第 13 回環境研究シンポジウム 2050 年年の地球とくらしー環境技術と地球規模課題ー @ 一橋 大学 一橋講堂 2015 年年 11 月10 日 ( 火 ) 1 都市気候とエネルギー需要の将来予測 国 立立研究開発法 人産業技術総合研究所環境管理理研究部 門 大気環境動態評価研究グループ研究員 髙根雄也 共同研究者 : 亀卦川幸浩 ( 明星 大 ) 近藤裕昭 ( 産総研 ) 井原智彦 ( 東 大 ) 原政之 ( 埼 玉県環境科学国際センター ) 日下博幸 ( 筑波 大 ) 飯塚悟 ( 名 大 ) 神 田学 ( 東 工 大 )
はじめに 2 都市の気温は顕著に上昇 社会問題化 ( エネルギー 人間健康等 ) 二つの温暖化 気温上昇量量 ( ) 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 地球温暖化 ( 気候変動 ) 都市温暖化 ( ヒートアイランド ) 気候変動 + 都市化 エネルギー需給 熱中症 睡眠障害等健康リスクの増 大 0.0 気候変動 -0.5 1910 1930 1950 1970 1990 2010 Year 気象庁の観測データから作成 生態系 水循環 etc. さらに顕在化する諸問題を予測し都市レベルでの対策を考える必要がある 国家戦略略としての 適応計画
気候変動の影響への適応計画 3 第 2 部 分野別施策の基本的 方向 http://www.env.go.jp/earth/ondanka/tekiou/2siryo2.pdf 資料 2 第 1 章 農業 森林林 林林業 水産業 気候変動の影響への適応計画 ( 案 ) 第 2 章 水環境 水資源 第 3 章 自然 生態系 平成 27 年 月第 4 章 自然災害 沿岸域 第 5 章 健康 第 6 章 産業 経済活動 第 1 節 産業 経済活動に関する適応の基本的な施策 製造業 エネルギー需給 商業 建設業 医療療の各分野においては 現時点で気候変動が及ぼす影響についての研究事例例が少ないため 科学的知 見見の集積を図る 第 7 章国 民 生活 都市 生活第 3 節その他 ( 暑熱による 生活への影響 ) に関する基本的な施策 ヒートアイランド現象の緩和には 長時間を要することを踏まえ ヒートアイランド現象の実態監視や ヒートアイランド対策の技術調査研究を 行行う
知りたいこと 4 ❶ 将来 都市部ではどの程度度の気温変化に適応する必要があるか? ❷ このまま温暖化が続いたら 将来の我々の暮らし ( に関係する値 ) はどうなるのか? ❸ 対策したら どの程度度の効果があるのか?
都市環境ダウンスケールシステム AIST- UEDS 全球気候モデル 粗い 数百km 気象庁HPより 5 地域気候モデル 細かい +都市 建物エネルギーモデル 相互作 用 Kikegawa et al. 数km インプット (2013) ダウンスケール 空間詳細化 従来技術にはない アドバンテージ アウトプット 一般気象要素 エネルギー関係 気温 湿度度 風 降降 水他 需要量量 空調負荷 空調排熱 健康関係 熱中症 睡眠 疲労 1 km メッシュ 0 10 20 30 40 50 60 70 (W/floor-m2) Kusaka et al. (2012)
都市気候とエネルギー需要の将来予測 ( 長期予測 ) 6 これまでの都市気候の将来予測研究 問題 : 将来の 人 工排熱 = 現在の 人 工排熱 ( 非現実的な仮定 ) 人 工排熱 2000 年年代 2070 年年代 136 E 138 E 140 E 136 E 138 E 140 E Kusaka, Hara, and Takane (2012) JMSJ 排熱フィードバックプロセスに着 目 (IPCC AR5 でも考慮されていない ) より 高精度度な予測を 目指し 排熱フィードバックを考慮した将来予測実験を実施 亀卦川 (2015)
計算設定 7 (a) (b) 濃尾平野 名古屋市 事務所系 2 5km 120grid 1km 120grid 1km 120grid 1! 木造住宅宅系 耐 火住宅宅系 5km 120grid!!!!!!!! 髙根ほか (2015) 現状再現実験 2030 年年代 2030 年年代緑化 2030 年年代排熱 0 2070 年年代 2070 年年代緑化 2070 年年代排熱 0
都市カテゴリ毎に値を設定できる 入 力力パラメータ 8 複数の空調システムを考慮できる 建物の材質を細かく設定できる 建物の材質や空調システム ライフスタイルの設定を変えれば それに応じた電 力力需要が物理理的に計算できる
