【Python】都市気温シミュレーションで都市環境を分析してみた！プログラムはDL可能！

概要

都市の地表面・地中温度、都市気温の時系列変化をPythonでシミュレーションできるプログラムを作成しました。気象データ（日射・大気放射）をもとに、差分法と熱収支モデルを用いて都市の熱環境を再現します。

以下の計算条件を設定することで、お好みの条件に合わせて、都市気温をシミュレーションできます。

ヒートアイランド現象の分析や都市環境の熱的影響評価、人工排熱や蒸発効率の効果検証など、都市の気温に関する様々な課題に活用できます。また、Githubのリポジトリにて、都市気温の算出過程を簡潔にまとめているので、参考になれば幸いです。

リポジトリをクローン
必要なライブラリをインストール bash pip install -r requirements.txt
入力データ（data/夏の全天日射量と大気放射量.csv、data/冬の全天日射量と大気放射量.csv）を配置。リポジトリをクローンした場合はそのままでOK
src/calcUrbanTemperature.py 内のパラメータ（季節・蒸発効率・人工排熱量など）を設定
プログラムを実行 bash python src/calcUrbanTemperature.py
結果（CSV・グラフ画像）が出力されます

都市の気温は、地表面からの蒸発（潜熱フラックス）が大きく影響します。ここでは、蒸発効率（β）を変化させた場合に都市気温がどのように変化するか、夏と冬それぞれでシミュレーションした結果を紹介します。

人工排熱は 0 で固定
蒸発効率 β を 0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0 の6パターン
夏：最高 31℃、最低 21℃、地表面近傍大気の水蒸気圧 2750Pa、地下初期温度 26℃
- 冬：最高 21℃、最低 2℃、地表面近傍大気の水蒸気圧 660Pa、地下初期温度 10℃

蒸発効率	最高気温 (℃)	最低気温 (℃)	平均気温 (℃)
0.0	40.22	20.54	28.56
0.2	36.44	20.91	27.29
0.4	34.83	21.12	26.70
0.6	33.81	21.25	26.31
0.8	33.09	21.34	26.03
1.0	32.53	21.41	25.80

蒸発効率が高まるにつれて、最高気温が大幅に低下します。
- β=0とβ=0.2で約4℃の差！
- 土壌や水辺、緑地が少しあるだけでもヒートアイランド現象の緩和効果は大きい
最低気温はわずかに上昇
- 日中の熱の貯留が減り、夜間の放射が減るため最低気温が下がりづらい
- 平均気温も蒸発効率が高まるほど減少し、蒸発による冷却効果が確認できました

蒸発効率	最高気温 (℃)	最低気温 (℃)	平均気温 (℃)
0.0	24.49	2.35	11.11
0.2	22.88	2.25	10.39
0.4	21.78	2.17	9.76
0.6	20.89	2.11	9.22
0.8	20.07	2.05	8.75
1.0	19.04	2.00	8.32

グラフの例：冬季、蒸発効率０