2026/03/05 更新

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オオニシ　リョウ
大西　領
ONISHI RYO
所属
総合研究院 スーパーコンピューティング研究センター 教授
職名
教授
ホームページ
https://www.turb.gsic.titech.ac.jp/jp/Members/onishiryo.html
プロフィール
詳細はリンク先ＨＰをご参照ください。
外部リンク

News & Topics

学位

  • 博士（工学） （ 京都大学 ）

研究キーワード

  • 衝突成長

  • 逆解析

  • 大規模並列計算

  • 混相乱流

  • 流体工学

  • 豪雨予測

  • 地球温暖化問題

  • 気泡・液滴

  • 降雨

  • 気液界面

  • 熱物質輸送

  • 粒子間衝突

  • 風波乱流

  • 混相流

  • 乱流衝突

  • 反応流

  • Turbulent Flow

  • 成層流

  • 乱流

研究分野

  • ものづくり技術（機械・電気電子・化学工学） / 流体工学

  • ものづくり技術（機械・電気電子・化学工学） / 熱工学

学歴

  • 京都大学

    - 2005年

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  • 京都大学   工学研究科   機械工学専攻

    - 2005年

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    国名： 日本国

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経歴

  • 東京工業大学   学術国際情報センター   准教授

    2020年4月 - 現在

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  • 国立研究開発法人海洋研究開発機構   地球情報基盤センター   グループリーダー

    2014年4月 - 2020年3月

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  • インペリアル・カレッジ・ロンドン   航空工学科   客員研究員（日本学術振興会 海外特別研究員）

    2011年4月 - 2013年3月

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  • 独立行政法人海洋研究開発機構   研究員

    2005年11月 - 2014年3月

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  • （独）国立環境研究所   NIESポスドクフェロー

    2005年4月 - 2005年10月

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所属学協会

委員歴

  • The Japan Society of Mechanical Engineering   Student Member  

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    団体区分：学協会

    The Japan Society of Mechanical Engineering

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論文

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MISC

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受賞

  • 2013年度 竜門賞

    2014年2月   日本流体力学会  

    大西 領

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  • ベストCFDグラフィックス・アワード最優秀賞（共著）

    2012年12月   日本流体力学会 第26回数値流体力学シンポジウム  

    大西 領

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  • 日本計算力学奨励賞

    2012年7月   日本計算力学連合  

    大西 領

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  • 第23回数値流体力学シンポジウム ベストCFDグラフィックス・アワード最優秀賞

    2010年12月   日本流体力学会  

    大西 領

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  • 平成21年度科学技術分野の文部科学大臣表彰 若手科学者賞

    2009年4月   文部科学省   「混相乱流分野における粒子衝突メカニズムの解明と応用の研究」

    大西 領

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  • ２００７年度日本機械学会奨励賞（研究）

    2008年4月   （社）日本機械学会   「乱流中での微小液滴の混合輸送および衝突成長機構の解明とその数値モデリング」

    大西 領

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共同研究・競争的資金等の研究課題

  • ４次元超解像データ同化法による都市街区微気象予測の実現

    研究課題/領域番号：25H00715  2025年4月 - 2029年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(A)

    大西 領

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    配分額：46020000円 （ 直接経費：35400000円 、 間接経費：10620000円 ）

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  • AI融合シミュレーションによる微気象の調和的予測技術の創出

    研究課題/領域番号：20H05751  2020年10月 - 2023年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  学術変革領域研究(B)

    大西 領, 杉山 大祐, 廣川 雄一, 松田 景吾, 小森 悟, Kolomensk Dmitry

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    配分額：67990000円 （ 直接経費：52300000円 、 間接経費：15690000円 ）

