■事業の内容
(1) 知識工学手法による局地気象予測システムの開発
[1] 研究対象
局地気象を予測するためには、数値予報結果等を気象予報官の持つ経験と気象学の理論的背景にもとづいた総合化作業が必要である。これを、現業的に実施するためには、深い気象学の知識と十分な経験が要求される。本研究においては、経験と理論を体系的に取り扱える知識工学手法を用いて、局地的豪雪に焦点をあて、昨年度の基本設計をもとにワークステーション上で予測システムを作成した。
また、数値予報の格子点情報をコンピュータグラフィックス手法を用いて3次元、4次元表現を行い予報担当者の気象の立体構造を把握させるための支援システムをあわせて開発した。これも、予測システムと同じワークステーション上で表現出来るよう昨年度の基本設計をもとにシステム化した。
[2] 研究方法
a. 昨年度の研究成果をもとに知識データベースの充実を図り局地気象予測のための還境を検討した。
b. 予報官の経験を気象理論と比較検討し判断の段階を理論的に整理した。
c. 関連する気象データを本年度分について収集しデータベースとして整理した。
d. 基本設計をもとに詳細設計を行いプログラミングし基本システムを作成した。
[3] 研究内容
上記[2]で作成した基本システムを用いて実際の降雪例に対して検証実験を行い関連するパラメータの調整を行うとともに結果をまとめた。
また、数値予報データを用いて、様々な気象要素について3次元、4次元の表示を行った。同時に、地理的位置関係も明確にするためアジアの地形の立体表示も行っている。
[4] 報告書の作成
本研究の成果を報告書にまとめ、関係官庁をはじめ関連機関に配布した。
(A4判 200部)
[5] 成果
a. 局地気象予測法の開発
(a) 昨年度の研究成果をもとにデータベースとルールを再構築し詳細設計にもとづきプログラミングした。
(b) また、運用上の効果をはかるためのマンマシインターフェイスを検討し、これをシステム化し、判断の変更などの改良を含めてシステムに反映した。
(c) 知識ベースの収集と整理
(a)でのべた作業を実施する定め基本設計段階で不足したデータについて基本設計書をもとに再度予報担当者にヒアリングを行い整理した。
(d) プログラミングのための詳細設計。
検討した結果をシステム化する定め詳細設計を行った。
(e) 関連プログラムを総合化しワークステーションに実現し、検証を行い確信度と含めて予測できるようになった。
b. 気象情報可視化技術の開発
昨年度の調査結果と試作結果をもとに、様々な気象要素に関し内挿計算等を行い立体的な表示、断面表示の基本ソフトウエアを作成した。
また、3次元グラフィック用ソフトウエアを購入し、今回システムを実現するための還境に合わせるため実行用ドライバー等システム作成に必要なツールを作成した。
さらに、地形データをもとにアジア地区(3次元表示エリア)の地形の3次元地図も重ねて表示出来るようにした。こうすることにより、気象データと地形の地理的関係が一致し予報担当者に有効な情報を提供できるようになった。
(2) 複雑地形における三次元の気流数値シミュレーションモデルの実用化研究
[1] 研究対象
水平スケールが数十kmから数百kmの範囲に適用できる。複雑地形における三次元の気流及び大気拡散数値シミュレーションモデルの実用化に関する研究を行った。
本年度は2年計画の研究の最終年度に当たり、プログラムの開発及び結果の画像化を主に行った。
[2] 研究方法
大気境界層内の複雑地形上の気流や大気汚染物質の挙動を解析するための気流及び大気拡散数値シミュレーションモデルを開発した。気流モデルでは、昨年度の研究を踏まえてモデルの改良を行い、大気拡散モデルの開発を実施した。また、その結果を検証する定めのデータの収集を行った。
さらに、両モデルによる計算結果を分かり易くみるための画像化の方法について検討し、同時に計算コストの低廉化のために机上型高性能科学技術計算機による運用プログラムを開発した。
[3] 研究内容
a. 検証データの収集と整理
b. 三次元気流数値シミュレーションモデルの改良と検証
c. 大気拡散予測モデルの開発と検証
d. 計算結果の画像化プログラムの開発
以上の研究結果は、複雑地形における三次元の気流数値シミュレーションモデルの実用化の面で当初の目的を達成するとともに、複雑な地形上に位置する大気汚染物質発生源から排出される汚染物質の挙動を知る上に非常に有効である。
[4] 報告書の作成
本研究の成果を報告書にまとめ、関係官庁、地方自治体、大学、電力会社等に配布した。
[5] 成果
