1. 大平山のパラグライダーテイクオフ
今回は知人からリクエストされたので、栃木県栃木市にある大平山周辺の風の流れを見てみます。
大平のパラグライダーテイクオフ(離陸場/テイクオフ)の場所は、図1-1の赤のマーカーの位置で、大平山の西側の晃石山の近傍にあります。今回対象の山塊の呼び方ですが、この一帯で標高が一番高いのは晃石山(419m)で大平山(341m)ではないのですが、大平山と総称されているようなので、この記事ではそれにならって大平山と呼ぶことにします。
テイクオフの南側は開けていて、開けた平地の両脇に低い山が椀状に南へ延びています。
私はまだここではパラグライダーで飛んだことが無いのですが、山にぶつかって生じる上昇風を使ったリッジソアリングで高度を獲得することはあまりできないそうで、このエリアの皆さんはテイクオフの南側の平地に生じる弱い上昇気流(サーマル)を使って根気よく上昇するのだそうです。
2. 計算モデル
今回も国土地理院の地形データとOpenFoamを用いて大平山周辺の風の流れを可視化しますが、サーマルを計算に入れる技量をまだ持っていないので、サーマルの影響は考慮せず前回同様に南風が風速3m/sの条件で大平の山々にぶつかった場合の風の流れを層流として計算しています。
前回の「古賀志山の風を読む！」からの計算格子(Mesh)の変更点として、Meshサイズが50m均一から、今回は基本的なMeshサイズを30mとし、地表30m以下だけさらに5層に分割した境界層Meshを追加しています。山の木々の高さが20~30mで、それらは計算モデルに入っていないことを考えると、この境界層を入れたからと言って計算が直ちに精度UPするというわけではないのですが、計算精度はほんの少し良くなる方向だと考えてます。
図2-1は今回の計算領域です。
東西に7.8kmx7.8kmで上空は3500mまで計算しています。
計算条件
・地形データ: 国土地理院地図
・計算ソフト: OpenFoam
・風速3m/sの南風(層流)
・計算格子サイズ: 30m(境界層Meshあり)
・境界層Mesh: 地表30mまでの高さを5層に分割
(この設定に物理的な根拠は無く、私のMesh作成の技量の結果こうなりました・・・)
3.上昇気流が強いのはどの辺りか？
大平山一帯で、南風が生じさせる上昇(高度方向)気流が強い場所は3か所あり、晃石山山頂の両脇と大平山山頂付近、そして岩舟山の崖です。計算結果しては風の上昇成分の最大値は2.8m/sですが非常に局所的でわかりにくい為、図3-1では確認し易く上昇成分2.0m/sのエリアを示しています。山の稜線の赤で着色された部分が該当します。
図3-1から東西に稜線が延びる晃石山の山塊が、2.0m/s以上の上昇風が生じる範囲が一番多いことが見て取れます。
大平山や岩舟山の上昇気流帯は、テイクオフ(晃石山)から離れているので、パラグライダーで離陸後の高度稼ぎにこの上昇帯を使うのは難しいと考えられ、特に岩舟山は標高が低く、近くに線路やJR岩舟駅もあるので近づかない方が無難そうですね。
次の図3-2で、晃石山周辺の拡大し、Google Earthと比較してみます。
図3-2の計算モデルとGoogle Earthの比較から、晃石山の東側(図の右側)の上昇成分2.0m/s以上のエリアは、テイクオフがあるあたりであることがわかります。今回の計算結果から、大平山のテイクオフの位置は、パラグライダーが離陸しやすい場所のようです。実際に飛んだことが無いので推測の域を出ませんが、離陸後直後の高度稼ぐためにテイクオフの東側の上昇風帯は使えそうに見えます。しかし、晃石山の西側(図の左側)の上昇帯は、晃石山前の尾根を越えて行く必要があるので、使うのは難しそうですね。
ここで実際に飛んでいる方から教えていただきました。
南風の場合、晃石山の西側斜面が高度を獲得しやすい場合が多いようです。
やっぱり、実際に飛んでみないとわかりませんね。。。
