極域最下部成層圏における大気輸送と物質分布の変動要因の解明

• Project/Area Number: 18K03738
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 17020:Atmospheric and hydrospheric sciences-related
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 稲飯 洋一 東北大学, 理学研究科, 助教 (50587623)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2020: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2019: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2018: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 上部対流圏下部成層圏 / 物質輸送 / 季節変動 / 流跡線解析 / 航空機観測 / 北極上部対流圏下部成層圏 / 大気輸送 / 物質分布 / 最下部成層圏 / 北極 / 微量成分

Outline of Annual Research Achievements

上部対流圏下部成層圏（ExUTLS）の大気微量成分やエアロゾルは全球の放射バランスに重要な役割を担っている。しかしこの領域における物質分布の変動には「大気輸送場の変動」と「輸送されてくる大気に含まれる物質量の変動」とが重畳されておりこれらを同時に理解することは容易ではない。そこで研究代表者独自の多粒子流跡線解析手法に航空機観測データを組み合わせることで、「大気輸送場の変動」と「輸送されてくる大気に含まれる物質量の変動」を分離して評価する手法を考案し、解析を進めた。その結果、ExUTLSにおいて航空機観測された温室効果に関わる複数種の大気成分について、観測と矛盾のない時空間分布を推定することに成功した。さらに詳細な解析を行ったところ、六フッ化硫黄、二酸化炭素の季節変動が「大気輸送場の変動」によって決定されていること、メタン、一酸化二窒素、一酸化炭素については成層圏における化学的消失過程、すなわち「成層圏経由で輸送されてくる大気に含まれる物質量の変動」によりその時空間分布が決定されていることが示された。さらに同手法を用いて、上部対流圏下部成層圏における二酸化炭素安定同位体（13Cと18O）比の季節変動に注目した解析を行った。その結果、13Cについては対流圏における季節変動と成層圏の輸送時間の影響、18Oについてはそれらに加えて成層圏オゾンによるエンリッチメントの影響が、それぞれ重要であることが示された。

Research Products

• [Journal Article] Seasonal characteristics of trace gas transport into the extratropical upper troposphere and lower stratosphere (2019)
  • Author(s): Inai, Y., T. Machida, H. Matsueda, Y. Sawa, K. Tsuboi, K. Katsumata, S. Morimoto, S. Aoki, and T.,Nakazawa
  • Journal Title: Atmos. Chem. Phys. Volume: 19 Issue: 10 Pages: 7073-7103
  • DOI: 10.5194/acp-19-7073-2019
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Seasonal characteristics of chemical and dynamical transports into the extratropical upper troposphere/lower stratosphere (2018)
  • Author(s): Inai Yoichi、Fujita Ryo、Machida Toshinobu、Matsueda Hidekazu、Sawa Yousuke、Tsuboi Kazuhiro、Katsumata Keiichi、Morimoto Shinji、Aoki Shuji、Nakazawa Takakiyo
  • Journal Title: Atmospheric Chemistry and Physics Discussions Volume: - Pages: 1-36
  • DOI: 10.5194/acp-2018-1030
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Seasonal characteristics of trace gases transports into the extratropical upper troposphere/lower stratosphere (2019)
  • Author(s): Inai, Y., R. Fujita, T. Machida, H. Matsueda, Y. Sawa, K. Tsuboi, K. Katsumata, S. Morimoto, S. Aoki, and T. Nakazawa
  • Organizer: European Geosciences Union--General Assembly 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Selection bias of quasi-fixed-point observations in the ExUTLS and its impact on the seasonal record (2019)
  • Author(s): Inai, Y., T. Machida, H. Matsueda, Y. Sawa, K. Tsuboi, K. Katsumata, S. Morimoto, S. Aoki, T. Nakazawa, and R. Fujita
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting
• [Presentation] Transport of trace gases into the extratropical upper troposphere/lower stratosphere (2019)
  • Author(s): Inai, Y., R. Fujita, T. Machida, H. Matsueda, Y. Sawa, K. Tsuboi, K. Katsumata, S. Morimoto, S. Aoki, and T. Nakazawa
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting
  • Invited
• [Presentation] Balloon-borne observations and trajectory analysis in the lower stratosphere (2019)
  • Author(s): Inai, Y.
  • Organizer: Earth, Sea and Sky V: International Joint Graduate Program Workshop in Earth and Environmental Sciences
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Variations of atmospheric CO2 and its isotopes in the upper troposphere/lower stratosphere over Siberia (2018)
  • Author(s): Inai, Y., S. Chida, S. Morimoto, S. Murayama, S. Aoki, T. Nakazawa, T. Machida, H. Matsueda, Y. Sawa, K. Tsuboi, K. Katsumata
  • Organizer: 15th IGAC Science Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Seasonal characteristics of chemical and dynamical transports into the extratropical upper troposphere/lower stratosphere (2018)
  • Author(s): Inai, Y., R. Fujita, T. Machida, H. Matsueda, Y. Sawa, K. Tsuboi, K. Katsumata, S. Morimoto, S. Aoki, and T. Nakazawa
  • Organizer: SPARC General Assembly 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Long-term variation in the mixing fraction of tropospheric and stratospheric air masses in the upper tropical tropopause layer (2018)
  • Author(s): Inai, Y.
  • Organizer: SPARC General Assembly 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 赤道域における特殊ゾンデ観測の紹介と北極域研究への応用 (2018)
  • Author(s): 稲飯洋一
  • Organizer: 日本気象学会春季大会 極域・寒冷域研究連絡会
• [Presentation] Seasonal characteristics of trace gas transport in the extratropical upper troposphere/lower stratosphere (2018)
  • Author(s): Inai Y., R. Fujita, T. Machida, H. Matsueda, Y. Sawa, K. Tsuboi, K. Katsumata, S. Morimoto, S. Aoki, and T. Nakazawa
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting
  • Invited