2010 年年 8 月の気候の再現 9 名古屋地 方気象台 8 月の晴天 日の平均 (a) OBS 05 JST (b) OBS 14 JST 35.5 N 35.5 N Nagoya Nagoya 35 N 35 N よく合っている 3 (m/s) 3 (m/s) 136.5 E 137.5 E 136.5 E 137.5 E (c) CTRL 05 JST (d) CTRL 14 JST 35.5 N 35.5 N 35 N 35 N 髙根ほか (2015) 136.5 E 137.5 E 3 (m/s) 3 (m/s) 136.5 E 137.5 E ( C) 30 31 32 33 34
空調使 用に伴う電 力力需要の再現 予測精度度 10 Osaka City 大阪市の例例 事務所街区はよく合っている Osaka Bay Downto 東京 23 区でも同程度度の再現精度度 山川ほか (2015) Areal & hourly electricity demand ( W/Floor-m2 ) 60 50 40 30 20 10 0 7/30 0h 7/31 0h 8/1 0h Obs. (C2: 事務所街区 ) Obs. (R7: 郊外住宅宅街区 ) WRF-CM-BEM C2: 事務所街区 ) WRF-CM-BEM R7: 郊外住宅宅街区 ) 8/2 0h 8/5 0h 8/6 0h Date & Time (LST) 8/7 0h 8/8 0h 8/9 0h
将来予測の 手法 11
将来予測のシナリオと結果 12 最 大気温上昇シナリオ miroc3.2hires 花崎ほか (2012) 以下は現状維持シナリオ 土地利利 用分布 人 口 空調システムの性能 (COP) 建物の性能 ( 材質等 ) ライフスタイル +0.4 +2.9
(a) Diurnal change (b) CTRL 14 JST (c) PGW70 14 JST Air-conditioning load (W/floor-m 2 ) Electricity demand (W/floor-m 2 ) Anthropogenic heat (W/ground-m 2 ) 140 120 100 80 60 40 20 0 (a) Diurnal change (b) CTRL 14 JST (c) PGW70 14 JST 60 50 40 30 20 10 CTRL (C) CTRL (Rr) CTRL (Rw) PGW70 (C) PGW70 (Rr) PGW70 (Rw) 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 Time (JST) 70 60 50 40 30 20 CTRL (C) CTRL (Rr) CTRL (Rw) CTRL (C) CTRL (Rr) CTRL (Rw) PGW70 (C) PGW70 (Rr) PGW70 (Rw) 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 Time (JST) PGW70 (C) PGW70 (Rr) PGW70 (Rw) 10 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 Time (JST) Temperature difference (ºC) 現在に 比べて 2030 年年代では0.4 の気温上量量 2070 年年代では2.9 の気温上量量 0 10 20 30 40 50 60 70 (W/floor-m2 ) (a) Diurnal change (b) CTRL 14 JST (c) PGW70 14 JST 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 PGW70 CTRL 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 Time (JST) 20 40 60 80 100 120 140 (W/floor-m2 ) 20 40 60 80 100 120 140 (W/floor-m2 ) PGW30 CTRL 0 20 40 60 80 100 120 (W/ground-m2 ) 0 20 40 60 80 100 120 (W/ground-m2 ) 髙根ほか (2015) 13
