JPH1164539A - 路面凍結予測方法 - Google Patents

路面凍結予測方法

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JPH1164539A
JPH1164539A JP22472597A JP22472597A JPH1164539A JP H1164539 A JPH1164539 A JP H1164539A JP 22472597 A JP22472597 A JP 22472597A JP 22472597 A JP22472597 A JP 22472597A JP H1164539 A JPH1164539 A JP H1164539A
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JP
Japan
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road surface
heat flux
target point
calculated
data
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JP22472597A
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English (en)
Inventor
Shigeyuki Morimoto
茂行 森本
Masao Kaneko
正雄 金子
Yoshimichi Kawasaki
良道 川崎
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Oki Electric Industry Co Ltd
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Oki Electric Industry Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 路面凍結対象地点の路面温度を正確に予測で
き、正確な路面凍結の予測を行うことができる路面凍結
予測方法を提供する。 【解決手段】 路面凍結対象地点と最寄りの測候所の位
置が一致しない場合、測候所と路面凍結対象地点の相対
湿度と気圧が一致すると仮定して、路面凍結対象地点の
気温データと測候所の相対湿度及び気圧データから路面
凍結対象地点の比湿を算出し、その算出した比湿データ
と路面凍結対象地点の風速データを用いて、路面凍結対
象地点の潜熱フラックスを計算し、その計算した潜熱フ
ラックスと路面凍結対象地点で予め測定された放射フラ
ックス、顕熱フラックス、及び地中伝導熱フラックスに
基づいた熱収支式から路面温度を計算し、計算した路面
温度から路面の凍結予測を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、路面凍結予測対象
地点の路面上における放射フラックス、潜熱フラック
ス、顕熱フラックス、地中伝導熱等をバランスさせた熱
収支式から路面温度を計算し、路面凍結の有無を判定す
る路面凍結予測方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】最近、天気予報だけでなく地球の温暖化
など気象災害の予測手段として、気象モデルがよく用い
られる。これらの気象モデルには、地球全球規模のモデ
ル(GCMと呼ばれる)もあれば、より狭い地域での気
象モデル(メソモデルと呼ばれる)もあり、用途別に様
々な気象モデルが開発がされてきている。
【0003】これらの気象モデルの基本方程式系は共通
していて、運動方程式、熱力学方程式、質量、熱エネル
ギー、水蒸気の保存則等により構成されている。そし
て、この方程式系に初期条件と境界条件を入れて時間積
分していき、気象予測を行う。
【0004】ここで、境界条件で最も重要なのが地表面
における熱収支である。一般にこれは下式に示す地表面
の熱収支式から計算される。 Rn +LE+H+G=0 …(1) ここで(1)式中のRnは正味の放射フラックス、LE
は地表面からの水蒸気輸送による潜熱フラックス、Hは
大気と地表面の温度差による顕熱フラックス、そしてG
は地中伝導熱フラックスであり、(1)式は地表面上で
各フラックスをバランスさせた式である。
【0005】また、上述した地球全球規模のモデル(G
CM)のように、運動方程式、熱力学方程式、質量の保
存則、水蒸気の保存則等の方程式系により構成され気象
モデル以外にも、(1)式の熱収支式だけを用いた非常
に局所的な気象モデルもある。路面凍結予測方法で使用
される気象モデルなどがその例であり、路面凍結予測モ
デルは(1)式の熱収支式から、路面温度を計算し路面
凍結の有無および凍結開始時間を判定するモデルであ
る。
【0006】次に、(1)式中の各フラックスの求め方
について説明する。 (1)式中の放射フラックスRnを求める方法には、過
去のデータから得られた経験式や2−streamモデル等の
理論的に求める方法があり、各気象モデルで様々であ
る。また、地中伝導熱フラックスGについても過去のデ
ータから与えるものもあるが、一般に地中の熱伝導方程
式を解いて求めることが多い。
【0007】一方、潜熱フラックスLEと顕熱フラック
スHを求める方法としては、バルク法と呼ばれる計算方
法が一般に用いられる。このバルク法では以下に示す式
