成功开发城市空间详细的中暑风险评估技术~迈向更安全、更有保障的行为选择~

国家海洋地球科学技术局
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国家研究开发机构日本科学技术振兴机构

1。演示要点

◆成功开发了考虑到城市空间和个人活动的详细天气信息的中暑风险评估技术。
◆ 确认成人和儿童在城市空间的阳光和阴影下行走时的风险差异。
◆有望作为一种优化技术应用，以降低盛夏户外活动中中暑的风险。

2。概述

　由日本海洋地球科学技术机构（JAMSTEC）增值信息创建部门全球信息基础设施中心组长大西亮（Ryo Onishi）和V体育先进医学物理和信息工程研究中心主任平田照正教授领导的联合研究小组开发了一种在城市空间实际行动时评估中暑风险的技术。
　JAMSTEC开发了城市街区热环境预测模拟模型，该模型不仅可以考虑全球地理信息，还可以考虑城市建筑、树木等局部物理效应。与此同时，V体育开发了一种技术，可以通过使用考虑了 50 多种组织结构的详细人体模型进行大规模模拟来估计出汗量和体温升高并评估中暑风险。
　通过使用JAMSTEC的东京站地区热环境预测模拟计算出的5m网格天气数据（温度、湿度、太阳辐射、风速）作为输入信息，并在V体育进行人体模型模拟，我们成功开发了一种风险评估技术，即使在同一条街道上行走，也能考虑到向阳面和阴面行走的差异。
　未来，通过更多地定量了解中暑风险，有望应用于人类健康考量，例如确保更安全、更有保障的环境、指导人们参加户外夏季活动，以及在城市和街区发展阶段预防中暑。

3。背景

　由于全球变暖等因素的影响，中暑患者不断增加，不仅在日本，在美国和欧洲也受到关注。特别是儿童和老人被认为是中暑的高危人群，更需谨慎。
　JAMSTEC增值信息创建部地球信息基础设施中心开发了考虑建筑物和树木的辐射、蒸腾等物理效应的超高分辨率天气模拟方法，致力于明确城市街区的热环境，定量分析炎热夏季绿地对风流、温度、湿度等的影响。例如，这些结果包括“利用超高分辨率数值模拟分析东京湾滨水区绿地的影响 - 有助于考虑 2020 年东京奥运会和残奥会的热环境对策”（) 和“利用最新的超级计算机技术，保护人们免受高温！利用超级计算机的预测结果，防止熊谷体育文化公园出现热岛”()等，证明最新的数值模拟技术可以成为考虑改善热环境措施的有力工具。
　此外，V体育的一个研究小组开发了一种模拟技术，该技术将复杂的物理和人体生理反应相结合，用于中暑风险评估，同时考虑到婴儿和老年人等个人特征。此外，通过与东北大学网络科学中心、北见工业大学、日本气象协会的联合研究，我们在现实条件下（例如沥青、操场等）进行了中暑风险评估。2016 年 7 月 26 日报道)和外国人中暑风险评估的试算结果(2017 年 7 月 25 日报道)。部分研究成果已作为日本气象协会推动的“走向零中暑”项目的一部分开发为中暑自检（https://wwwnetsuzerojp/selfcheck），并被广大公众广泛使用（2017 年 4 月 25 日报道）。
　如果我们能够将这些复杂的中暑风险评估计算技术与基于超高分辨率天气模拟的详细天气预报技术相结合，来估计每个地区或地点不断变化的中暑风险，我们可以期望应用程序能够创建一个更安全、更有保障的环境。

4。结果

　我们使用JAMSTEC的超级计算机“地球模拟器”，利用JAMSTEC开发的可考虑树木物理影响的大气-海洋耦合模型MSSG（*），对东京站周边地区（以东京站为中心的20km×20km见方）进行了分辨率为5m的热环境预测模拟（图1）。通过该模拟，可以使用比 2016 年报道的更真实的模拟设置进行天气预报。V体育研究小组进行了大规模人体模型模拟，以评估中暑风险，并使用模拟计算出的每隔 5m 间隔的天气数据作为输入（例如图 2），假设 2015 年 8 月 7 日 14:00 左右东京站周围地区。
具体来说，我们假设一个人以 4 公里/小时的速度步行 23 分钟（图 3），并估算每条不同步行路线的体温变化。首先，我们计算了行人沿着选定路线行走时所经历的热环境的时间序列数据（图4）。使用这些数据作为输入信息，我们进行了详细的人体模型模拟。我们根据出汗量和体温升高情况进行了中暑风险评估（阳光下和阴凉处体温升高的比较：图5）。成人在阳光下体温升高039℃，在阴凉处体温升高022℃；儿童在阳光下体温升高048℃，在阴凉处升高028℃。美国政府职业健康专家委员会的职业环境中暑风险管理将体温升高1℃列为停止工作的标准，因此本次试算得到的升高值差异不小。这证实了考虑阳光和阴影的中暑风险评估的有用性（图6）。

