2021 Fiscal Year Final Research Report

Evaluation of an impact of global warming based on spatiotemporal variations in the atmospheric consitituents corrected for diffusive separation

Research Project

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Project/Area Number	19H01975
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	National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
Principal Investigator	Ishidoya Shigeyuki 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 研究グループ長 (70374907)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	坪井一寛気象庁気象研究所, 気候・環境研究部, 主任研究官 (10553167) 村山昌平国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 総括研究主幹 (30222433) 森本真司東北大学, 理学研究科, 教授 (30270424) 菅原敏宮城教育大学, 教育学部, 教授 (80282151) 石島健太郎気象庁気象研究所, 気候・環境研究部, 研究官 (90399494)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	大気組成拡散分離 / 大気中酸素・アルゴン濃度 / 大気主成分同位体比 / 温暖化影響評価
Outline of Final Research Achievements	In order to evaluate an impact of global warming based on the observations of the atmospheric O2/N2 and Ar/N2 ratios and stable isotopic ratios of O2, N2 and Ar, it is needed to evaluate an effect of artificial/natural diffusive separation of the components. In the present study, we corrected an artificial diffusive separation on aircraft observations, and we succeeded to observe spatiotemporal variations in O2/N2 ratio from the surface to the upper troposphere. The observational results were compared with the simulated O2/N2 by using a 3-D transport model. Consequently, we evaluated the interhemispheric mixing of air and global CO2 budget. We also observed and simulated gravitational separation in the stratosphere, and we found the secular changes in the surface Ar/N2 ratio, which is expected to be used to estimate global ocean heat content, could be modified by the secular changes in gravitational separation.
Free Research Field	大気科学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	大気中酸素濃度やアルゴン濃度を、炭素循環や温暖化の指標として用いるためには、存在量の6桁目の変動を計測する超高精度観測が必要になる。また、そのような微小変動の場合には、温度や圧力の勾配に応じて質量数に依存した拡散分離が生じ、その影響は特に航空機観測で顕著である。本研究では、拡散分離を定量的に評価し補正することで航空機による酸素濃度の高精度観測を実現し、南北半球間大気輸送や全球CO2収支の評価を行なった。また、地上と成層圏のアルゴン濃度の観測とシミュレーションから、超高精度観測には大気の重力分離の変動が影響し得ることを初めて報告した。