    AI 融合シミュレーションによる超高速・微気象予測技術の開発を継続した。数 m メッシュという超高解像度で建物や樹冠を解像する微気象シミュレーションモデルによるリアルタイム予測を実現するために、物理シミュレーションと深層学習・超解像(空間解像度 を人工的に向上させる補間技術)を融合した超解像シミュレーション法を発展させ、物理を考慮した超解像 ・深層学習器を開発した。本班のメンバーが2019年に開発した超解像システムはレベル0の物理超解像(イメージ超解像)であった。本年度は、レベル1の物理超解像によって、建物高さデータ、日射データ、風速データを考慮することで気温分布の補間精度を大きく向上させられることを確認した。単に、補間制度の向上を確認しただけでなく、超解像学習器がいかに物理を考慮したのかを注意機構（アテンション）を介して明らかにした。そして、これらの成果を一流国際誌上で発表した。また、オペレーショナルな予測を行うことを念頭に、シミュレーション結果と観測データを同化して得られる格子点データセット(解析プロダクト)を作成する技術の開発をおこなった。具体的には、実際の建物密集地に対する微気象スケールの解析プロダクトと、その上位階層に当たる気象スケールの解析プロダクトを並行して作成するための分散型マルチスケールデータ同化法システムのプロトタイプを構築した。微気象スケールにはローカルな観測値を同化し、その解析プロダクトを観測値として上位層の気象スケールにデータ同化する。その気象スケールに気象庁が提供する解析プロダクトをさらに同化する。このようなオペレーショナルな予測システムを構築するための開発環境及びプリ・ポストツール群の整備も継続し、gitと呼ばれるクラウド型バージョン管理ツール上での管理を開始した。そして、このクラウドツールを使った、複数人、複数機関での開発を開始した。

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  • 微気象制御学：微気象の調和的予測と能動的観測の融合による自律制御型社会基盤の創成

    研究課題/領域番号：20B207  2020年10月 - 2023年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  学術変革領域研究(B)

    大西 領

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  • 微気象制御学創生のための戦略的連携推進

    研究課題/領域番号：20H05750  2020年10月 - 2023年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  学術変革領域研究(B)

    大西 領, 椿野 大輔, 小森 悟, 渡邉 智昭, 鈴木 智

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    配分額：3640000円 （ 直接経費：2800000円 、 間接経費：840000円 ）

    本班は円滑な領域運営を実現し、領域の研究成果を最大化することを目的としている。それらを達成するために、領域内外との連携および情報発信を戦略的に行うための戦略委員会、知財を戦略的に管理するための知財委員会、領域研究の自律的な発展を促すための外部有識者を含む自己評価委員会、を昨年度までに設置している。例えば、戦略委員会では、領域内全研究者間での十分な問題意識と情報の共有を促進するために、領域全体会合および総括班と各班とのサブ会合を開催した。具体的には、領域全体会合を11月に開催し、総括班会議をおよそ４半期ごと、サブ会合を月一回以上のペースで開催した。また、領域ウェブページの更新を通じて、本取り組みの社会への発信を継続した。適宜、領域に関連するイベントやニュース、成果をトップページに掲載することにより、積極的な情報発信を行っている。知財の適切な管理は領域運営にとって重要であり、知財委員会が中心となり、データマネジメントプラン（DMP）の運用を開始した。また、昨年度に締結した主要な技術開発機関６者による秘密保持契約（NDA）の管理も行った。具体的には、領域外の研究者と議論するために片務NDAの締結も推進した。領域研究の自律的な発展のためには外部有識者の意見を取り入れる必要がある。年度末には自己評価委員会をオンライン開催し、研究計画に対する進捗状況を把握した上で、外部有識者とともに今後の方針を確認した。

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  • 拡張潤滑理論による分散混相流中の非平衡輸送問題への展開

    研究課題/領域番号：20K20972  2020年7月 - 2023年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  挑戦的研究(萌芽)

    竹内 伸太郎, 大西 領, 田川 義之, 梶島 岳夫

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    配分額：6370000円 （ 直接経費：4900000円 、 間接経費：1470000円 ）