温暖化したら空調電 力力需要はどうなるか? 14 名古屋市の (a) 空調電 力力需要の時間変化 Diurnal change (b) 2010 CTRL 年年 814 月 JST 14 時 (c) 2070 PGW70 年年代 14 8 月 JST 14 時 Electricity demand (W/floor-m 2 ) 60 50 40 30 20 10 0 CTRL 現状 ((C) 事務所 ) CTRL ((Rr) 耐 火住宅宅 ) CTRL ((Rw) 木造住宅宅 ) PGW70 将来 ( 事務所 (C) ) PGW70 ( 耐 火住宅宅 (Rr) ) PGW70 ( 木造住宅宅 (Rw) ) 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 Time (JST) 街区区分依存性がある 事務所 :+7.8 W/floor m 2 木造住宅宅 :+3.9 W/floor m 2 耐 火住宅宅 :+2.0 W/floor m 2 名古屋市全体で 100 万 kw 原発 1.1 基分に相当 気温上昇 空調電 力力需要増加 0 10 20 30 40 50 60 70 (W/floor-m2 ) 髙根ほか (2015) 排熱フィードバック 亀卦川 (2015)
温暖化したら温熱快適性はどうなるか? 15 非常に 不不快 不不快 やや 不不快 快適 名古屋市の (a) 温熱快適性の時間変化 Diurnal change (b) 2010 CTRL 年年 814 月 JST 14 時 (c) 2070 PGW70 年年代 14 8 月 JST 14 時 SET* (ºC) 36 32 28 24 20 CTRL 現状 ((C) 事務所 ) CTRL ((Rr) 耐 火住宅宅 ) CTRL ((Rw) 木造住宅宅 ) PGW70 将来 ( 事務所 (C) ) PGW70 ( 耐 火住宅宅 (Rr) ) PGW70 ( 木造住宅宅 (Rw) ) 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 Time (JST) 20 25 30 35 ( C) 街区区分依存性がない 事務所 :+2.8 木造住宅宅 :+2.8 耐 火住宅宅 :+2.8 快適な時間がなくなり 非常に不不快な時間が出現する 髙根ほか (2015) 温熱快適性 (SET*) 温熱 4 要素 気温 湿度度 放射 気流流 人体側 2 要素 代謝量量 着 衣量量
気候変動適応策としてのヒートアイランド対策 16 (b) 2070s 気温 ( ) 電 力力需要 /floor m 2 ) 人 工排熱 ound m 2 ) 温熱快適性 ( ) PGW70 CTRL PGW70_noAH CTRL PGW70_GRN CTRL 無対策の場合排熱削減の場合緑化の場合 -37-35 -33-31 -29-27 -1 1 3 5 7 9 (ºC) or (W/floor-m 2 ) or (W/ground-m 2 )
まとめ 17 ❶ 都市部ではどの程度度の気温変化に適応する必要があるか? 最 大気温上昇シナリオの 2070 年年代夏季で約 +3 ❷ このまま温暖化が続いたら 将来の我々の暮らしに ( 関係する値 ) はどうなるのか? 電 力力需要 : 名古屋市全体で 100 万 kw 原発 1.1 基分相当の増加温熱快適性 : 快適な時間がなくなり 非常に不不快な時間が出現する ❸ 対策したら どの程度度の効果があるのか? 緑化の場合 気温 : 名古屋市平均で 0.5 程度度電 力力需要 : 名古屋市全体で100 万 kw 原発 0.4 基分相当温熱快適性 : 名古屋市平均で 0.3 程度度 ( 非常に不不快な時間はなくならない )
18 アジアのメガシティへの展開 急激な発展が予測 土地利利 用改変 人 口増 年年中暑い エアコン普及! Google mapより 421 USD/m2 263 USD/m2 = + 10 (BMKG) どのような適応策が最も有効なのか を費 用便便益分析により明らかにする -2500-2000 -1500-1000 -500 0 500 1000 [USD/m2]
謝辞 19 本研究は 文部科学省省 気候変動適応研究推進プ ログラム の 1 研究課題 ( 研究代表者 : 飯塚悟 ) および 環境省省の環境研究総合推進費 (S- 14) の サポートを受けました また 本研究で実施した 数値シミュレーションは 筑波 大学計算科学研究 センター学際共同利利 用プログラムの 一環で実施し ました この資料料は 2015 年年 11 月 10 日開催の 第 13 回環境シンポジウムで 行行った 講演資料料を修正したものです