北極の気候影響に関わるブラックカーボンの挙動の解明

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16H01770
• Research Institution: National Institute of Polar Research
• Principal Investigator: 近藤 豊 国立極地研究所, 国際北極環境研究センター, 特任教授 (20110752)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小池 真 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (00225343) ; 平沢 尚彦 国立極地研究所, 研究教育系, 助教 (10270422) ; 茂木 信宏 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (20507818) ; 松井 仁志 名古屋大学, 環境学研究科, 助教 (50549508) ; 東 久美子 国立極地研究所, 研究教育系, 教授 (80202620)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 環境変動 / 気候変動 / 極地 / 地球変動予測

Outline of Annual Research Achievements

アラスカのバーローとノルウェーのニーオルスンにおいてCOSMOS測定器によるブラックカーボン（BC）の長期観測を継続した。このCOSMOSの性能を評価した結果、その測定精度は10%と極めて高いという結果を得た。これを受けて、カナダの国立環境気候研究所と共同でアラート観測所において2018年1月に観測が開始された。またロシアの南極北極研究所と共同でバラノバ岬観測所においてCOSMOSによる観測が、2017年11月に開始された。
ニーオルスンにおいて積雪及び降雪中に含まれるBC粒子の粒径分布を2年間にわたり観測した結果を詳細に解析した。この結果、積雪及び降雪中のBCの粒径分布の観測に基づくBC沈着量の推定値は測定誤差の範囲で一致し、降雪・積雪中のBC濃度及びフラックスの信頼性のある測定法が確立された。また、降雪中の平均BC濃度は平均降雪量に大きく依存しないこともわかった。さらに降雪・積雪中のBC濃度比較から全沈着に対する乾性沈着の寄与は小さいことがわかった。以前に行われた他のグループの積雪の観測と比較した結果、先行研究では、積雪中に含まれるBC濃度を過大評価している可能性が示唆された。
ニーオルスンとバーローにおいて2017年までに採取された降雪・降水中のBCの粒径分布の分析を行い、BC濃度が夏に極小、冬季に極大となる季節変化をすることを見出した。また気候モデルを用いて、両地点での大気中、降雪・降水中のBC質量濃度の計算を行った。モデルは、観測された季節変化の傾向を再現できることがわかった。
ドイツの極地研究所と共同で北極での航空機観測を実施するためにBC、エアロゾル、雲観測用の機器をドイツに輸送し、POLAR 5機に組み込んだ。試験飛行後、北極での観測を3月より開始し、4月まで実施した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

ニーオルスンで2013年までに採取してきた積雪・降雪中のBCの粒径分布の解析を行ない、その結果を論文として発表した。またニーオルスンとバローにおいて2017年までに得られた降雪・降水の分析も行った。また全球モデルによるBC濃度の計算と観測データとの比較も続行中である。このように計画通り研究が進んでいる。

Strategy for Future Research Activity

バロー、ニーオルスン、バラノバ、アラートの４か所でCOSMOSによりBCの同時観測が行われつつある。この観測を継続することにより、北極圏のBCの分布の時空間変動をこれまでにない精度で把握する。また昨年にニーオルスンで行ったCOSMOSとSP2測定の比較結果を取りまとめ論文化する。
ニーオルスンでは降雪・降水の採取を継続する。また降雪と降水中のBCの粒径分布を比較し、降雪と降水でBC除去の特長に大きな違いがあるかを調べる。さらにノルウェー極地研究所と協力して、異なった場所で積雪の採取を春季に行う。このことで、湿性沈着の空間分布を理解し、BC沈着の雪氷アルベドへの影響をより高精度で推定することができる。
アラスカ、ニーオルスン、フィンランド、ロシア、グリーンランドの広域で採取された積雪中のBCの粒径分布の分析を行った。BCだけでなく無機のイオン成分の分析も行ってきた。BCとイオンの濃度の関係を求め、それぞれの成分の起源を明らかにする。またBCの粒径分布の空間的な変動も調べる。大きい粒子ほど湿性除去を受けやすいので、この情報からBC輸送中の湿性除去過程の理解を深める。
2018年に北極でドイツと共同で行ったエアロゾルなどの航空観測のデータ処理をまず行う。引き続いて他の観測項目と合わせて、データの解析を行う。
大気中のBC、降雪・降水中のBCの濃度を全球モデルで計算する。計算する場所は、アラスカ、ニーオルスン、フィンランド、ロシア、グリーンランド領域である。大気中のBCについてはバロー、ニーオルスン、バラノバ、アラートの４か所での連続観測と比較する。また降雪・降水については、ニーオルスンとバローでの観測と詳細な比較を行う。また降水量も観測値を良く再現できるかという点も調べる。これは湿性沈着フラックスを高精度で推定するために重要な検証となる。FLEXPARTモデルでも同様な計算を行う。