    本研究課題では、流体中に分散的に存在する界面が近接する際に発生する潤滑が、流れ場全体に及ぶような影響を与えることを、数値計算・実験を通して解析し、代表者が提案した拡張潤滑モデルを通して理解する。
    2021年度は、液体中に置かれた溶媒と溶質を透過させる膜に働く潤滑効果が支配的となるような問題を設定し、溶媒・溶質の膜透過流束を高精度に解く数値解法を開発した。ユニークな点は、流れ場の圧力方程式に、膜上における圧力と濃度の不連続量を採りこんだことである。狭い流路内で溶媒と溶質を透過する膜に流路壁と相対速度を与える問題を設定し、波状および円形の膜に対して膜透過流束（溶媒・溶質）が潤滑から受ける影響を解析した。波状膜については、膜透過流束成分の高次成分を含む数理モデルの構築をとおして、膜および流路形状のパラメーターが溶媒・溶質の流束に及ぼす効果を特定した。さらに数値解析解との比較を通してその効果を確認することで、潤滑が非平衡輸送現象に与える影響の一端を明らかにした。
    さらに拡張潤滑モデルを移動壁面上の液滴浮遊現象の問題に適用した。浮遊液滴と移動壁面間の空気膜の厚さを拡張潤滑モデルより推定するアルゴリズムを構築し、実験結果と比較した結果、良好な一致を得た。
    また粒子混相流における実用的な潤滑アルゴリズムの構築として、物体を１０個程度以下の格子で解像する低解像度の境界埋め込み法でも適用可能な簡易な潤滑力補正手法を開発した。本補正手法では、潤滑層補正用のフィルタ格子を導入し、潤滑層を含むフィルタ格子内のみの情報から潤滑力を補正する。2021年度は、実際に補正手法を用いて、接近する２粒子の運動を計算し、潤滑層による反発力および引き込み力を10%程度の誤差という実用的な精度の範囲で再現できることを確認した。

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  • ３次元超解像を活用した乱流熱輸送の超高速予測

    研究課題/領域番号：20H02074  2020年4月 - 2024年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    大西 領, 松田 景吾, Kolomensk Dmitry

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    配分額：13910000円 （ 直接経費：10700000円 、 間接経費：3210000円 ）

    2021年度は、過年度に実施した複数のLarge-eddy simulation(LES)、つまり微気象シミュレーションから得られた学習データセットを用いて物理超解像の適用を拡大した。なお、微気象LESの対象領域として、東京都中心部、大阪市中心部を中心としつつ、さらに仙台市中心部に関してもデータセット構築を開始した。また、これまでに気温というスカラー量の超解像の実現に成功していたが、風速というベクトル場の超解像にも取り組み、まだ断定的な結論には至っていないものの、おおよその性能を明らかにすることができた。さらに、主要目的である３次元超解像の技術的フィージビリティーを明らかにするために、スカラー物質の乱流拡散計算も行い、試行錯誤を経て、試験的な学習データセットを構築し、実際に３次元超解像のテストに至った。想定通りであるが、２次元超解像に比べて３次元超解像は計算コストが大きいことを確認した。そこで、東工大のGPUスーパコンピュータTSUBAME3.0を用いて、試験的な学習データセットを用いて３次元超解像器を学習させ、その高い補間性能の一端を確認することに成功した。

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  • 強烈な台風下の海水面を通しての熱・運動量輸送機構の解明とそのモデル化

    研究課題/領域番号：19KK0087  2019年10月 - 2024年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B))

    高垣 直尚, 鈴木 直弥, 松田 景吾, 大西 領, 小森 悟

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    配分額：18330000円 （ 直接経費：14100000円 、 間接経費：4230000円 ）

