A study on the stratospheric circulation by applying gravitational separation

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15K05282
• Research Institution: Miyagi University of Education
• Principal Investigator: 菅原 敏 宮城教育大学, 教育学部, 教授 (80282151)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 重力分離 / 大気年代 / 成層圏

Outline of Annual Research Achievements

平成２９年度には、主にこれまでの大気球を用いた成層圏大気観測と数値モデルを用いた理論的研究の成果をまとめ、重力分離と大気年代を用いた成層圏大気循環の研究を前進させた。2015年2月にインドネシアのビアクで大型気球を用いて採取された成層圏大気サンプルを分析することで、高度幅2kmよりも高い鉛直分解能で、7つの異なる高度における二酸化炭素および六フッ化硫黄濃度、N2のδ15N、O2のδ18O、およびδ（Ar / N2）について分析し、高度に依存する大気年代および重力分離を明らかにした。熱帯対流圏界層（TTL）と赤道の成層圏の大気を分析し、TTLから高度22kmまでに二酸化炭素と六フッ化硫黄の年代が徐々に増加し、そのより上層の29kmまでさらに急速に増加することがわかった。二酸化炭素と六フッ化硫黄の年代は、TTLと下部成層圏ではよく一致しているが、24km以上では明らかな差が見られた。 N2のδ15N、O2のδ18O、およびδ（Ar / N2）の平均値はすべて、重力分離効果のために、わずかではあるが明瞭な高度に伴う減少を示すことがわかった。二次元の大気輸送モデルを用いたシミュレーションから、熱帯の鉛直輸送が強化されるにつれて、重力分離効果が減少することがわかった。本研究の結果は、成層圏大気の輸送プロセスの変動を把握するために、大気年代と重力分離の組み合わせが有効であることを強く示唆することができた。これらの研究成果は複数の国際科学雑誌に論文として発表された。

Research Products

• [Journal Article] Vertical distributions of N2O isotopocules in the equatorial stratosphere (2018)
  • Author(s): Toyoda Sakae、Yoshida Naohiro、Morimoto Shinji、Aoki Shuji、Nakazawa Takakiyo、Sugawara Satoshi、Ishidoya Shigeyuki、Uematsu Mitsuo、Inai Yoichi、Hasebe Fumio、Ikeda Chusaku、Honda Hideyuki、Ishijima Kentaro
  • Journal Title: Atmospheric Chemistry and Physics Volume: 18 Pages: 833～844
  • DOI: 10.5194/acp-18-833-2018
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Age and gravitational separation of the stratospheric air over Indonesia (2018)
  • Author(s): Sugawara Satoshi、Ishidoya Shigeyuki、Aoki Shuji、Morimoto Shinji、Nakazawa Takakiyo、Toyoda Sakae、Inai Yoichi、Hasebe Fumio、Ikeda Chusaku、Honda Hideyuki、Goto Daisuke、Putri Fanny A.
  • Journal Title: Atmospheric Chemistry and Physics Volume: 18 Pages: 1819～1833
  • DOI: 10.5194/acp-18-1819-2018
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Vertical profiles and temporal variations of greenhouse gases in the stratosphere over Syowa Station, Antarctica (2017)
  • Author(s): Goto, D., S. Morimoto, S. Aoki, S. Sugawara, S. Ishidoya, Y. Inai, S. Toyoda, H. Honda, G. Hashida, T. Yamanouchi and T. Nakazawa
  • Journal Title: SOLA Volume: 13 Pages: 224-229
  • DOI: 10.2151/sola.2017-041
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Variation in the mixing fraction of tropospheric and stratospheric air masses sharing the tropical lower stratosphere (2017)
  • Author(s): Inai, Y., S. Sugawara, S. Aoki, S. Morimoto, and T. Nakazawa
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 日本および南極上空における成層圏N2O isotopoculeの高度分布とその変動 (2017)
  • Author(s): 豊田栄、吉田尚弘、森本真司、稲飯洋一、青木周司、中澤高清、菅原敏、石戸谷重之、後藤大輔、本田秀之、池田忠作、石島健太郎
  • Organizer: 大気化学討論会
• [Presentation] Twenty-three year record of the mid-stratospheric 13CO2 over Japan (2017)
  • Author(s): Sugawara, S., Ishidoya, S., Morimoto, S., Aoki, S., Nakazawa, T., Umezawa, T., Toyoda, S., Honda, H.
  • Organizer: 10th International Carbon Dioxide Conference 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] マルチクロックトレーサーによる大気年代の推定 (2017)
  • Author(s): 菅原敏, 青木周司, 森本真司, 中澤高清, 稲飯洋一, 豊田栄, 石戸谷重之，後藤大輔, 梅澤拓, 長谷部文雄, 石島健太郎
  • Organizer: 宇宙科学研究所大気球シンポジウム
• [Presentation] 南極上空成層圏において観測された大気の重力分離と周辺域の気象場との関係 (2017)
  • Author(s): 石戸谷重之，菅原敏，稲飯洋一，森本真司，本田秀之，池田忠作，冨川喜弘，豊田栄，青木周司，中澤高清
  • Organizer: 日本気象学会2017年度春季大会
• [Presentation] Latitudinal distributions of gravitational separation and mean age of the stratospheric air observed using a balloon-borne cryogenic air sampler (2017)
  • Author(s): 石戸谷重之，菅原敏，青木周司，森本真司，中澤高清，豊田栄，本田秀之
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2017
  • Int'l Joint Research