【研究分野】環境動態解析

【研究領域課題番号】14208061 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

大都市圏 / オゾン / 一酸化炭素 / NOx / NOy / 硝酸 / エアロゾル / 3次元化学輸送モデル / Noy / Nox NOy / 硝酸イオン / 分光光度放射計 / 3次元モデル / NOx NOy / PTR-MS / 航空機観測

【研究成果の概要】

オゾンの光化学を支配する前駆気体(NO_x,HNO3,PANなどの濃窒素酸化物、炭化水素類、CO)、OH,HO_2ラジカル類、化学反応に関与する太陽放射スペクトルを高精度で測定する装置を開発した。それらを用いた総合観測を2003年から2005年にかけて、異なった季節で行った。特に04年の7-8月には東京の駒場の東大キャンパス及び埼玉県の騎西市の環境科学国際センターの2点で集中的に実施した。また同時に質量分析計などによるエアロゾルの粒径別の化学組成の測定も行われた。朝の時間帯に東京から輸送された空気塊が午後埼玉県に達することから、これら2点での観測は、空気塊中に起きる反応を調べる上で理想的である。高気圧に覆われ、海陸風循環の発達した8月中旬に、高濃度オゾン域が13:00頃、東京北部に発生し、海風により埼玉県へと輸送されながらさらにオゾン濃度が高くなることが観測された。窒素酸化物が酸化されながらオゾンを生成するなど、鍵となる化学過程が初めて観測された。また高濃度オゾンの生成に伴い、有機エアロゾルも効率的に生成されることも初めて観測されるなど、エアロゾルの生成とオゾン化学との相互作用に関する画期的な知見が得られた。
輸送過程と光化学過程を組み込んだ3次元モデルの開発を行った。海陸風循環による大気の流れを地上観測データと比較し、流れ場の計算が高精度で行われることを確かめた。このモデルは極めて高精度で、関東域の高濃度オゾンを再現できた。また、計算されたオゾンの前駆気体も観測値を良く再現できた。このモデルを用いて、オゾン生成は正午付近の2-3時間の間に生成していることなど、詳細な化学過程を調べることができた。オゾン生成には、朝のラッシュ時に放出される窒素酸化物が重要な役割を果たすことが示された。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2002 - 2004

【配分額】52,520千円 (直接経費: 40,400千円、間接経費: 12,120千円)

【研究分野】環境動態解析

【研究領域課題番号】13480153 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

オゾン / バイオマス燃焼 / 東南アジア / エルニーニョ / 温室効果 / 対流圏化学 / エアロソル / 対流圏オゾン / 大気質

【研究成果の概要】

大気オゾンは,対流圏においてその強い酸化作用から直接生態系・食糧生産および人体の健康に悪影響を与えると考えられている。さらに重要な温室効果気体でもあり、その増大による気候変動への影響が無視できない。このように,対流圏オゾンは地球規模環境問題で鍵となる物質であるが,その生成・消失に関わる過程が複雑であり,時空間的に変動が大きいため理解はまだ不十分である。本研究は,東南アジア域,特にインドネシアおよびインドシナ半島でのバイオマス燃焼に着目し,それが対流圏オゾンの増大に与える影響について明らかにすることを目的に行われた。本研究は、主に(1)東南アジア〜東アジアでの航空機観測データの解析および(II)東南アジアでのオゾンゾンデ観測とそのデータ解析からなりたっている。(I)では、宇宙開発事業団(現宇宙航空研究機構)などとの共同で行われたBIBLE航空機観測計画および米航空宇宙局のTRACE-P航空機観測計画で得られたデータを解析することにより、
○インドネシア域のバイオマス燃焼がインド洋から北オーストラリア・南熱帯太平洋域にかけての自由対流圏でのオゾンを50%程度と有意に増加させている。
○西〜中央太平洋域の広範囲の高度3〜5kmにおいて観測されたオゾンおよびその前駆気体量の増大層は、インドシナ域でのバイオマス燃焼に起因している。
ことを明らかにすることができた。また(II)では、インドシナ(タイ)での初めての系統的なオゾンゾンデ観測を実施することにより、
○3-5月にインドシナ域上空の対流圏全体にわたり、オゾン濃度が50〜80ppbvと増大している。その原因としては、高度3km以下ではインドシナでのバイオマス燃焼が主要なものであるが、高度4km以上ではその寄与は小さくなり、むしろインドなど南アジアから輸送された汚染空気中での光化学生成や長距離輸送も重要な働きをしていること。
が明らかになり、熱帯域でのオゾン収支を理解する上できわめて重要な知見が得られた。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2001 - 2004

【配分額】12,300千円 (直接経費: 12,300千円)

【研究分野】超高層物理学

【研究領域課題番号】06402017 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

成層圏 / オゾン / 塩酸 / 弗化水素 / 硝酸 / 二酸化窒素 / 赤外分光器 / 可視分光器 / 塩素化合物 / 窒素化合物 / 北海道 / エアロゾル / ライダー

【研究成果の概要】

北海道の陸別町に我々の開発した高精度のフーリエ変換型の赤外分光器システム、太陽追尾装置を1995年5月に移動し、太陽追尾装置の光軸の再調整を行った結果、十分な波数分解能とS/N比を持つ赤外スペクトルが得られた。7月より本格的な赤外分光観測が実施され、1995年9月から1996年3月まで毎月観測を行った。特に12月から3月は殆ど途切れなく観測が行われた。
この観測の結果、塩酸(HCl)、弗化水素(HF)、硝酸(HNO_3)、一酸化窒素(NO)、二酸化窒素(NO_2)、オゾン(O_3)の柱密度の数多くのデータが得られた。HCl, HF, HNO_3は夏に極小を示し冬に向けて増加するという季節変動をしている。またこれらの成分の短期的な変動は極めて良く同時に起きていることが分かった。特にHNO_3は秋から冬にかけて急激な増加が見られた。これはおそらく、日射が弱くなる時期にHNO_3の光解離速度が遅くなる一方NO_Xの不均一反応などによる酸化が進むことによると考えられる。
一方、可視分光器による連続したNO_<2,>オゾンの全量を連続的に観測した。また名古屋大学太陽地球環境研究所付属母子里観測所に設置してある可視分光器でも継続してNO_2,オゾンの全量を連続的に観測した。エアロゾルの観測は稚内に設置されているライダーにより継続的に実施した。
今後中緯度オゾン化学過程に関する詳細な研究を、これらの得られたデータセットから行うことが可能となった。

【研究種目】一般研究(A)

【研究期間】1994 - 1995

【配分額】14,500千円 (直接経費: 14,500千円)