Studies on long-term variations of the isoprene distribution in the troposphere and its effects on air quality using infrared spectroscopy

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H03589
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 63010:Environmental dynamic analysis-related
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: Nagahama Tomoo 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 准教授 (70377779)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 村田 功 東北大学, 環境科学研究科, 准教授 (00291245) ; 森野 勇 国立研究開発法人国立環境研究所, 地球システム領域, 室長 (90321827)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: イソプレン / 赤外分光法 / 対流圏オゾン / 大気汚染物質 / 長期変動 / リトリーバル解析

Outline of Final Research Achievements

We developed a novel method to analyze isoprene concentration, which accounts for 1/3 of volatile organic compounds in the atmosphere, from solar absorption spectrum observations by infrared spectroscopy. We also analyzed the concentration of isoprene and air pollutants in the atmosphere from over 15 years of observation data to elucidate their relationship and factors. We determined the isoprene column amount from absorption spectrum observation data in the 11-μm wavelength band by retrieval analysis and newly discovered seasonal variations, long-term trends, and sudden increase phenomena. Moreover, correlation analysis of isoprene and formaldehyde produced by its oxidation revealed that the isoprene lifetime was 5-10 times longer than usual during the sudden increase.

Free Research Field

中層大気科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究により、赤外分光観測データからイソプレンカラム量の解析手法が初めて確立できた。これにより国際観測ネットワークとして世界20か所以上で行われている高分解能赤外分光計を用いた太陽光吸収スペクトル観測データから、長期にわたるイソプレンカラム量の時間変動を得ることが可能となった。赤外域にはイソプレンだけでなく大気汚染に関連する微量分子のスペクトルが多数存在するため、世界各地でイソプレンと大気汚染物質の長期にわたる動態を同時に把握することが可能となり、イソプレンから大気汚染物質への変質量について定量的な理解と全球の大気質評価と将来予測の精緻化に貢献できる。