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北田 敏廣(きただ としひろ)

所属 環境・生命工学系
兼務 建築・都市システム学系
職名 特命教授/名誉教授
専門分野 大気環境工学 / 地域環境制御
学位 工学博士(京都大学)
所属学会 土木学会 / 大気環境学会 / 日本気象学会 / 米国気象学会
E-mail kitada@earth.ens
※アドレスの末尾に「.tut.ac.jp」を補完してください
研究室web http://www.kitada.eco.tut.ac.jp/pub/index.html

研究紹介

地球の人口は、1800年の約10億人から、2010年に約70億人に達した。特に、60億人に達するのに約200年を要したのに対して、次の10億人の増加には約10年と加速し、2050年には95億人を超えると予測されている。これに伴うエネルギー使用増(特に、化石燃料使用増)は、二酸化炭素の排出量増をもたらし、1860年の2.5億トンから2010年の306億トンまで、150年間で約122倍に達した。この排出量増は、むろん大気中の二酸化炭素濃度の増加につながり、地球大気の温室効果の増進と、それに伴う気候変動が現実のものとして表れてきた。さらに、人口増は、都市域への人口集中として表れており、二酸化炭素のみならず化石燃料燃焼に伴う大気汚染物質の大量・集中排出は、温暖化とは異なる局地気候の変化と、それに関係する都市環境の悪化をもたらしている。このような人為に伴う気候・大気環境の改変・悪化を未然に防ぎ、また対策を立てるために、気象・気候、大気質環境が、人為によってどう変えられるかを、時間・空間の中で定量的に予測することが必要となる。これらを可能にするのが、(1) 気象・気候変化の数理モデルであり、(2)大気化学物質の輸送・反応・沈着の数理モデルである。現在、これらの数理モデルについて、汎用性を目指すモデルが、世界のいくつかのウェッブサイトで公開されているが、むろん完全ではなく、さらに改良が求められている。私は、私の開発した独自モデルを含め、これらの数理モデルの現実への適用と検証を通じて、(1)モデルの発展に資すること、(2)よりよい大気環境の創造に寄与できることを研究テーマとしている。

 

テーマ1:地域化学輸送モデルおよび全球エアロゾル化学輸送モデルの開発と応用(北田研モデル-STEMII_KIT;ホームメイド全球モデル):

概要

光化学スモッグや酸性雨等の大気汚染は人間活動あるいは自然界の活動によって排出された種々の化学物質が、大気の流れに乗り輸送されながら、複雑な化学反応を経ることによって、新たな有害化学物質を生み出し、生じる。中国の大都市から集中的に排出された化学物質から生じる微粒子(PM2.5)による大気汚染は記憶に新しいが、これらの反応生成した化学物質は、生態系や人間の健康・財産を劣化させ、大きな経済的損失をもたらす。これら有害物質の影響を知るためには、人間の活動が、どのように当該有害物質の濃度分布や沈着量分布をもたらすのかを時空間の中で定量的に予測する必要がある。私は、このモデルの開発と各種の影響評価に関する研究を行っている。例えば、大気汚染暴露地図推定と健康リスク評価、地域植生への長期影響評価、内湾の富栄養化など。特に、環境への投資が、経済的な理由で十分に行えない発展途上国では、環境保全のための資源配分をどうするかは、重要な問題であり、名古屋・豊橋など中部を対象とした研究の他に、ジャカルタ(インドネシア)やカトマンズ(ネパール)などを対象に開発した数理モデルを用いた研究を進めている。

