地域の詳細データが都市の暑熱・熱波シミュレーションの精度を向上(Neighborhood Details Enhance Regional Modeling of Urban Heat and Heatwaves)

2026-11-03 パシフィック・ノースウェスト国立研究所(PNNL)

米国エネルギー省パシフィック・ノースウェスト国立研究所(PNNL)などの研究チームは、衛星観測による都市表面データを気象モデルに組み込み、都市のヒートアイランド現象や熱波の予測精度を向上させる手法を開発した。従来の都市気象モデルでは、建物の高さや間隔、舗装面積、屋根・壁面の反射率などに地域全体の平均値を使用することが多く、街区ごとの環境の違いを十分に反映できなかった。研究チームは、建物の高さや配置、地表面の特性などを含む全球衛星データセット「U-Surf」を気象予測モデルWRFに適合させた「U-Surf-WRF」を構築し、米国13都市を対象に2020年夏季の気温と熱波をシミュレーションした。その結果、従来設定と比較して、日中の気温予測バイアスは平均0.77℃、夜間は1.29℃低下し、13都市すべてで改善した。また、10都市で地表面温度の予測誤差も減少した。一方、街区ごとの細かなデータを一律に導入するより、地域の気候特性に応じて分類したデータを使用する方が効果的な場合も確認された。都市の熱環境評価や熱波対策、気候変動に適応した都市計画への活用が期待される。

地域の詳細データが都市の暑熱・熱波シミュレーションの精度を向上(Neighborhood Details Enhance Regional Modeling of Urban Heat and Heatwaves)

Figure 2 compares urban fraction fields from default Weather Research and Forecasting (WRF) model, U-Surf, and adapted U-Surf-WRF with satellite imagery in four cities. The adapted fields show more fine-scale variation and less built-up suburban areas in most cities. Figure 2 from Jiang et al. (2026), used under the article’s Creative Commons Attribution license.

<関連情報>

空間的に連続した都市表面特性が夏季および熱波シミュレーションに与える影響:複数都市分析 Impact of Spatially Continuous Urban Surface Properties on Summertime and Heatwave Simulations: A Multi-City Analysis

Timothy Jiang, TC Chakraborty, Yifan Cheng, Rohit Mukherjee, Lei Zhao, Alberto Martilli
Journal of Advances in Modeling Earth Systems  Published: 13 October 2026
DOI:https://doi.org/10.1029/2026MS005775

Abstract

Urban areas are unique in form, function, and fabric, and representing them in process-based models requires, among other things, prescribing facet-level morphological and radiative properties, which vary widely. Most urban canopy models (UCMs) prescribe these by density class or local climate zone (LCZ), assigning identical values across broad regions or worldwide. Global km-scale, facet-level urban property data sets have recently emerged, but are seldom applied in regional modeling. Here, we incorporate one such data set, U-Surf, into the Weather Research and Forecasting (WRF) model, modifying it for WRF’s multi-layer UCM and releasing it as U-Surf-WRF. Considering 13 US cities, U-Surf-WRF parameters vary more between LCZs than default WRF parameters, with consistently lower impervious fraction. To determine the effects of using U-Surf-WRF, we conduct high-resolution WRF summertime seasonal and recent heatwave simulations for these 13 cities using default and U-Surf-WRF parameters. Either prescribed by LCZ or for each grid point, using U-Surf-WRF usually yields more accurate surface temperatures. It generally decreases modeled urban air temperature and increases modeled urban humidity, yielding lower heat and dry islands. Decomposing the impact of each U-Surf-WRF variable, we find that while albedo can impact daytime simulations, especially for air temperature, morphology and impervious fraction are most relevant, especially for surface temperature. This study demonstrates the impact of city-specific, facet-level urban properties in urban-resolving numerical weather simulations, with remaining gaps against observations demonstrating other challenges in representing cities in process-based models. Conversely, in WRF simulations with poorly constrained parameters, we suggest caution interpreting the magnitude and spatial distribution of urban signals.

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