上では特に強い上昇気流が発生するエリアを紹介しましたが、基本的に山の南側斜面側から稜線の少し北側までは風の上昇成分はあり、例えば0.5m/s以上のエリアを可視化すると図3-3のようになります。
図3-3では上昇成分0.5m/sのエリアに山が覆われている状態がわかりますが、奥行(南北方向)の上昇成分の分布がわかりずらいので、参考に図3-4と図3-5でテイクオフ位置の南北方向の断面における風の上昇成分の分布を見てみます。
まずは図3-4でテイクオフ位置の大きな流れを見てみます。白い線は風の流線です。
風(流線)の大きな流れをみると、流線は山を越えて大きな弧を描くように上昇し降下しますが、上空の緑色の範囲(0~+0.5m/s)が上昇気流帯で、青色(-0.5~0m/s)が下降気流帯となります。緑色と青色の境界が弧の頂点で上昇成分±0です。山の北側に上昇気流帯がところどころありますが、これは乱流により生じた上昇気流です。
図3-5は図3-4のテイクオフ周りの拡大図です。
図3-3で見た上昇成分0.5m/sの範囲は山の北側350mくらいまで広がっていて、下降気流帯は北側500mくらいから始まるようです。
ただ、パラグライダーで弱いとは言え0.5m/sという上昇気流があるからとこの領域を飛ぶかというと、よほど冒険心が強いか方はわかりませんが普通は飛ばないです。すぐ下を見るとはぐるぐる回っている流線があり、乱流帯になっていますから、何かの拍子に高度が下がってしまうと山の南側斜面に戻れない上に直ちに翼がつぶれたり、大きく揺さぶられたりと恐ろしい状況に陥ってしまいます・・・(どこのパラグライダースクールでも、山の稜線を越えないよう指導しているはずです。)
1.5m/s以上の強い上昇成分は山の近傍だけの為この図ではよくわかりませんが、上昇成分1.0m/sの範囲はテイクオフ上空100mまであり南側には200mまで広がるようで、ここで飛ぶ皆さんはテイクオフ直後はこの範囲で高度獲得のリッジソアリングをしているのかなと思います。
4.山の風下側の流れはどうなっているか？
図4-1は、晃石山～大平山の風下側の風の流れを流線で可視化したものです。
乱流になっているので計算結果はあくまで参考程度ですが、図3-5でも見えたテイクオフ北側に縦方向の渦が確認できます。
実際に生じているか否かは横に置いて、これを図4-2で拡大して、西側から見てみましょう。
図4-1の流線は純粋な風速で色分けしていましたが、図4-2は上昇成分(鉛直方向成分)で色分けしています。
渦はテイクオフの300m～700ｍの範囲に発生しており、大きさは南北方向にザックリ400mくらいのようです。
もし、パラグライダーでこの渦の中に入ったら、西から見て反時計回りに回転しているので、山の斜面を登る上昇風があるように錯覚しそうですね。。。脱出できるのかな・・・
とにかく、このような渦の中に入らないよう、山の稜線をむやみに超えないというルールを守って飛びましょう！
5.今回使用したツール
- OpenFoam
流体力学をコンピューター上で計算するためのソフトウェア
今は２派生に分かれていますが、今回は(1)のWindows版を利用。
(1)https://www.openfoam.com/
(2)https://openfoam.org/ - ParaView
OpenFoam等の数値計算結果を可視化するソフトウェア。
https://www.paraview.org/ - FreeCAD
その名の通りフリーの3D-CAD。
国土地理院の3D地形データ(stlファイル)を計算用に加工するために使用。
https://www.freecad.org/index.php?lang=j - CfdOF
FreeCADのアドオンで、取り込んだ3DデータをOpenFoam用のフォーマットへ加工するために利用。
https://github.com/jaheyns/CfdOF - Blender
3DCG作成用のソフトウェア
今回用いた地形データ(stlファイル)の加工に利用。
https://www.blender.org/