Research Products

• [Int'l Joint Research] NOAA(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: NOAA
• [Int'l Joint Research] ノルウェー極地研究所(ノルウェー)
  • Country Name: NORWAY
  • Counterpart Institution: ノルウェー極地研究所
• [Int'l Joint Research] 国立環境気候研究所(カナダ)
  • Country Name: CANADA
  • Counterpart Institution: 国立環境気候研究所
• [Int'l Joint Research] 南極北極研究所(ロシア連邦)
  • Country Name: RUSSIA FEDERATION
  • Counterpart Institution: 南極北極研究所
• [Journal Article] Seasonal progression of the deposition of black carbon by snowfall at Ny-Alesund, Spitsbergen (2018)
  • Author(s): P. R. Sinha, Y. Kondo, K. Goto-Azuma, Y. Tsukagawa, K. Fukuda, M. Koike, S. Ohata, N. Moteki, T. Mori, N. Oshima, E. J. Forland, M. Irwin, J.-C. Gallet, and C. A. Pedersen
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research Volume: 123 Pages: 997-1016
  • DOI: 10.1002/2017JD028027
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] New particle formation leads to cloud dimming (2018)
  • Author(s): Sullivan R. C., P. Crippa, H. Matsui, L. R. Leung, C. Zhao, A. Thota, and S. C. Pryor
  • Journal Title: Nature Partner Journals: Climate and Atmospheric Science Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • DOI: 10.1038/s41467-018-03997-0
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Alteration of the size distributions and mixing states of black carbon through transport in the boundary layer in east Asia (2017)
  • Author(s): Miyakawa, T., N. Oshima, F. Taketani, Y. Komazaki, A. Yoshino, A. Takami, Y. Kondo, and Y. Kanaya
  • Journal Title: Atmospheric Chemistry and Physics Volume: 17 Pages: 5841-5864
  • DOI: 10.5194/acp-17-5851-2017
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Anthropogenic iron oxide aerosols enhance atmospheric heating (2017)
  • Author(s): Moteki, N., K. Adachi, S. Ohata, A. Yoshida, T. Harigaya, M. Koike, and Y. Kondo
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 8 Pages: 15329
  • DOI: 10.1038/nocmms15329
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] THE GLOBAL AEROSOL SYNTHESIS AND SCIENCE PROJECT (GASSP) Measurements and modelling to reduce uncertainty (2017)
  • Author(s): Reddington, C. L., K. S. Carslaw, P. Stier, N. Schutgens, H. Coe, D. Liu, ..., Y. Kondo, N. Oshima(32名中25, 26番目), ...
  • Journal Title: Bulletin of the American Meteorological Society Volume: 98 Pages: 1857-1877
  • DOI: org/10.1175/BAMS-D-15-00317.1
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Development of a global aerosol model using a two-dimensional sectional method: 1. Model design (2017)
  • Author(s): Matsui, H.
  • Journal Title: Journal of Advances in Modeling Earth Systems Volume: 9 Pages: 1921-1947
  • DOI: 10.1002/2017MS000936
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of a global aerosol model using a two-dimensional sectional method: 2. Evaluation and sensitivity simulations (2017)
  • Author(s): Matsui, H. and N. Mahowald
  • Journal Title: Journal of Advances in Modeling Earth Systems Volume: 9 Pages: 1887-1920
  • DOI: 10.1002/2017MS000937
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Observed and modeled mass concentrations of organic aerosols and PM2.5 at three remote sites around the East China Sea: Roles of chemical aging (2017)
