【研究分野】環境動態解析

【研究領域課題番号】20241004 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

環境変動 / エアロゾル / ブラックカーボン / 炭素性エアロゾル / 東アジア / 三次元化学輸送モデル / 三次元化学輸送領域モデル

【研究成果の概要】

本研究では、観測およびボックスモデル・三次元化学輸送領域モデルを用いて、放射収支の鍵となる炭素性エアロゾル(ブラックカーボン、BCと有機エアロゾル)の動態とその放射効果について調べた。本研究で開発・改良された数値モデルは、観測されたBCの混合状態の時間変化や輸送効率の高度分布など、重要なパラメータを良く再現できることが確認された。またその放射効果(光学的厚みや単一散乱アルベド)の特徴も観測と整合的な結果が得られ、直接放射効果の推定精度を高めることができた。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2008 - 2010

【配分額】34,190千円 (直接経費: 26,300千円、間接経費: 7,890千円)

【研究分野】環境動態解析

【研究領域課題番号】19101001 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

エアロゾル / ブラックカーボン / 航空機観測 / アジア / 気候影響 / ブラックカーボン(BC)

【研究成果の概要】

本研究ではブラックカーボン測定器を開発・改良し、その測定器を搭載した航空機観測を東アジア域・北極域で行った。ブラックカーボンの濃度・粒径分布・混合状態などの微物理特性を測定し、ブラックカーボンの気候影響を評価する上で鍵となる時空間分布・広域輸送・変質過程・除去過程を明らかにした。また、ブラックカーボンの微物理特性を詳細に表現した全球・領域モデルを開発した。観測結果を用いてモデルの検証を行い、ブラックカーボンの放射効果および気候への影響を定量的に評価した。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2007 - 2011

【配分額】110,630千円 (直接経費: 85,100千円、間接経費: 25,530千円)

【研究分野】環境動態解析

【研究領域課題番号】18310007 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

エアロゾル / ブラックカーボン / すす粒子 / 中国 / 北京 / 珠江デルタ / 放射強制力 / 気侯変動 / 気候変動 / 気候影響

【研究成果の概要】

近年、東アジアにおける人為的なエアロゾルの増大による、気候影響が強く懸念されている。各種のエアロゾルのうち、特に黒色炭素エアロゾル(ブラックカーボン)は太陽放射を効率よく吸収し大気を加熱するため、人為的なエアロゾルの気候影響評価において最も重要な物質である。
本研究ではH18年度の夏季に、中国の代表的な大都市である北京と珠江デルタ地帯(広州-香港を含む経済地域)において、それぞれ約1ヶ月にわたりブラックカーボンの濃度レベルや粒径分布などの観測を、北京大学をはじめとする国際研究チームにより観測を実施した。
H19年度においては、これらの観測結果を詳細に解析するとともに、三次元化学輸送数値モデルを使ってその発生源や、輸送過程などの研究を行なった。この結果、北京周辺のブラックカーボンは夜間に濃度が増大する明瞭な日変化をもち、それは大気境界層高度の日変化などによることが明らかとなった。また、大気中で生成する無機エアロゾルなどは、数日の時間スケールで汚染大気の溜まりこみにより濃度増大が観測されたが、ブラックカーボンでは、対応する変動幅は小さい。これは北京におけるブラックカーボン濃度は、北京周辺100KM程度以内で、過去24時間以内に放出されたものによりほとんどその濃度が決まっているのに対し、無機エアロゾルなどは500KM程度以内で過去3日間に放出された前駆気体からの生成・蓄積によりその濃度が決まっていることによることが明らかとなった。これらの研究成果は現在、学術研究雑誌に論文として投稿する準備中である。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2006 - 2007

【配分額】16,880千円 (直接経費: 15,500千円、間接経費: 1,380千円)

【研究分野】環境動態解析

【研究領域課題番号】17201007 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

自由対流圏 / 大気化学観測 / 富士山 / エアロゾル / SO_2 / BC / ダスト / COS / SO2 / 二酸化硫黄 / ブラックカーボン / 硫化カルボニル

