを解析する事で．．．
地表面熱収支に関する理解
微気象データの扱い方
表計算ソフトの使い方
1
緑化すると熱環境はどう変わるか？
屋上面
緑化面
(L↓
↓)
放射収支の概念下向き長波放射
（大気放射）
下向き短波放射
(日射
日射)
↓）
日射（S↓
上向き短波放射
（S↑
↑）
上向き長波放射
(L↑
↑)
反射
Rn = S↓ - S↑ + L↓ - L↑
2
熱収支の概念
Rn ≒ H + lE + G
水を蒸発させる
大気を暖める
潜熱フラックス
純放射量
（≒蒸発散量）
（Rn)
顕熱フラックス
(ｌｌE)
(H)
地中熱流量 (G)
地中を暖める
どうやって測定したか？
純放射計
純放射量
（Rn)
3
どうやって測定したか？
地中熱流板
地中熱流量 (G)
どうやって測定したか？
TDR（時間領域反射測定）法
（時間領域反射測定）法
TDR:Time Domain Reflectometer
潜熱フラックス（≒蒸発散量）
4
熱収支法 Rn ≒ H + lE + G
TDRセンサー
センサー
Rn-LE-G
潜熱フラックス
純放射量
（≒蒸発散量）
（Rn)
顕熱フラックス
(ｌｌE)
(H)
純放射計
地中熱流量 (G)
地中熱流板
反射率の測定
短波放射下向きは、気象Ｇのデータを使用する
短波放射下向きは、気象Ｇのデータを使用する
屋上面緑化面
Rn = S↓ - S↑ + L↓ - L↑
5
表面温度の測定
銅ーコンスタンタン熱電対
屋上面
緑化面
雨量計
一般気象の測定
Rn = S↓ - S↑ + L↓ - L↑
温湿度計
6
グループＡ
グループＢ
2014年
2014年4月17日
17日
7
解析データ
生態気象ＧのＨＰより配布
http://www.envi.osakafu-u.ac.jp/atmenv/
ココ
解析データ
Group A (屋上面)
Group B (緑化面)
T_a
RH_a
Ts_a
Rs_up_a
G_a
Rn_a
Rain_a
T_b
RH_b
Ts_b
Rs_up_b
G_b
VWC_b
気象G
気温
相対湿度
地表面温度
短波放射量↑
地中熱流量
純放射量
雨量
Rs_down
気温
相対湿度
地表面温度
短波放射量↑
地中熱流量
土壌体積含水率
下向き短波放射量
8
作業１
(
緑化面の潜熱フラックスの計算
)
E30 = vwcprevious − vwccurrent × Dsoil
当該ランの
土壌水分量
(m-3)
緑化基盤の厚さ
-1
蒸発量 (mm 30-minute )
150 mm
一つ前の
土壌水分量
(m-3)
E = E30 (30 × 60)
蒸発量 (mm s-1)
作業１
E = E30 (30 × 60)
緑化面の潜熱フラックスの計算
蒸発量 (mm s-1)
蒸発量 (kg m-2 s-1)
1 mm
1m
1m
0.001 m3 = 1 L
1 kg
9
作業１
緑化面の潜熱フラックスの計算
lE = l × E
気化潜熱
（2.5 × 106 J kg-1）
潜熱フラックス (J m-2 s-1 → W m-2)
W = J s-1
作業１
400
潜熱フラックス (W m-2)
300
3
200
2
100
1
0
4/18
2014
4/19
降水量 (mm)
4
潜熱フラックス-30分値
潜熱フラックス-1.5時間移動平均値
降水量
0
潜熱フラックスと降水量の時間変化
10
作業２
顕熱フラックスの計算
Rn ≒ H + lE + G
H ≒ Rn – lE – G
作業２
顕熱フラックスの計算
エネルギーフラックス (W m-2)
500
400
(a) 屋上面
純放射量
顕熱フラックス
潜熱フラックス
地中熱流量
300
(b) 緑化面
200
100
0
-100
0:00
6:00
12:00
18:00
0:00
0:00
6:00
12:00
時間
18:00
0:00
時間
屋上面と緑化面における平均的なエネルギーフラックスの日変化
11
作業３
アルベドの計算
短波
長波
Rn = S ↓ − S ↑ + L ↓ − L ↑
= (1 − ref )S ↓ + L ↓ − L ↑
アルベド
ref ≒ S↑
↑/ S↓
↓
作業３
アルベドの計算
1.0
屋上面
アルベド
0.8
緑化面
0.6
0.4
0.2
0.0
0:00
6:00
12:00
時間
18:00
0:00
屋上面と緑化面における平均的なアルベドの日変化
12
作業４
正味長波放射の計算
短波
長波
Rn = S ↓ − S ↑ + L ↓ − L ↑
同じとみなせる
作業４
正味長波放射の計算
ステファン・ボルツマンの法則
L = εσTsurf
長波放射量
(W m-2)
4
表面温度 (K)
ステファン・ボルツマン定数
5.67 × 10-8 W m-2 K-4
射出率
屋上面 (0.96)、緑化面 (0.98; 近藤, 2000)
13
作業４
正味長波放射の計算
800
エネルギーフラックス (W m-2)
700
屋上面(Rs↓－Rs↑)
屋上面Ｌ↑
緑化面(Rs↓－Rs↑)
緑化面Ｌ↑
600
500
400
300
200
100
0
0:00
6:00
12:00
時間
18:00
0:00
屋上面と緑化面における平均的な正味短波放射量と上向き長波放
射量の日変化
作業５
緑化効果の計算
Ef = Egreen − Eroof
屋上面で計測された
要素
緑化面で計測された
要素
負：緑化によって要素が小さくなった。
正：緑化によって要素が大きくなった。
14
作業５
緑化効果の計算
80
緑化効果 (W m-2)
40
0
-40
-80
Rn
H
LE
G
Rs net
Rl net
屋上緑化に伴う熱収支・放射収支の変化量
表紙不要・4枚以内
序論：明快な目的、仮設設定
原理：熱収支について簡潔に
全部で
1ページ以内
対応
レポート
手法：具体的に、かつ簡潔に
結果：具体的に（数値、統計値）
図表は丁寧に
考察：論理的な解釈 (感想ではない)
不確実性・問題点
結論：得られた知見を簡潔に；提言
15
表紙不要・4枚以内
レポート
引用文献：すべて記載
感想
：もし書きたければ
提出期限・場所
： 2014年6月6日 18時
B11 239号室植山居室まで
考察のポイント
日中、夜間のいずれがどのように？
放射収支と熱収支のつじつまは？
屋上緑化するとどのようなことが期待？
評価方法に問題・不確かさはないか？
16
世界的な微気象観測ネットワーク
現在は、全世界で400サイト以上
(Baldocchi, 2008)
http://fluxnet.ornl.gov/
フラックスネット計画
微気象観測
アラスカ州フェアバンクスクロトウヒ林
17
微気象観測
アラスカ州バロウ湿性ツンドラ
微気象観測
北海道カラマツ林
18
微気象観測
滋賀県ヒノキ林
アラスカ州森林火災跡地
微気象観測
19
堺市都市
微気象観測
微気象観測
岸和田市ため池
20
微気象観測
インドネシア・バリ島
棚田
微気象観測
インドネシア・南スラウェシ州水田
21
熱収支法の問題点
600
y = 0.76x + 5.87
R2=0.84
H+λE (W m-2)
500
400
300
200
100
0
-100
0
100 200 300 400 500 600
Rn - G (W m-2)
エネルギー・インバランス問題
22

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