    台風など暴風下における海水面を通しての熱・運動量輸送機構を明らかにし，信頼性の高い輸送モデルを構築することは，台風の強度を正確に見積もるうえで極めて重要である．本研究では，台風シミュレーション水槽を保有するロシアの海外共同研究者と協力し，高風速状態における海水面の砕波機構，および，砕波層を通しての熱・運動量輸送機構を解明し，台風下の強烈な砕波を伴う海水面を通しての熱・運動量輸送モデルを新たに構築することを目的とする．本年度は，主に（１）九州大学応用力学研究所の大型風波水槽にて水位等の測定・解析を行った．（２）近畿大学設置の小型風波水槽において気流場の検証を行った．さらに，（３）近畿大学設置の小型風波水槽において伝熱実験の準備を行った．特に，１の結果，水位のフェッチ依存性が従来予測されるものと異なった．そのため2022年度には，１で測定された水位データに関するさらなる検証を九州大学水槽において実施することが重要である．また2の結果，中風速以上で破砕した水面波を伴う気液乱流場の安定した作製に成功した．これらの研究実績の一部は，英文誌１報にて発表された．また実績の一部は，2021年に開催予定であった国際会議にて報告する予定であったものの新型コロナウィルス感染症（COVID19）の影響により学会が延期となった．また，COVID19状況が改善している場合には2021年中にはロシア渡航を行い，現地にて本研究プロジェクトに関する打ち合わせ及び現地での共同実験を行う予定であった．しかし，このロシア渡航もCOVID19の影響により中止することとなった．以上より，2021年度はCOVID19の影響を多分に受けたものの，本年度の研究は概ね想定通りに進展した．

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  • 自然と調和する自律制御社会のための気象情報インフラ構築

    2018年 - 2019年

    科学技術振興機構  戦略的な研究開発の推進 未来社会創造事業 探索加速型 

    大西 領

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    担当区分：研究代表者 

    未来都市では、様々な種類の自動・自律システムが気象と社会・経済のリアルタイム予測情報にアクセスしながら協調連携する世界が想定され、安全安心、かつ、自然と調和した社会が持続的に維持されることが望まれる。 このような未来都市の実現を目指し、本課題では、ヒト・モノが集中し、気象と社会経済活動が密接にリンクする密集ビル街区を対象に、モデリングとAIの融合新技術によってサイバー世界に超高精細気象情報インフラを構築する。さらに、構築したインフラをベースに、計測、予測と制御(サービス)から構成されるスマートなサイバー空間を実現し、実世界との間に情報のやり取りを通したフィードバックループを適切に構成することにより、自然と調和した自律制御社会が実現可能であることを実証する。

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    J-GLOBAL

  • 乱流中での球形および非球形大粒子の衝突機構に対する数値研究

    研究課題/領域番号：16H04271  2016年4月 - 2020年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    大西 領, Kolomensk Dmitry, 竹内 伸太郎, 松田 景吾

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    配分額：16250000円 （ 直接経費：12500000円 、 間接経費：3750000円 ）

    頻発する局所集中豪雨の予測を高精度化することを目的として、雲内乱流の影響を考慮した降雨・降雪粒子（球形および非球形大粒子）の急成長モデルの構築に資する知見を得た。具体的には、Lagrangian Cloud Simulator（LCS）と呼ばれる大規模混相DNS法に、最新の埋め込み境界法を統合した大規模粒子解像DNS法を新規開発した。さらに、様々な条件における詳細衝突統計量を取得することにより、球形および非球形大粒子の乱流衝突機構を解明した。さらに、 有限サイズ格子で潤滑層反発力を精度良く評価できるモデルを開発し、乱流の影響を考慮できる降雨・降雪粒子の衝突因子モデルの開発に資する知見を得た。

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  • 強風下における砕波気液界面を通しての運動量およびスカラの輸送機構の実験的解明

    研究課題/領域番号：25249013  2013年4月 - 2016年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(A)

    小森 悟, 黒瀬 良一, 高垣 直尚, 鈴木 直弥, 大西 領

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    配分額：43680000円 （ 直接経費：33600000円 、 間接経費：10080000円 ）

