Elucidation of the formation process of organic aerosols transported during long distances from Tuoji Island, China to Cape Hedo, Okinawa

• Project/Area Number: 22K12358
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 63010:Environmental dynamic analysis-related
• Research Institution: University of the Ryukyus
• Principal Investigator: 島田 幸治郎 琉球大学, 理学部, 助教 (70707190)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2024: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 長距離輸送 / 有機エアロゾル / 光化学酸化反応 / 光分解 / オゾン分解 / 有機エアロゾル生成過程 / 有機エアロゾル分解過程 / 国際共同研究 / 二次生成有機エアロゾル / 分析法開発 / 越境大気汚染 / 化学的変質

Outline of Research at the Start

我が国では、ここ数年来、中国から日本へ移流する越境PM2.5の健康影響が懸念されている。越境汚染物質中の二次生成有機エアロゾル（SOA）の組成は、室内実験の結果から大きく２つの議論にわかれている。1つは、SOAはオリゴマーやフミン様物質のような比較的分子量の大きい難分解性の有機物が主要成分であり、長距離輸送中に生成される。もう一つは、オリゴマーやフミン様物質は輸送中に光化学酸化反応などによって分解が促進され低分子化し、さらに分解副産物も生成するというものである。そのため本研究では、東アジアの国際共同観測ネットワークを活用し、上記２つの実態を解明することで健康被害の改善を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

長距離輸送される二次有機生成エアロゾル（SOA：Secondary organic aerosol）の組成は、室内実験の結果から大きく２つの議論にわかれている。1つは、SOAはオリゴマーやフミン様物質のような比較的分子量の大きい難分解性の有機物が主要成分であり、長距離輸送中に生成される。もう一つは、SOAであるオリゴマーやフミン様物質は長距離輸送される間にオゾンによる酸化や光化学酸化反応によって分解が促進され低分子化し、さらに分解副産物も生成するというものである。上記２つの議論について実態を解明するため本研究では、これまで申請者が構築してきた東アジアの国際共同観測ネットワークを活用し、長距離輸送中のSOAがどのようなタイムスケールで生成や分解を起こすのかを解明する。１）試料採取:２０２２年と１月の冬季と４月の春季に辺戸岬に位置する国立環境研究所 辺戸岬 大気・エアロゾル観測ステーション（日本）とTouji島（中国）で２週間に１日１回のPM2.5の試料採取を行う予定だった。しかし、冬季の沖縄は新型コロナの感染拡大に伴って、辺戸岬で試料採取ができなくなったため、サンプリングはできなかった。その代わりに、長崎大学屋上でサンプリングを行った。春季は新型コロナの感染者が減少したためCHAAMSの使用が可能となり、中国、長崎と沖縄でサンプリングを行った。３地点での大気観測終了後は、沖縄のみ４月から６月まで週に１回のサンプリングを行った。２０２３年は１月と３月に２週間に１日１回のサンプリングを中国、長崎と沖縄の３地点で行った。2）SOAの分析手法の改良:大気試料をChen et al. (2016）の方法を用いてカラムにより有機成分を4分画し抽出した。今回の報告では沖縄で４月から６月まで週に１回のサンプリングした試料を用いて分画を行い、主要な官能基をFT-IRによって解析した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

沖縄は他県と比べ新型コロナの感染拡大がしやすい状況で、試料採取や化学分析などができない時期などがあった。しかし、SOAの分析手法の改良をするために、大気試料をChen et al. (2016）の方法を用いてカラムにより有機成分を4分画し抽出した。今回の報告では沖縄で４月から６月まで週に１回のサンプリングした試料を用いて分画を行い、主要な官能基をFT-IRによって解析した。その結果、FT-IRでの研究結果は順調に進んでいる。次年度は、ESI/MSで有機物の分子量とLC/MSで有機物の組成を調べ、沖縄、長崎とTouji島の比較を行う。当初の計画通り、順調に分析を行っている状況である。

Strategy for Future Research Activity

次年度は、ESI/MSで有機物の分子量とLC/MSで有機物の組成を調べ、沖縄、長崎とTouji島の比較を行う。当初の計画通り、順調に分析を行っている状況である。この分析ができてくると越境大気汚染による健康影響の研究へと発展できるため、国際共同研究加速基金に申請を行うい、今後の研究を発展させる準備を行う。