主な業績

Kitada T. (2015): Modeling of wet deposition in chemical transport simulation. Proc. 3rd ESDP 2015, Kitada T., and Ade Sjafruddin, Eds., pp. 1-13, Institute Technology Bandung, Indonesia.
Kitada T. (2015) Introduction to basic concept: both of dry and wet deposition models. Invited Lecture, International workshop on dispersion and deposition modeling for nuclear accident releases -Transfer of science from academic to operational models, Fukushima University, March 2-3, 2015/ http://venus.iis.u-tokyo.ac.jp/english/workshop/newE.htm
Kitada T. (2014) Emission control of air pollutants in urban area for reducing photochemical smog in central Japan: NOx and/or VOCs. Proc. 7th Japanese-German Meeting on Urban Climatology, Paper No. 40, 6 pages, Leibniz University Hannover.
Kitada T. (2013): Emission control policy for reducing photochemical smog in central Japan: Sensitivity study on the contribution of LRT and local production to episodic high O3. Proc. 1st Joint Seminar of ITB-FCEE and Gifu National College of Technology on Environmental Sustainability and Disaster Prevention (1st ESDP 2013), Kitada T. and Suprihanto Notodarmojo , Eds., pp. 1-16, Institute Technology Bandung, Indonesia.
Kitada T. (2012) Episodic high surface ozone in Central Japan in warm season: relative importance of local production and long range transport. Air Pollution Modeling and its Application XXI, Springer, 233-238.
北田敏廣(2010) 大気化学輸送モデルについて、大気環境学会誌、45巻、107-116.
Sofyan A., Kitada T., Kurata G. (2008) Numerical study of NOx and SOx dynamics under land/sea breezes in dry season in Jakarta, Indonesia. Journal of Global Environment Engineering, JSCE (Japan Society of Civil Engineers), Vol. 13, 69-96.
Kitada T., Sofyan A., Kurata, G. (2008) Numerical Simulation of air pollution transport under sea/land breeze situation in Jakarta, Indonesia in dry season. Air Pollution Modelling and Its Application XIX, Springer, 243-251
Kitada T., Y. Shirakawa, K. Wagatani, G. Kurata, K. Yamamoto (2007) Predicted aerosol concentrations over East Asia and evaluation of relative contribution of various sources with global chemical transport model. Developments in Environmental Science, 6, Elsevier, 144-157
Kurata G., Carmichael G.R., Streets D.G., Kitada T., Tang Y., Woo J.-H., Thongboonchoo N. (2004) Relationships between emission sources and air mass characteristics in East Asia during the TRACE-P period. Atmospheric Environment, Vol. 38, pp. 6977-6987.
Kitada T., Regmi R.P. (2003). Dynamics of air pollution transport in late wintertime over Kathmandu valley, Nepal: As revealed with numerical simulation. Journal of Applied Meteorology, Vol. 42, 1770-1798.
Regmi R. P., Kitada T., Kurata G. (2003). Numerical simulation of late wintertime local flows in Kathmandu valley, Nepal: Implication for air pollution transport. Journal of Applied Meteorology, AMS, Vol. 42, 389-403.
Regmi R.P., Kitada T. (2003): Human-air pollution exposure map of the Kathmandu valley, Nepal: Assessment based on chemical transport simulation. Journal of Global Environment Engineering, JSCE, Vol. 9, 89-109.


キーワード

光化学オキシダントの予測、酸性物質沈着量の予測、エアロゾル濃度の予測、地域大気環境モデル、地球規模大気環境モデル、大気汚染の健康影響評価、富栄養化と大気汚染

テーマ2:熱環境解析を目的としたメソスケール気象モデル/都市キャノピーモデルの開発と応用およびWRF, MM5等の利用による気象解析

概要

都市化に伴う地表面の改変および都市域におけるエネルギーの大量消費は、温室効果ガス排出による地球温暖化とはまた違った局地的な気候・気象の変化をもたらす。都市のヒートアイランド化と言う言い方がされるが、夏季の熱環境の悪化とそれに伴う冷房等のエネルギー消費増が正のフィードバックループを形成し、大都市圏での大きな問題となっている。これらを防ぐために、都市の土地利用のあり方、都市構造物の高さ分布など街区の構造が局地気象・気候にどう影響するかを予測できる気象モデルの開発が重要な要素となる。このようなモデルの開発と応用を名古屋、ジョホールバル等を対象に研究してきた。また、米国NCARで開発され広く世界で用いられているメソスケール気象モデルのWRF(Weather Research and Forcasting)モデルは、都市のヒートアイランド等を表すための都市キャノピーも導入できるように改良されており、降水現象も表現できるモデルであることから、これを用いて航空機事故と気象場の関係等も解析している。