    風波水槽実験により，高風速下においては気液界面を通しての熱および物質の輸送の風速依存性は通常の風速域と異なり，それらの輸送量が急増することを明らかにした．また、通常の風速域において，物質移動に及ぼす吹送距離の影響が小さいことを明らかにした．さらに，これらの運動量，熱，物質輸送実験を通して提案した運動量・熱輸送モデルを用いて，台風直下における運動量および熱の輸送量の推定を行い，これらの運動量・熱輸送モデルが台風強度の予測に及ぼす影響について検討を行った．その結果，新規提案の運動量・熱輸送モデルを使用した場合には，従来のモデルを使用した場合よりも，予測値が観測値により近づくことが明らかになった．

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  • 乱流混合が微小慣性液滴の蒸発過程に与える影響の解明

    研究課題/領域番号：24760152  2012年4月 - 2015年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  若手研究(B)

    大西 領

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    配分額：4420000円 （ 直接経費：3400000円 、 間接経費：1020000円 ）

    定常等方性乱流場を直接数値計算により計算し、その中を運動する微小慣性粒子の運動および成長をラグラジアン法によって追跡する数値計算法（Lagrangian Cloud Simulator, LCS）を開発した。LCSのプログラムコードは並列計算向けに最適化されており、共有メモリ型と分散メモリ型のハイブリッド並列計算を効率的に実行できる。このLCSを用いて、粒子ストークス数、過飽和度、レイノルズ数を変化させた時の粒子径分布の時間変化データを得た。これにより、乱流混合が微小慣性液滴の蒸発過程に及ぼす影響を初めて定量的に明らかにした。

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  • 高レイノルズ数流れにおける微小慣性粒子の衝突機構の解明

    研究課題/領域番号：21760143  2009年 - 2010年

    文部科学省  科学研究費補助金(若手研究(B))  若手研究(B)

    大西領

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    担当区分：研究代表者  資金種別：競争的資金

    配分額：4290000円 （ 直接経費：3300000円 、 間接経費：990000円 ）

    初年度にあたる平成21年度には、乱流中における微小慣性粒子(雲粒)同士の衝突に関するデータを得るために、流体を通しての粒子間相互作用までを考慮した大規模並列二相乱流シミュレーションコードの開発,およびその検証を行った。本年度はコードの開発に専念したため,学会発表や掲載雑誌等はない.開発したコードは(1)気相乱流計算コードと(2)粒子運動計算コードから成る.それぞれのコードは3次元領域分割のMPI(分散メモリ方並列ライブラリ)に対応しており,大規模並列計算が可能な仕様である。それ以外の主な特徴を列挙する:(i)気相乱流の計算に差分法を採用し,さらに,開発した効率的な強制法(雑誌投稿,国際会議発表予定)と組み合わせる.これにより,高い並列化率で定常等方性乱流場を生成することができる.(ii)高いベクトル化率を持っ.これにより,ベクトル計算機で高い演算速度を発揮できる.(iii)粒子計算には,粒子追跡法を用いる.さらに,分子動力学シミュレーションで用いられるcell-index法(計算領域をk_<cell>^3個のセルに分割し、相互作用および衝突判定の計算は近接セル内にある粒子同士だけについて行われる)を採用することによって,効率良く粒子衝突を検出できる.開発したシミュレーションコードを使って,低レイノルズ数流れ場における衝突頻度を既往研究(Onishi et al.2009, P...

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  • 大気乱流中の雲とエアロゾルを通しての太陽光による熱エネルギー伝達メカニズムの解明

    研究課題/領域番号：20686015  2008年 - 2011年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  若手研究(A)

    黒瀬 良一, 小森 悟, 大西 領

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    配分額：25350000円 （ 直接経費：19500000円 、 間接経費：5850000円 ）

    気候変化の数値予測精度を向上させるためには、大気乱流中の雲やエアロゾルを通しての太陽からの熱エネルギー伝達のメカニズムを解明し、それを正確にモデル化することが重要である。本研究では、室内実験と数値シミュレーションにより、液滴(雲粒)の蒸発や液滴-周囲流体間の温度差が液滴に働く抗力や液滴の後流渦特性に及ぼす影響、および雲内の放射特性(反射・吸収・透過特性)に及ぼす乱流の影響を明らかにした。