により潜熱、顕熱フラックスが求められる。
【0008】 LE=lρβCH U[qsat (T0 )−q] …(2) H=cpρCH U[T0 −T] …(3) β=CE /CH …(4)
【0009】ここで、lは水の気化潜熱(2.5×10
6 Jkg-1)、βは地表面の蒸発効率、CE とCH は潜熱
と顕熱輸送に対するバルク輸送係数、U,T,qはそれ
ぞれ基準高度(地上1〜5m)における風速、気温、比
湿、qsat (T0 )はある基準温度T0 に対する飽和比
湿、ρは大気中の密度である。
【0010】従って、例えば、路面凍結予測モデルにお
いてバルク式から潜熱、顕熱フラックスを求める場合に
は、路面凍結対象地点のU,T,qの気象データが必要
となる。
【0011】ここで、一例として図2に従来の路面凍結
予測モデルにおける潜熱フラックスの求め方を示す。図
2に示すように、潜熱フラックスLE(23)は測候所
のデータ(比湿)(21)と対象地点の気象データ
(風、気温など)(22)を用いて求める。以下の説明
では、路面凍結予測モデルを例にして説明を行う。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】以上のような、従来の
路面凍結予測方法における路面凍結予測モデルにおい
て、(2)式のバルク式から路面凍結対象地点の潜熱フ
ラックスLEを計算する場合、路面凍結対象地点の比湿
データが必要となる。そして、この比湿を求めるために
は路面凍結対象地点の水蒸気圧のデータが必要になる。
【0013】この水蒸気圧のデータは、日本国内では独
自に測定を行わない限り各地方の測候所でしか測定され
ていないので(風、気温等のデータは路面凍結対象地域
でも観測されている)、通常、路面凍結対象地点の潜熱
フラックスを計算する場合、図2に示すように測候所の
比湿データをそのまま用いることが多い。
【0014】この比湿に大きな影響を与えるパラメータ
の一つに気温が挙げられるが、路面凍結予測モデルのよ
うな非常に局所的なモデルでは路面凍結対象地点とその
最寄りの測候所の位置が一致しない場合ことが多く、標
高差や周囲の地形の影響により気温が路面凍結対象地点
と測候所とで異なることが多い。そのため通常は路面凍
結対象地点と測候所の比湿は一致しない。従って、路面
凍結予測モデルのような非常に局所的なモデルにおい
て、従来のように測候所の比湿データを用いた場合、路
面凍結対象地点の正確な潜熱フラックスが求められない
ので路面凍結予測の精度が悪くなるという問題点があっ
た。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明に係る路面凍結予
測方法は、路面凍結予測対象地点の路面上における放射
フラックス、潜熱フラックス、顕熱フラックス、及び地
中伝導熱フラックスをバランスさせた熱収支式から路面
温度を計算し、その計算した路面温度から路面の凍結予
測を行う路面凍結予測方法において、路面凍結対象地点
と最寄りの測候所の位置が一致しない場合、測候所と路
面凍結対象地点の相対湿度と気圧が一致すると仮定し
て、路面凍結対象地点の気温データと測候所の相対湿度
及び気圧データから路面凍結対象地点の比湿を算出し、
その算出した比湿データと路面凍結対象地点の風速デー
タを用いて、路面凍結対象地点の潜熱フラックスを計算
し、その計算した潜熱フラックスと路面凍結対象地点で
予め測定された放射フラックス、顕熱フラックス、及び
地中伝導熱フラックスに基づいた熱収支式から路面温度
を計算し、計算した路面温度から路面の凍結予測を行う
ものである。
【0016】
【発明の実施の形態】図1は実施の形態の路面凍結予測
の流れを示す図である。この実施の形態では、路面凍結
対象地点と最寄りの測候所の相対湿度および気圧が同じ
であると仮定している。まず、測候所データ(11)か
ら得られる相対湿度と路面凍結対象地点の気象データ
(12)から得られる気温を用いて、路面凍結対象地点
の水蒸気圧(13)を計算する。そして、計算された水
蒸気圧(13)と測候所データ(11)から得られる気
圧を用いて、路面凍結対象地点の比湿(14)を計算す
る。
【0017】そして、計算された比湿(14)と路面凍
結対象地点の気象データ(12)から得られる風速か
ら、(2)式を使って、路面凍結対象地点の潜熱フラッ
クス(15)を求める。この方法で計算された潜熱フラ
ックス(15)を熱収支式(16)に入力し、路面温度
(17)を計算する。そして、この路面温度(17)か
ら路面凍結対象地点の路面凍結の判定を行う。
【0018】この実施の形態は、路面凍結対象地点と最
寄りの測候所の相対湿度および気圧が一致するという仮
定のもとで、路面凍結対象地点の気象データと測候所の
データから、路面凍結対象地点の比湿および潜熱フラッ
クスを計算するものであり、図1に示すように、まず、
測候所データ(11)から得られる相対湿度hと路面凍
結対象地点の気象データ(12)から得られる気温Tの
データを用いて、路面凍結対象地点の水蒸気圧(13)
を以下の式により計算する。
【0019】
【数1】
【0020】ここで、eは路面凍結対象地点の水蒸気
圧、Rw は湿潤大気の気体定数、esa t は飽和蒸気圧、
0 はある基準温度T0 における蒸発に要する潜熱、そ
してe0 はある基準温度T0 における飽和蒸気圧であ
る。例えば、基準温度T0 =303K(30℃)の場合
