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2022 Fiscal Year Annual Research Report

Evaluation of climate change and carbon/oxygen cycles based on innovative observations of atmospheric constituents

Research Project

Project/Area Number 22H05006
Research InstitutionNational Institute of Advanced Industrial Science and Technology

Principal Investigator

石戸谷 重之  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) 遠嶋 康徳  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 (40227559)
菅原 敏  宮城教育大学, 教育学部, 教授 (80282151)
奈良 英樹  国立研究開発法人国立環境研究所, 地球システム領域, 主任研究員 (30534490)
森本 真司  東北大学, 理学研究科, 教授 (30270424)
丹羽 洋介  国立研究開発法人国立環境研究所, 地球システム領域, 主任研究員 (70588318)
後藤 大輔  国立極地研究所, 先端研究推進系, 助教 (10626386)
石島 健太郎  気象庁気象研究所, 気候・環境研究部, 主任研究官 (90399494)
坪井 一寛  気象庁気象研究所, 気候・環境研究部, 室長 (10553167)
青木 伸行  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (60414356)
Project Period (FY) 2022-04-27 – 2027-03-31
Keywords広域三次元大気観測 / 酸素・アルゴン・COS濃度 / 成層圏重力分離・空気年齢 / COS同位体比・酸素同位体比
Outline of Annual Research Achievements

船舶による広域ArおよびCOS濃度観測の早期開始に向けて、採取装置・容器の試験と、試験観測により得られた試料の大気主成分及びCOS濃度の分析を行った。観測結果からinlet fractionationによる成分分別の可能性が見出されたことから、空気取入口の改造を行い、最新の試料分析の結果から分別の最小化に成功したことが示唆された。大気球実験による成層圏重力分離等観測の実施に必要となる観測装置の更新・改良を進めるとともに、アーカイブ試料の分析を進めて、過去32年間の日本上空成層圏重力分離の変動を明らかにした。得られた長期変動と高度分布の解釈に必要となる成層圏重力分離シミュレーションの改良を進めた。 地上、船舶、航空機によるO2及びCO2濃度広域観測を維持し、これまでに得られたデータを、超高精度O2標準ガスに基づき基準を統一して大気輸送モデル逆解析用のデータとして整備した。超高精度分析の場合には、標準ガス分析とフラスコ分析の比較結果は必ずしも整合しない場合があるため、フラスコサンプルについて国内機関での比較を進めた。O2及びAr濃度のフォワード計算を実施するとともに、APO及びCOS濃度の国際的なモデル比較実験に参加し、シミュレーション結果を提出した。また、予備的に30年超の長期CO2逆解析を実施しO2観測に基づく炭素収支推定との比較解析に着手した。国内6サイト、南極昭和基地、北極ニーオルスンの各地上基地においてAr濃度観測を実施した。 森林チャンバー実験による酸素のd18O変動観測、ArおよびCOS観測標準の確立、新規導入質量分析計およびレーザー分析計の調整をそれぞれ推進した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

広域O2濃度観測を計画通り維持し、逆解析のための予備的データセットの整備や、観測データの基準統一に向けたサンプル比較分析や標準ガス調製も進んでいる。逆解析の前段階として、フォワード計算によるO2濃度シミュレーションも順調に進んでいる。Ar濃度の広域展開に向けた広域船舶観測の課題の洗い出し・解決もほぼ完了し、後は採取システム構成の判断とそれに応じた改造、新規導入質量分析計の調整・自動化によるサンプル処理速度向上が残された課題である。成層圏観測については、世界的なヘリウム供給不足問題等によりR5年度の実験実施は断念しR6年度実施を目指すこととしたが、観測装置の更新と改良は順調に進展しており、また、アーカイブ試料の活用により過去30年以上の成層圏重力分離の変動を世界で初めて明らかにし、その解釈のためのモデルシミュレーションも進捗している。COS濃度については船舶による試験観測と標準の確立が、COS同位体比は新規導入質量分析計の調整が、それぞれ順調に進捗している。酸素のd18Oは土壌チャンバー観測で明瞭な変動が捉えられ、さらに、大気の極微小変動を検出できているかについてboxモデルを用いた評価も進めている。以上から、全体として概ね順調に進展していると判断する。

Strategy for Future Research Activity

代表・分担者がそれぞれの機関の観測網の維持に直接関わっている状況であり、質量分析計やレーザー分析計等の新たな分析装置の立ち上げ・自動化や大気モデルシミュレーションの改良も自ら行なっているため、成果創出までに一定の時間を要する状況であるが、サブテーマ毎に緊密な打合せを行い全体としても年2回以上のミーティングを持つことで認識の擦り合わせを行い、進捗が早い内容から成果発表を進めていき最終年度までに包括的な統合解析を進められるよう、効果的なエフォート・予算配分を行なっていく。また、自動化が完了した分析装置については、実験補助員の雇用により研究者の負担を減らし成果創出にウェイトを割けるよう調整する。

