同位体比を用いた大気中メタンの全球的変動原因の解明

• Project/Area Number: 20H01966
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 17020:Atmospheric and hydrospheric sciences-related
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 森本 真司 東北大学, 理学研究科, 教授 (30270424)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 青木 周司 東北大学, 理学研究科, 学術研究員 (00183129) ; 後藤 大輔 国立極地研究所, 先端研究推進系, 助教 (10626386)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000); Fiscal Year 2023: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2022: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2021: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2020: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000)
• Keywords: メタン / 温室効果気体 / 同位体比 / 物質循環

Outline of Research at the Start

本研究では、重要な温室効果気体である大気中のメタン（CH4）濃度と、CH4放出源に関する情報を持つCH4の炭素・水素同位体比について、北半球高緯度域、南極域、そして西部・北部太平洋域での精密観測を実施・強化し、その変動の実態を明らかにする。さらに、CH4同位体比を計算可能な大気モデルを用いて解析することにより、大気中のCH4濃度の変動に寄与しているCH4放出源の特定を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

大気中のメタン(CH4)は二酸化炭素に次いで重要な温室効果気体であり、より確実なCH4濃度の将来予測を行うためには、その変動メカニズムの解明が急務である。しかしCH4の生成消滅過程が非常に複雑であることから、CH4濃度の変動原因は十分に理解されていない。本研究では、北半球高緯度域、南極昭和基地、そして北太平洋・西太平洋域における系統的なCH4濃度観測と、CH4放出源に関する情報を持つCH4の炭素・水素同位体比の高精度観測を維持・強化し、全球でのCH4濃度・同位体比の変動を明らかにする。さらに広域で観測されたCH4濃度・同位体比のトレンド解析と大気モデルを用いたCH4収支解析を行い、大気中CH4濃度の変動に寄与した放出源変動に関する知見を得ることを目的とする。
本年度は、北太平洋域、西太平洋域、南極昭和基地、そして北半球高緯度域で定期的に採取されている大気試料分析を継続し、大気中のCH4濃度とCH4の炭素・水素同位体比の高精度時系列データをさらに1年分延長した。これまでに得られた北極域から南極域までのCH4濃度及びCH4同位体比の全球時系列データを解析し、それらの季節変化及び経年変化についての解析と、大気輸送モデルを用いたCH4各放出源の寄与の導出を行った。CH4濃度と炭素・水素同位体比の季節変化成分に関する解析から南緯30-38度から南極地域では、OHに加えてClラジカルとの消滅反応も季節変化に影響していることが示唆された。大気輸送モデルを用いて、昭和基地で観測されたCH4の炭素・水素同位体比を再現するように調節したCH4放出量は、インベントリとして提案されているCH4放出量よりも化石燃料及びバイオマス燃焼起源放出量の割合が多く、微生物起源放出量の割合が少ないこと、そして、2013年以降のCH4濃度増加には微生物起源のCH4放出量増加が寄与していることが明らかになった。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Environment and ClimateChange Canada(カナダ)
• [Int'l Joint Research] University of Rochester/Colorado University(米国)
• [Int'l Joint Research] Environment and Climate Change(カナダ)
• [Int'l Joint Research] National Inst. Water and Atmosphere(ニュージーランド)
• [Int'l Joint Research] University of Colorado, Boulder/NOAA(米国)
• [Int'l Joint Research] Environment and Climate Change Canada(カナダ)
• [Int'l Joint Research] Environment Canada(カナダ)
• [Journal Article] Estimating emissions of methane consistent with atmospheric measurements of methane and d13C of methane (2022)
  • Author(s): Basu, S., X. Lan, E. Dlugokencky, S. Michel, S. Schwietzke, J. B. Miller, L. Bruhwiler, Y. Oh, P. Tans, F. Apadula, L. V. Gatti, A. Jordan, J. Necki, M. Sasakawa, S. Morimoto, T. D. Iorio, H. Lee, J. Arduini, and G. Manca
  • Journal Title: Atmos. Phys. Chem. Volume: 22 Issue: 23 Pages: 15351-15377
  • DOI: 10.5194/acp-22-15351-2022
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Emissions from the Oil and Gas Sectors, Coal Mining and Ruminant Farming Drive Methane Growth over the Past Three Decades (2021)
  • Author(s): Chandra, N., P. K. Patra, J. S. H. Bisht, A. Ito, T. Umezawa, N. Saigusa, S. Morimoto, S. Aoki, G. Janssens-Maenhout, R. Fujita, M. Takigawa, S. Watanabe, N. Saitoh, J. G. Canadell
  • Journal Title: Journal of the Meteorological Society of Japan. Ser. II Volume: 99 Issue: 2 Pages: 309-337
  • DOI: 10.2151/jmsj.2021-015
  • NAID: 130008024850
  • ISSN: 0026-1165, 2186-9057
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Spatio-temporal variations of the atmospheric greenhouse gases and their sources and sinks in the Arctic region (2021)
  • Author(s): Morimoto Shinji, Goto Daisuke, Murayama Shohei, Fujita Ryo, Tohjima Yasunori, Ishidoya Shigeyuki, Machida Toshinobu, Inai Yoichi, Patra Prabir K., Maksyutov Shamil, Ito Akihiko, Aoki Shuji
  • Journal Title: Polar Science Volume: 27 Pages: 100553-100553
  • DOI: 10.1016/j.polar.2020.100553
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Estimation of CH4 emissions from the East Siberian Arctic Shelf based on atmospheric observations aboard the R/V Mirai during fall cruises from 2012 to 2017 (2021)
  • Author(s): Tohjima Yasunori, Zeng Jiye, Shirai Tomoko, Niwa Yosuke, Ishidoya Shigeyuki, Taketani Fumikazu, Sasano Daisuke, Kosugi Naohiro, Kameyama Sohiko, Takashima Hisahiro, Nara Hideki, Morimoto Shinji