  • Author(s): Kanaya, Y., H. Matsui, F. Taketani, X. Pan, Y. Komazaki, Z. Wang, L. Chang, D. Kang, M. Choi, S.-Y. Kim, C.-H. Kang, A. Takami, H. Tanimoto, K. Ikeda, and K. Yamaji
  • Journal Title: Aerosol and Air Quality Research Volume: 17 Pages: 3091-3105
  • DOI: 10.4209/aaqr.2016.12.0573
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Seasonal progression of the deposition of black carbon by snowfall at Ny-Alesund, Spitsbergen (2018)
  • Author(s): Kondo, Y., P. R. Sinha, K. Goto-Azuma, Y. Ogwawa-Tsukagawa3 M. Koike, S. Ohata, N. Moteki, T. Mori, N. Oshima, E. J. Forland, M. Irwin, and C. Pedersen
  • Organizer: Fifth International Symposium on Arctic Research
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Variations of black carbon and dust in Northwest Greenland reconstructed by Continuous Flow Analysis of an ice core (2018)
  • Author(s): Goto-Azuma, K., Y. Ogawa-Tsukagawa, Y. Kondo, R. Dallmayer, M. Hirabayashi, J. Ogata, K. Kitamura, K. Kawamura, H. Motoyama, S. Matoba, M. Kadota, T. Aoki, N. Moteki, S. Ohata, T. Mori, M. Koike, Y. Komuro, A. Tsushima, and N. Nagatsuka
  • Organizer: Fifth International Symposium on Arctic Research
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Seasonal differences in the concentrations of ice nucleating particles on Mt. Zeppelin in Ny-Alesund, Svalbard: A case study in 2016/2017 (2018)
  • Author(s): Tobo, Y., K. Adachi, N. Nagatsuka, P. J. DeMott, T. C. J. Hill, S. Ohata, Y. Kondo, M. Koike
  • Organizer: Fifth International Symposium on Arctic Research
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Observations of atmospheric black carbon mass concentrations from East Asia to the Arctic: Constraining emission strengths and wet deposition rates (2018)
  • Author(s): Kanaya, Y., F. Taketani, T. Miyakawa, Y. Komazaki, X. Pan, I. Uno, and Y. Kondo
  • Organizer: Frontiers of Atmospheric Aerosol Studies: Toward the Understanding of the Health and Climatic Effects
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of a global aerosol model using a two-dimensional sectional method (2018)
  • Author(s): Matsui, H.
  • Organizer: Frontiers of Atmospheric Aerosol Studies: Toward the Understanding of the Health and Climatic Effects
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Variability of black carbon in Northwest Greenland during the past 350 years (2017)
  • Author(s): Goto-Azuma, K., Y. Ogawa-Tsukagawa, Y. Kondo, R. Dallmayer, M. Hirabayashi, J. Ogata, K. Kitamura, K. Kawamura, H. Motoyama, S. Matoba, M. Kadota, T. Aoki, N. Moteki, S. Ohata, T. Mori, M. Koike, Y. Komuro, A. Tsushima, and N. Nagatsuka
  • Organizer: EGU General Assembly 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Calibration of micro-particle analysers for ice core studies (2017)
  • Author(s): Goto-Azuma, K., F. Nakazawa, M. Hirabayashi, J. Ogata, Y. Ogawa-Tsukagawa and K. Fukuda
  • Organizer: EGU General Assembly 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Seasonal progression of the deposition of black carbon by snowfall at Ny-Alesund , Spitsbergen (2017)