主な業績

Regmi, R.P., Kitada, T., Dudhia, J., and Sangeeta Maharjan (2016) Large scale gravity current over the middle hills of Nepal Himalaya: implications for aircraft accident. J. Applied Meteorology and Climatology, submitted for publication.
Takayuki TOKAIRIN, Asep SOFYAN and Toshihiro KITADA (2010): Effect of land use change on local meteorological conditions in Jakarta, Indonesia, Toward the evaluation of thermal environment of megacities in Asia, International Journal of Climatology, ,30, pp.1931-1941
Asep Sofyan, T. Kitada, and G. Kurata (2007) Difference of sea breeze in Jakarta between dry and wet seasons: Implication in NO2 and SO2 distributions in Jakarta, Journal of Global Environment Engineering, 12, 63-85
Toshihiro Kitada*, Eisuke Kobayashi*, Gakuji Kurata*, and Chin Siong Ho**(2006)Temperature rise in a tropical south-eastern Asian city, Johor Bahru, Malaysia, caused by extended urbanization: numerical analysis for 1970, 2000, and 2020 based on land-use distribution, Proc. ICUC6 (International Conference on Urban Climate), Gӧteborg, Sweden, June 12 to 16, 513-516.
Kitada, T., Okamura, K., and Tanaka, S. (1998): Effects of urbanization on local winds and thermal environment in Nohbi plain, coastal region of central Japan –A numerical analysis by meso-scale meteorological model with k-ε turbulence model. Journal of Applied Meteorology, AMS, Vol.37, No.10, 1026-1046.
岡村聖、北田敏廣 (1997): サブグリッドスケールの土地利用が大気境界層に与える影響のモデル化:k-εモデルにおける都市化域のパラメタリゼーション、環境システム研究、土木学会, Vol.25, 593-597.

キーワード

メソスケール気象モデル、都市キャノピーモデル、熱環境、都市の土地利用

テーマ3:都市の沿道大気汚染緩和装置の研究竏但CF(高活性炭素繊維)を組み込んだ自然風駆動の沿道大気浄化装置(フェンス)の開発/評価

概要

日本では、車1台当りの大気汚染物質の排出量規制(いわゆる単体規制)は、格段に進んできたが、交通の集中する大都市の沿道では、なお深刻な大気汚染の現状がある。半日交通量5千台程度の道路の沿道50m以内に住む人の各種発ガン率がそうでない人の1.5倍程度あるという研究もあり、稼働のためのエネルギー使用を伴わない沿道大気浄化装置の開発が必要となっている。我々のグループ(大阪ガス、福岡県、九大、大同大等)は、高活性炭素繊維(Activated Carbon Fiber)を用いた通風型フェンスを開発し、これを用いて、自然風により沿道大気を浄化する研究を進めている。沿道大気に含まれる二酸化窒素、二酸化硫黄、浮遊粒子状物質等の大気汚染物質だけでなく、環境濃度のような低濃度の有害揮発性炭化水素類も除去できることが分かってきており、有力な沿道環境浄化の装置と考えている。名古屋、大阪、福岡等での実証実験だけでなく、大気汚染の深刻なジャカルタでも導入を計画している。