には、e0 =42.43hPa、l0 =2430Jg-1
である。
【0021】(5)式から計算された水蒸気圧(13)
と測候所データ(11)から得られる気圧pを用いて、
路面凍結対象地点の比湿(14)を以下の式により計算
する。 q=0.622e/(p−0.378e) …(7) そして(7)式から計算された比湿(14)と路面凍結
対象地点の気象データ(12)から得られる風速Uか
ら、(2)式を使って、路面凍結対象地点の潜熱フラッ
クス(15)を求める。
【0022】この方法で計算された潜熱フラックス(1
5)を熱収支式(16)((1)式参照)に入力し、路
面凍結対象地点の路面温度(17)を計算し、この路面
温度(17)から路面凍結対象地点の路面凍結の判定を
行う。なお、熱収支式(16)による路面温度(17)
の計算において、潜熱フラックス以外のフラックスにつ
いては、観測対象地点で測定されているものである。
【0023】この実施の形態では、路面凍結対象地点の
比湿(14)を計算する際、測候所の気温データではな
く路面凍結対象地点の気温のデータを用いて計算するの
で、路面凍結対象地点の比湿(14)を従来より正確に
求めることができ、さらに、この比湿(14)を用いて
路面凍結対象地点の潜熱フラックス(15)を求めるの
で、従来の方法より正確に路面凍結対象地点の潜熱フラ
ックス(15)を計算することができ、より正確な路面
凍結対象地点の正確な路面温度(17)を計算すること
が可能となる。従って、この実施の形態の方法を適用す
ることにより従来の方法に比べて路面凍結予測の精度を
良くすることが可能となる。
【0024】なお、実施の形態では、路面凍結予測モデ
ルを例にして説明したが、このモデル以外にも非常に局
所的な気象モデルで、モデルの適用地域と測候所が一致
しないような場合の気象モデルにも同様に適用可能であ
り、同様の効果が得られる。
【0025】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、路面凍結
対象地点と最寄りの測候所の位置が一致しない場合、測
候所と路面凍結対象地点の相対湿度と気圧が一致すると
仮定して、路面凍結対象地点の気温データと測候所の相
対湿度及び気圧データから路面凍結対象地点の比湿を算
出し、その算出した比湿データと路面凍結対象地点の風
速データを用いて、路面凍結対象地点の潜熱フラックス
を計算し、その計算した潜熱フラックスと路面凍結対象
地点で予め測定された放射フラックス、顕熱フラック
ス、及び地中伝導熱フラックスに基づいた熱収支式から
路面温度を計算し、計算した路面温度から路面の凍結予
測を行うようにしたので、路面凍結対象地点の比湿を正
確に求めることができ、さらに、この比湿を用いて路面
凍結対象地点の潜熱フラックスを求めるので、正確に路
面凍結対象地点の潜熱フラックスを計算することがで
き、より正確な路面凍結対象地点の正確な路面温度を計
算でき、路面凍結予測の精度を良くすることできるとい
う効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態の路面凍結予測の流れを示す図であ
る。
【図2】従来の路面凍結予測モデルにおける潜熱フラッ
クスの求め方を示す図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 路面凍結予測対象地点の路面上における
    放射フラックス、潜熱フラックス、顕熱フラックス、及
    び地中伝導熱フラックスをバランスさせた熱収支式から
    路面温度を計算し、その計算した路面温度から路面の凍
    結予測を行う路面凍結予測方法において、 路面凍結対象地点と最寄りの測候所の位置が一致しない
    場合、測候所と路面凍結対象地点の相対湿度と気圧が一
    致すると仮定して、路面凍結対象地点の気温データと測
    候所の相対湿度及び気圧データから路面凍結対象地点の
    比湿を算出し、 その算出した比湿データと路面凍結対象地点の風速デー
    タを用いて、路面凍結対象地点の潜熱フラックスを計算
    し、 その計算した潜熱フラックスと路面凍結対象地点で予め
    測定された放射フラックス、顕熱フラックス、及び地中
    伝導熱フラックスに基づいた前記熱収支式から路面温度
    を計算し、計算した路面温度から路面の凍結予測を行う
    ことを特徴とする路面凍結予測方法。
JP22472597A 1997-08-21 1997-08-21 路面凍結予測方法 Pending JPH1164539A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003240867A (ja) * 2002-02-20 2003-08-27 Natl Inst For Land & Infrastructure Management Mlit 路面状態推定方法
JP2003240868A (ja) * 2002-02-20 2003-08-27 Natl Inst For Land & Infrastructure Management Mlit 路面湿潤判定方法
CN105841847A (zh) * 2016-03-21 2016-08-10 北京师范大学 一种估算地表潜热通量的方法

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