  • Journal Title: Polar Science Volume: 27 Pages: 100571-100571
  • DOI: 10.1016/j.polar.2020.100571
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Global and regional CH4 emissions for 1995-2013 derived from atmospheric CH4, d13C-CH4 and dD-CH4 observations and a chemical transport model (2020)
  • Author(s): Fujita, R., S. Morimoto, S. Maksyutov, H.-S. Kim, M. Arshinov, S. Aoki, and T. Nakazawa
  • Journal Title: J. Geophys. Res., Atmospheres Volume: - Issue: 14 Pages: 1-23
  • DOI: 10.1029/2020jd032903
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Growing emissions and Asian monsoon as dominant factor for atmospheric greenhouse gas variations over Asia (2023)
  • Author(s): Umezawa, T., Y. Terao, T. Machida, Y. Niwa, T. Saito, T. Sasakawa, Y. Tohjima, H. Matsueda, K. Tsuboi, K. Ishijima, R. Fujita, N. Chandra, P. Patra, S. Aoki, T. Nakazawa, S. Morimoto
  • Organizer: 5th ACAM workshop
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Refining methane emission trends (1990-2020) through CH4 and δ13C-CH4 observations (2023)
  • Author(s): Chandra, N., P. K. Patra, R. Fujita, L. H. Isaksson, T. Umezawa, D. Goto, S. Morimoto, B. H. Vaughn, T. Rockmann
  • Organizer: AGU Annual Meeting 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Verifying global fugitive fossil fuel CH4 emission trends using atmospheric CH4 and δ13C-CH4 observations (2023)
  • Author(s): Chandra, N., P. K. Patra, R. Fujita, L. H. Isaksson, T. Umezawa, D. Goto and S. Morimoto
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合大会
• [Presentation] Temporal Variations of the Mole Fraction, Carbon, and Hydrogen Isotope Ratios of Atmospheric Methane observed at Churchill, Canada (2023)
  • Author(s): Ozaki, T., S. Morimoto, R. Fujita, T. Umezawa, D. Worthy and D. Goto
  • Organizer: Seventh International Symposium on Arctic Research
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 西太平洋域及び極域での大気中CH4濃度とその炭素・水素同位体比の変動 (2022)
  • Author(s): 森本真司，保田真人，藤田遼，梅澤拓，青木周司
  • Organizer: 日本気象学会秋季大会
• [Presentation] カナダ・チャーチルにおける大気中メタン濃度とその炭素・水素同位体比の変動 (2022)
  • Author(s): 尾崎智乙，森本真司，藤田遼，Doug Worthy,梅澤拓，後藤大輔
  • Organizer: 大気化学討論会
• [Presentation] Laboratory comparison and progress on the development of community reference gases for carbon and hydrogen isotope ratios in the atmospheric CH4 (2022)
  • Author(s): Sperlich, P., G. Brailsford, R. Moss, T. Bromley, S. Gray, R. Martin, S. Bury, J. Brown, H. Moossen, M. Rothe, H. Geilmann, W. Brand, S. Englund-Michel, T. Umezawa, T. Roeckmann, D. Lowry, J. Schmitt, S. Morimoto, T. Arnold, M. Dyonisius,J. R. Clark
  • Organizer: Greenhouse gases measurement and technology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Temporal variations of the mole fraction, carbon and hydrogen isotope ratios of atmospheric methane in the western Pacific region (2021)
  • Author(s): Yasuda, M., S. Morimoto, S. Aoki, R. Fujita, T. Umezawa
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合大会
• [Presentation] Variations of atmospheric carbon dioxide and its radioisotope in the Arctic Region. (2021)
  • Author(s): Sekine, H., S. Morimoto, C. Yamada, D. Goto, M. Minami, T. Nakamura, S. Aoki
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合大会
• [Presentation] 大気中メタン濃度の変動と現代の同位体測定の課題 (2021)
  • Author(s): 梅澤拓、寺尾有希夫、遠嶋康徳、丹羽洋介、伊藤昭彦、森本真司、Naveen Chandra、Prabir K. Patra
  • Organizer: 地球化学会第68回年会
• [Presentation] Atmospheric d13C(CH4): An honest assessment from the closed-toed shoes in the lab (2021)
  • Author(s): Michel, S., P. Sperlich, H. Moossen, J. R.Clark, K. S. Rozmiarek, M. Rothe, B. Vaughn, G. Brailsford, R. Fisher, E. Nisbet, T. Roeckmann, S. Morimoto, J. Schmitt
  • Organizer: The Royal Society
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Studies on variations of atmospheric greenhouse gases in the ArCS project 2015-2019 (2020)
  • Author(s): Shinji Morimoto, Daisuke Goto, Shohei Murayama, Ryo Fujita, Yasunori Tohjima, Shigeyuki Ishidoya, Toshinobu Machida, Kazuhiro Tsuboi, Yoichi Inai, Prabir Patra, Shamil Maksyutov, Akihiko Ito, Shuji Aoki
  • Organizer: The Eleventh Symposium on Polar Science
  • Int'l Joint Research