Research Products

• [Int'l Joint Research] 中国環境科学院(中国)
• [Journal Article] Exploration of New Sources of Aerosol and Volatile Organic Compound in Urban Area (2022)
  • Author(s): 島田 幸治郎 , 後藤友里絵 , Guo Hai , 茶谷聡 , 大河内博
  • Journal Title: Earozoru Kenkyu Volume: 37 Issue: 1 Pages: 28-34
  • DOI: 10.11203/jar.37.28
  • ISSN: 0912-2834, 1881-543X
  • Year and Date: 2022-03-20
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Effects of changes in polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) emissions and degradation on their concentrations in Tokyo from 2007 and 2016 (2022)
  • Author(s): Kojiro Shimada , Masayuki Nohchi , Koji Maeshima , Tomonori Uchino , Yusuke Kobayashi , Kazuki Ono , Hiroko Ogata , Naoya Katsumi , Koji Inazu , Hiroshi Okochi
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 12 Issue: 4249 Pages: 1-9
  • DOI: 10.1038/s41598-022-08138-8
  • URL: https://u-ryukyu.repo.nii.ac.jp/records/2020135
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Offline analysis of the chemical composition and hygroscopicity of sub-micrometer aerosol at an Asian outflow receptor site and comparison with online measurements (2022)
  • Author(s): Yange Deng , Hiroaki Fujinari , Hikari Yai , Kojiro Shimada , Yuzo Miyazaki , Eri Tachibana , Dhananjay Deshmukh , Kimitaka Kawamura , Tomoki Nakayama , Shiori Tatsuta , Mingfu Cai , Hanbing Xu , Fei Li , Haobo Tan , Sho Ohata , Yutaka Kondo , Akinori Takami , Shiro Hatakeyama , Michihiro Mochida
  • Journal Title: Atmospheric Chemistry and Physics Volume: 22 Pages: 5515-5533
  • DOI: 10.5194/acp-2021-704
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] カンボジア・シェムリアップーアンコール地域における大気汚染と熱帯性豪雨の化学組成に及ぼす影響 (2022)
  • Author(s): 石川翔，大河内博，梶川友貴，島田幸治郎，長谷川朝香，中野孝教，内田悦生，中川武，松井敏也，石塚充雅，荒井豊明，宇田川智，Phorsda Phul，Lay Poty，Hang Peou
  • Organizer: 第63回大気環境学会年会, ポスター発表
• [Presentation] Degradation of PAHs during long range transport based on simultaneous measurements at Tuoji Island, China, and at Fukue Island and Cape Hedo, Japan (2022)
  • Author(s): Shimada K, Nohchi M, Yang X, Sugiyama T, Miura K, Takami A, Sato K, Chen X, Kato S, Kajii Y, Meng F, Hatakeyama S
  • Organizer: The International Congress on Pure & Applied Chemistry
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Depression of ammonia uptake to sulfuric acid aerosols in Siem Reap (2022)
  • Author(s): Shimada K, Okochi H, Ishikawa S, Kajikawa T, Hasegawa A, Nakano T, Uchida E, Nakagawa T, Matsui T, Ishizuka M, Arai T, Udagawa S, Phorsda P, Lay P, Hang P
  • Organizer: Asian Aerosol Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Degradation of PAHs during long range transport based on simultaneous measurements at Tuoji Island, China, and at Fukue Island and Cape Hedo, Japan (2022)
  • Author(s): Shimada K, Nohchi1 M, Yang X, Sugiyama T, Miura K, Takami A, Sato K, Chen X, Meng F, Hatakeyama S
  • Organizer: Asian Aerosol Conference
  • Int'l Joint Research
• [Book] 富士山測候所のはなし,日本一高いところにある研究施設 (2022)
  • Author(s): 佐々木一哉, 山本正嘉, 井出里香, 土器屋由紀子, 片山葉子, 鴨川仁, 佐々木一哉, 松田千夏,小林拓, 米持真一, 畠山史郎, 加藤俊吾, 和田龍一, 竹内政樹, 大河内博, 緒方裕子, 勝見尚也, 島田幸治郎, 皆巳幸也, 三木健司, 村田浩太郎, 小森孝洋, 山本正嘉, 鈴木智幸, 安本勝, 野村渉平, 三浦和彦, 廣瀬勝己, 長尾年恭
  • Total Pages: 252
  • Publisher: 成山堂出版
  • ISBN: 9784425514816
• [Remarks] 中国環境科学院
  • URL: https://www.craes.cn/en/