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  • 高レイノルズ数流れにおける雲粒の衝突頻度因子の導出法の開発

    研究課題/領域番号：18760137  2006年 - 2007年

    文部科学省  科学研究費補助金(若手研究(B))  若手研究(B)

    大西領

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    担当区分：研究代表者  資金種別：競争的資金

    配分額：3500000円 （ 直接経費：3500000円 ）

    様々な大きさの液滴が衝突成長する場合,どの大きさの液滴とどの大きさの液滴とが衝突したのかを特定できないため,衝突頻度(もしくは衝突頻度因子)を直接求めることは困難である.この困難を乗り越えるためには何らかの特別な方法が必要である.本研究では,逆解析という解析手法を用いることによりこの困難を乗り越えることを目的とする.本年度は,測定によって得られる液滴径分布の変化から液滴間の衝突頻度因子を推定するための"非線形"逆解析手法を開発した.これは昨年度に開発した"線形"逆解析手法をさらに発展させたものである.また,直接数値計算(Direct Numerical Simulation, DNS)を用いて小型風洞を想定した数値実験を行うことにより,開発した逆解析手法の有効性を検証した.具体的にはDNSによって得られた液滴径分布の変化から本逆解析手法によって衝突頻度因子を導出し,その導出結果とDNSによる衝突頻度因子データとを比較した.ただし,最も理想的な場合を想定し,液滴は定常な乱流中で衝突のみによって成長すると考えた.なお,凝縮成長を伴う場合や減衰乱流中での試計算を行った結果,凝縮成長や流れ場の非定常性は無視しうると考えた.検証の結果,本研究で開発した線形および非線形逆解析手法を用いれば,最も重要である最頻半径付近の衝突頻度因子を高い精度で推定可能であることがわかった.ただし,線形逆解...

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  • 剪断力の働く気液界面を通してのスカラ-輸送機構の解明と輸送量の評価

    研究課題/領域番号：14102016  2002年 - 2006年

    文部科学省  科学研究費補助金(基盤研究(S))  基盤研究(S)

    小森悟, 三角隆太, 鈴木靖, 大西領, 松本充弘, 伊藤靖仁, 長田孝二, 鈴木直弥, 黒瀬良一

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    担当区分：連携研究者  資金種別：競争的資金

    配分額：101270000円 （ 直接経費：77900000円 、 間接経費：23370000円 ）

    地球温暖化を正確に予測するうえで、海洋と大気との問のCO_2の交換量を正確に評価することは必要不可欠である。本研究では、精巧な室内実験および直接数値計算を用いて剪断力の働く気液界面近傍での乱流構造と物質輸送機構を解明することにより、物理的根拠に基づいた気液界面を通しての物質輸送速度の正確な評価およびそのモデル化を行うことを目的とした。風波水槽において物質移動実験を行った結果、うねりが風波乱流場での物質移動を抑制することが明らかになった。また、この理由は、うねりを伴う場合には気液界面に作用する抗力は増大するものの圧力抗力が増大する、気液界面を通しての物質輸送を支配する摩擦応力は逆に減少するためであることを、スーパーコンピュータを用いた三次元直接数値シミコ.レーションにより明らかにした。また、液相が海水である場合において、高風速域で見られる砕波に伴う飛散液滴が海水面を通しての物質輸送に及ぼす影響は小さいのに対して巻き込み気泡が及ぼす影響は大きいことを明らかにした。また、開水路と降雨装置において実験を行った結果、降雨は気液界面を通しての物質交換を著しく促進させることが明らかになった。また、降雨の衝突を伴う気液界面を通しての物質輸送速度を決定づける最適パラメータは、従来用いられてきた降雨の運動エネルギフラックスではなく、運動量フラックスであることを明らかにした。さらに、実験結果と全球...

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  • 乱流中での粒子間衝突

    2002年

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    資金種別：競争的資金

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  • 乱流混合反応機構に及ぼす温度成層効果

    2000年 - 2005年

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    資金種別：競争的資金

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