5。未来展望

　该技术通过考虑建筑物、道路、树木等的影响来预测某个地区或地点的天气特征，并利用更详细的人体模型对个体的热应激进行定量评估，使得评估每个个体在室外每个地点的中暑风险成为可能。未来，通过扩大该技术的目标区域和时期，将有可能在城市规划规模上评估每个人的中暑风险。此外，还可以根据夏季活动的中暑风险评估结果，制定降低风险的计划和对策，并发出更仔细的警报。还可以根据年龄组和活动量实施具体、精确的措施，并有望应用于提出降低中暑风险行动建议的系统。
此外，着眼于未来，该研究小组正在开展研究，旨在通过融合天气模拟和人工智能（AI）技术，实现更快、更高分辨率和多用途的城市天气预报。如果这项研究投入实际应用，将可以利用该技术近乎实时地进行中暑风险评估，并通过提供各种优化信息，例如优先对高风险人群进行疏散引导、优先向高风险地区部署应急队伍等，有望为进一步减少极端热浪期间中暑造成的损失做出贡献。

6。致谢

 这项联合研究是日本科学技术振兴机构 (JST) 未来社会创建项目“实现超级智能社会”和“为与自然和谐相处的自主控制社会构建天气信息基础设施”项目（研究和开发代表：大西亮）的一项倡议。
 JAMSTEC 在这项联合研究中用于预测城市街区内详细热环境的部分模拟技术是在文部科学省的气候变化适应技术社会实施计划 (SI-CAT) 内开发的。

[补充说明]
MSSG（地理环境多尺度模拟器）：
多尺度大气-海洋耦合数值模型，可以预测各种尺度的大气和海洋现象，包括整个地球、特定区域，甚至特定城市和城市街区。典型的天气和海洋模型对整个全球、特定区域和城市尺度使用不同的模型，但 MSSG 使用单个数值模型处理这些尺度，从而可以重现不同尺度之间的相互作用。

联系信息

（关于本研究）
Ryo Onishi，日本海洋地球科学技术机构组长
电话：045-778-5848电子邮件：jstmirai_onishi[at]jamstecgojp
Akimasa Hirata，V体育工学研究生院机电工程系教授
电话：052-735-7916电子邮件：ahirata[at]nitechacjp
（关于 JST 业务）
Hisao Mizuta，日本科学技术振兴机构未来创造研究与开发促进部
电话：03-6272-4004电子邮件：kaikaku_mirai[at]jstgojp
（按）
国家研究开发机构日本海洋地球科学技术机构海洋科学技术战略部公共关系部
电话：046-867-9198 电子邮件：press[at]jamstecgojp
V体育企划公关科
电话：052-735-5647电子邮件：pr[at]admnitechacjp
日本科学技术振兴机构公关部
电话：03-5214-8404 电子邮件：jstkoho[at]jstgojp
*请将每个 [at] 替换为 @。

图 1计算设置。计算区域为南北方向2km、东西方向2km，以5m分辨率进行计算，覆盖天空1km。左图为计算中使用的建筑高度信息，右图为土地利用信息。

图2 2015年8月7日14:30的温度分布，由地球模拟器计算。

图 3 假设行人沿着 2020 年东京奥运会马拉松赛场沿线的街道以 4 公里/小时的速度向南行驶，计算了行人所接触的热环境变量（温度、湿度、风速、太阳辐射）的时间变化。

图 4 行人沿着 2020 年东京奥运会马拉松路线以 4 公里/小时的速度向南行驶时所受到的炎热指数的时间变化。根据时间的不同，炎热指数的变化幅度可达 4 摄氏度，从 28 摄氏度到 32 摄氏度。此外，街道的阴凉面（西侧）和向阳面（东侧）之间存在约2摄氏度的温差。据说，当炎热指数达到28℃以上时，所有日常活动中暑的风险都会增加。

图5体表温度分布 (a) 成人（阴凉处） (b) 儿童（阴凉处） (c) 成人（阳光） (d) 儿童（阳光）。

图 6。在 2020 年东京奥运会马拉松赛道沿线的街道上，以 4 公里/小时的速度向南行驶的行人核心体温的时间变化（见图 3）。已证实，风险因阳光和年龄的影响而异。