主な業績

Kitada T., M. Yoshikawa, T. Shimohara, T. Kanzaki, Asep Sofyan (2015): Removal of NOx, PM, and VOCs in polluted roadside air by ACF (Activated Carbon Fiber) fences: Possible energy-free improvement of air environment at bus stop in the BRT system, Jakarta. Proc. 2nd ESDP 2015, Kitada T. and Suprihanto Notodarmojo, Eds., pp. 14-20, Denpasar, Indonesia.
Kitada T., Y. Kurodai, T. Shimohara, T. Kanzaki, M. Yoshikawa, and T. Tokairin (2014) Numerical study on reduction of ambient NOx, PM, and VOCs concentrations by ACF (Activated Carbon Fiber) fences: effects of generated air flow and chemical reactivity of the ACF fences. Air Pollution Modeling and its Application XXII, Springer, 159-165.
下原孝章、新谷俊二、三苫智子、吉川正晃、北田敏廣(2012): 高活性炭素繊維(ACF)を用いた大気浄化技術–II. 自然風を駆動力とする ACFを用いた、大気環境学会誌、47巻, 58-66.
下原孝章、新谷俊二、三苫智子、吉川正晃、北田敏廣(2011): 高活性炭素繊維(ACF)を用いた大気浄化技術–I. ACFのNOx浄化特性と強制採気による大気浄化技術-、大気環境学会誌、46巻, 187-195.
長野 誠、北田敏廣、神崎隆男、市川陽一、下原孝章、吉川正晃(2009) ACF (Activated Carbon Fiber)装着フェンスによる沿道NOx濃度の軽減:数値モデルと風洞実験との比較、地球環境研究論文集、土木学会、17巻、115-121.
長野 誠, 北田 敏廣, 下原 孝章, 神崎 隆男, 市川 陽一, 吉川 正晃 (2008) ACF (Activated Carbon Fiber) 装着フェンスによる沿道NOx濃度の軽減 : 通風性と除去反応性の影響評価, 地球環境研究論文集, 土木学会, 16巻, 63-72.


キーワード

高活性炭素繊維、沿道大気浄化、通風フェンス、NO2、SPM、VOC

その他(受賞、学会役員等)

(受賞)
平成16年6月 地域環境保全功労者表彰(環境大臣)
同 20年12月 大気環境保全功労者表彰(環境省水・大気環境局長)
同 21年9月 平成21年度大気環境学会学術賞(社団法人大気環境学会)
平成16年8月 平成15年度地球環境論文賞(土木学会地球環境委員会):Regmi, R.P. and Kitada, T. ”Human-Air pollution exposure map of the Kathmandu Valley, Nepal: Assessment based on chemical transport simulation”, Journal of Global Environment Engineering, Vol.9, 89-109 (2003)

平成17年7月、平成16年度地球環境論文賞(土木学会地球環境委員会): Kurata, G., Kitada, T., Carmichael, G.R., Tang, Y. and Woo, J.H., “Estimation of the emission ratio of hydrocarbons from biomass burning by using backward trajectory analysis from airborne observation for East Asia”, Journal of Global Environment Engineering, Vol. 10, pp.39-51 (2004)

平成20年8月、平成19年度地球環境論文賞(土木学会地球環境委員会): Asep Sofyan, Kitada, T. and Kurata G., “Numerical study of NOx and SOx dynamics under land/sea breezes in dry season in Jakarta, Indonesia, Journal of Global Environment Engineering, Vol. 12, 63-85 (2007)

(学会活動等)
(公益社団法人大気環境学会関係)
平成11年9月-平成26年8月 大気環境学会理事                           
同 14年9月-平成16年8月 大気環境学会中部支部長                      
同 18年9月-平成20年8月 大気環境学会中部支部長                       
同 24年9月-平成26年8月 大気環境学会中部支部長
同 17年9月 第46回大気環境学会年会・年会長

(公益社団法人土木学会関係)
平成13年4月-平成15年3月 土木学会 JGEE (Journal of Global Environment Engineering) 編集委員長
平成17年4月-平成19年3月 土木学会・地球環境委員会委員長
平成16年8月2, 3日、土木学会・第12回地球環境シンポジウム実行委員会委員長

(その他)
平成13年11月-平成23年3月 日本学術振興会・拠点大学方式日中学術交流(JSPS-MOE Core University Program、京都大学‐清華大学拠点)「都市環境」、G2(大気グループ)日本側グループリーダー
平成8年1月-平成13年12月 英国国際論文誌Environmental Technology(U.K.) Editorial board メンバー                 



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