  • Author(s): Kondo, Y., P. R. Sinha, K. Goto-Azuma, Y. Ogwawa-Tsukagawa3 M. Koike, S. Ohata, N. Moteki, T. Mori, N. Oshima, E. J. Forland, M. Irwin, and C. Pedersen
  • Organizer: Open Science Workshop on PACES
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Proposed network of Pacific Rim black carbon (BC) observations for the IMPAACT Experiment (2017)
  • Author(s): Jaffe, D., J. Laing, C. Brock, L. Jaeglé, E. Fischer, Y. Kanaya, J. Mao, J. Schwartz, Y. Kim, C. Cappa, Y. Kondo, P. Sheridan, and S. Murphy
  • Organizer: Open Science Workshop on PACES
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Long-term observations of black carbon at Fukue Island, western Japan, since 2009: constraining emission strengths from East Asia and wet removal rates relevant to long-range transport (2017)
  • Author(s): Kanaya, Y., X. Pan, T. Miyakawa, Y. Komazaki, F. Taketani, I. Uno, Y. Kondo, H. Matsui, K. Yamaji, C. Zhu, P. Mordovskoi, and M.Takigawa
  • Organizer: Open Science Workshop on PACES
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Single-particle measurements of light-absorbing iron oxide aerosols and their radiative effects (2017)
  • Author(s): Yoshida, A., N. Moteki, S. Ohata, K. Adachi, T. Mori, M. Koike, A. Takami
  • Organizer: JpGU Meeting
• [Presentation] 粒径分布と混合状態を解像した二次元ビン法を用いた全球エアロゾルモデルの開発 (2017)
  • Author(s): 松井仁志
  • Organizer: 日本気象学会2017年度春季大会
• [Presentation] Development of a global aerosol model using a two-dimensional sectional method (2017)
  • Author(s): Matsui, H. and N. Mahowald
  • Organizer: 22nd Annual CESM Workshop
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] スバールバル諸島・ニーオルスンでの氷晶核の計測：2016年7月の事例 (2017)
  • Author(s): 當房 豊，足立 光司，Paul J. DeMott，Thomas C. J. Hill，大畑 祥，植竹 淳，近藤 豊，小池 真
  • Organizer: 日本気象学会秋季大会
• [Presentation] 東京都市大気における黒色酸化鉄の動態と発生源 (2017)
  • Author(s): 大畑祥, 茂木信宏, 吉田淳, 小池真, 近藤豊
  • Organizer: 日本気象学会秋季大会
• [Presentation] Long term and intensive measurements of black carbon aerosols in the Arctic (2017)
  • Author(s): Ohata, S., M. Koike, P. R. Sinha, N. Motek, K.-G. Azuma, Y. Tsukagawa, T. Mori, A. Yoshida, Y. Tobo, and Y. Kondo
  • Organizer: The 8th symposium on polar science
• [Presentation] Observational study on wet removal process of black carbon particles in Tokyo and Okinawa (2017)
  • Author(s): Mori, T., N. Moteki, S. Ohata, M. Koike and Y. Kondo
  • Organizer: 2017 Symposium on Atmospheric Chemistry & Physics at Mountain Sites
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Transport efficiency of black carbon aerosol to the lower free troposphere evaluated from simultaneous observation at Suzu and Happo ridge sites (2017)
  • Author(s): Endo, M., K. Kita, Y. Namaizawa, T. Fujita, A. Matsuki, Y. Sadanaga, K. Nakagomi, and Y. Kondo
  • Organizer: 2017 Symposium on Atmospheric Chemistry & Physics at Mountain Sites
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Enhanced concentrations of ice nucleating particles in Svalbard during summer: Possible linkage with local dust emissions (2017)
  • Author(s): Tobo, Y., K. Adachi, N. Nagatsuka, P. J. DeMott, T. C. J. Hill, S. Ohata, Y. Kondo, M. Koike
  • Organizer: AGU fall meeting
  • Int'l Joint Research