水平スケールを数十kmの範囲に適用できる、複雑地形における三次元の気流及び大気拡散数値シミュレーションモデルの実用化に関する研究を打った。
a. 検証データの収集と整理
複雑地形における三次元の気流及び大気拡散数値シミュレーションモデルの検証を行うため、公表されている資料の中から、筑波山周辺のものを収集・整理した。収集可能なデータは風洞実験及び拡散実験を含む現地調査が各1件であり、これらのデータは以後の研究に有効に利用された。
b. 三次元気流数値シミュレーションモデルの改良と検証
昨年度の研究を踏まえて、気流数値シミュレーションモデルの改良を行った。今年度は、計算精度の向上のために、方程式の差分化及び計算スキーム上の改良を行い、より精度の良い手法を確立した。
また、計算結果は検証データと良く一致する結果が得られた。
c. 大気拡散予測モデルの開発と検証
本年度は、新たに大気拡散予測モデルの開発を行った。当モデルはHOTMACモデルを基礎におき、気流及び乱気流統計量等に対しては気流数値計算結果を利用し、一方、物質の拡散には統計的手法を利用している。
モデルによる計算結果は、拡散実験による検証データと定性的に一致し、モデルの有効性が確認された。
d. 計算結果の画像化プログラムの開発
気流及び大気拡散予測結果等を画像により表現し、視覚的に捉え、気流や濃度の観測値及び計算値の空間分布の評価検討を行うために、EWSの実用に適した画像化プログラムの開発を行った。
以上の研究成果は、複雑地形における三次元の気流数値シミュレーションモデルの実用化の面で当初の目的を達成するとともに、複雑な地形上に位置する大気汚染物質発生源から排出される汚染物質の挙動を知る上で非常に有効である。
(3) 津波推算モデルの実用化研究(実用津波推算モデルの開発)
[1] 研究対象
海湾の津波挙動の解明に利用できる実用的津波推算モデルの開発に関する研究を行った。
[2] 研究方法
a. 津波推算モデルの改良
b. 津波記録に対する検潮井戸の応答特性補正
c. 津波推算モデルの適用(1944年東南海地震津波及び1946年南海道地震津波)
[3] 研究内容
昨年度のモデルを改良し、実際の沿岸及び陸上地形に応じた遡上計算が行えるようにした。1946年南海道津波については浅川湾を選定し陸上に氾濫した津波の挙動を検討した。また、沿岸での計算波形を検潮記録と比較する際に必要となる検潮井戸の応答特性の補正に関しては、尾鷲及び内浦検潮所を選び現地での応答特性調査を実施した。
[4] 報告書の作成
本研究の成果をとりまとめて報告書を作成し、関係官庁及び民間港湾関係機関、報道関係機関に配布した。 (A4判 200部)
[5] 成果
a. 昨年度のモデルを改良し、実際の沿岸及び陸上地形に応じた遡上計算が行えるようにした。
b. 開発したモデルを実際の津波事例(1944年東南海地震津波及び1946年南海道地震津波)に適用し、遡上域での津波の挙動を検討した。海底及び陸上地形データと現実的な摩擦係数を精度良く与えることができれば、陸上に氾濫した津波の挙動を再現できることを確認した。
c. 検潮儀で得られた津波記録を解析したり数値実験の結果と比較するためには記録された検潮所の応答特性を調べ、その効果を見積る必要がある。内浦及び尾鷲検潮所を選定し現地での応答特性調査を実施した。その結果1944年東南海、1946年南海道、1960年チリ津波について内浦検潮所の記録は補正前後でほとんど変化しなかった。これは対象とした津波の卓越周期を考慮すると妥当な結果である。
以上の研究により発生から伝播・遡上を含む津波推算モデルの実用化面で当初の目的が達成出来た。
■事業の成果
局地的な災害は各種の産業に大きな打撃を与えるが、とくに人命に係わる場合はその影響は深刻である。しかし、局地災害防止は地域の豊かな人間生活形成上に非常に重要な事項であるにもかかわらず未解決の部分が多い。
本研究は多くの局地災害のうち、平年値より外れた異常値(対象現象:豪雪)を知識工学法により予測するシステムの開発、複雑な地形に影響される気流によって生ずる災害の解明のための気流シミュレーションモデルの開発、沿岸における津波被害を予測する津波推算モデルの開発を行うものである。
これら局地防災の予測は海・陸運・海洋利用・農・漁業等国の重要施策に関連した海難防止、国土防災、自然環境保全、産業振興に多大に寄与することを目的とし、これらの成果を活用することにより、国の気象業務の及ばないところを補完し、公益の増進を図られたものと思料される。
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