【研究成果の概要】

エアロゾルの種類,濃度や組成が季節的・空間的に変動する特徴的な地域である東アジアにおいて,我が国の最高峰である富士山を観測タワーとして利用して,エアロゾルの諸特性(濃度変動、粒径分布、化学組成、光学特性、雲・霧過程)などにつき研究した。観測は諸制約から夏季に限られたため,寒候期に活発な大陸からの汚染気塊の長距離輸送事象を多数把握することは実現しなかったが,夏季には,山頂,7合8勺でのエアロゾルおよび前駆気体は,局所的な山谷風に支配され,夜間から早朝にかけて自由対流圏条件となる場合が多いという特徴を詳細に把握できた。そのため,夜間と昼間とでは上層で観測される大気化学種およびエアロゾル種の起源が異なることがわかった。昼間は国内由来の人為起源物質が上層に輸送され,一方夜間には上層から長距離輸送されてきた人為起源物質が検出される。また,前線活動と関わり大陸からの越境汚染事象が観測され,条件を満たせば,夏季でも多様な大陸起源汚染物質が観測されることもわかった。ラジオゾンデの観測,簡易測器による山体の多地点での地上気象観測やその他の気象観測との比較により,初めて山腹で山谷風を定量的に把握できた。その結果,山体を広く包囲した地表風の系統的な観測が,山体を観測タワーとして利用する上で有効と推定できた。混合層高度については,パッシブサンプラーにより測定されたO_3とNO_xの鉛直分布から,2km前後に境界があることが判明し,混合層の上端が推測できた。近傍に汚染源が少ないために,富士山麓の太郎坊および名古屋大学太陽地球環境研究所富士観測所は,都市近郊の地域として,都市汚染に関する対照観測地点ともなり得る。酸性雨・霧をはじめとした生態系影響評価に向けたフィールドとしての価値を改めて確認できた。なお,大気輸送モデルの利用により観測データの一般化を行ったが,今後は富士山の地形を適切に表現できる領域化学輸送モデルの活用も考慮する必要がある。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2005 - 2007

【配分額】51,090千円 (直接経費: 39,300千円、間接経費: 11,790千円)

【研究分野】環境動態解析

【研究領域課題番号】17201003 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

エアロゾル / ブラックカーボン / 混合状態 / 雲凝結核 / 雲 / 間接効果 / 気候変動

【研究成果の概要】

エアロゾルがCCNとして作用するポテンシャル(CCN活性)は、主として、乾燥粒径、エアロゾル中の水溶性成分の量、エアロゾルの表面張力の三つの要素により決定されると考えられる。エアロゾルのCCN活性を定量化すること、及びCCN活性と雲粒子生成過程を定量的に結びつけるための研究を実施した。
A)都市大気エアロゾルのCCN活性支配要因
都市大気エアロゾル粒子の化学成分と内部混合状態をエアロゾル質量分析計(AMS)およびブラックカーボン(BC)粒径分布・混合状態測定装置で測定した。CCN活性の同時測定から、被覆が厚いBCは被覆成分の化学組成が支配要因であることを示した。また100nmの直径を持つBCはわずか数nmの被覆により1.0%程度の過飽和でCCN活性を持つことを初めて明らかにした。
B)CCN活性化の時定数
生成時にはCCN活性を持たないエアロゾルも時間の経過と共に、水溶性成分の凝縮によりCCN活性が増加すると考えられる。韓国済州島で取得されたデータを詳細に解析し、アジア大陸から2・3日かけて輸送されたエアロゾルのCC活性は主として、水溶性成分の量で決まることを示した。有機エアロゾルによる表面張力の低下もCCN活性の増加に寄与すると推定された。また、中国の北東部において、様々な時間経過を経た空気塊中のCCN活性を測定し、定性的に同様の結果を得た。
C)雲粒子測定装置の校正と測定の流体力学特性
標準粒子を用いた実験により光散乱型雲粒子計測器の校正を高精度で行なった。この測定器を航空機に搭載した形状での流体力学計算を行い、この装置による雲粒子の補足効率が十分に高いことを確認した。またCCN数から予測される雲粒子のサイズ分布をトラジェクトリーモデルで計算し、CCN-雲相互作用の感度の数値実験を行なった。これらの研究は、今後計画する航空機観測研究の基礎となる。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2005 - 2006

【配分額】51,090千円 (直接経費: 39,300千円、間接経費: 11,790千円)