  • Research Products

    (19 results)

All 2023 2022

All Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 5 results) Presentation (14 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results)

  • [Journal Article] Intercomparison of Atmospheric Carbonyl Sulfide (TransCom‐COS; Part One): Evaluating the Impact of Transport and Emissions on Tropospheric Variability Using Ground‐Based and Aircraft Data2023

    • Author(s)
      Remaud M.、Ma J.、Krol M.、Abadie C.、Cartwright M.P.、Patra P.、Niwa Y.、Rodenbeck C.、Belviso S.、Kooijmans L.、Lennartz S.、Maignan F.、Chevallier F.、Chipperfield M.P.、Pope R.J.、Harrison J.J.、Vimont I.、Wilson C.、Peylin P.
    • Journal Title

      Journal of Geophysical Research: Atmospheres

      Volume: 128 Pages: 1~23

    • DOI

      10.1029/2022JD037817

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Influence of CO2 adsorption on cylinders and fractionation of CO2 and air during the preparation of a standard mixture2022

    • Author(s)
      Aoki Nobuyuki、Ishidoya Shigeyuki、Murayama Shohei、Matsumoto Nobuhiro
    • Journal Title

      Atmospheric Measurement Techniques

      Volume: 15 Pages: 5969~5983

    • DOI

      10.5194/amt-15-5969-2022

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Spatiotemporal variations of the delta(O2/N2, CO2 and delta(APO) in the troposphere over the western North Pacific2022

    • Author(s)
      Ishidoya Shigeyuki、Tsuboi Kazuhiro、Niwa Yosuke、Matsueda Hidekazu、Murayama Shohei、Ishijima Kentaro、Saito Kazuyuki
    • Journal Title

      Atmospheric Chemistry and Physics

      Volume: 22 Pages: 6953~6970

    • DOI

      10.5194/acp-22-6953-2022

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Measurement report: Method for evaluating CO2 emission from a cement plant by atmosphere O2/N2 and CO2 measurements and its applicability to the detection of CO2 capture signals2022

    • Author(s)
      Ishidoya Shigeyuki、Tsuboi Kazuhiro、Kondo Hiroaki、Ishijima Kentaro、Aoki Nobuyuki、Matsueda Hidekazu、Saito Kazuyuki
    • Journal Title

      Atmospheric Chemistry and Physics Discussions

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      10.5194/acp-2022-570

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 酸素の観測を支える標準ガス2022

    • Author(s)
      青木伸行
    • Journal Title

      国立環境研究所 地球環境センターニュース

      Volume: 33 Pages: -

    • Open Access
  • [Presentation] Global carbon budgets estimated from long-term observations of the atmospheric CO2 mole fraction, isotopic ratio of CO2 and O2/N2 at Ny-Alesund, Svalbard2023

    • Author(s)
      後藤大輔、森本真司、石戸谷重之、青木周司
    • Organizer
      Seventh International Symposium on Arctic Research (ISAR-7)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 10-years observation of atmospheric Ar/N2 ratio and its comparison with some indexes associated with climate change2022

    • Author(s)
      石戸谷重之、遠嶋康徳、菅原敏、後藤大輔、坪井一寛、村山昌平、石島健太郎、丹羽洋介、青木伸行
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合2022年大会
  • [Presentation] 気候変動と炭素・酸素循環の包括的評価を目指した 大気主成分と極微量成分の長期広域観測2022

    • Author(s)
      石戸谷重之、遠嶋康徳、菅原敏、奈良英樹、森本真司、丹羽洋介、後藤大輔、石島健太郎、坪井一寛、青木伸行、中岡慎一郎、亀崎和輝、豊田栄、辻野博之、村山昌平
    • Organizer
      日本気象学会2022年度秋季大会
  • [Presentation] 炭素循環トレーサーとしての活用に向けた大気中硫化カルボニルの観測体制の構築2022

    • Author(s)
      奈良英樹、遠嶋康徳、中岡慎一郎
    • Organizer
      日本気象学会2022年度秋季大会
  • [Presentation] 大気中の酸素の同位体比δ18Oの日内変動2022

    • Author(s)
      石戸谷重之、菅原敏
    • Organizer
      第27回大気化学討論会
  • [Presentation] Multi-species inversion for better constraining Asian GHG emissions2022

    • Author(s)
      丹羽洋介
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合2022年大会
  • [Presentation] Developing Guidelines for GHG Measurement Scale Establishment and Maintenance2022

    • Author(s)
      K. Harris, B. Hall, P. Brewer, V. Ebert, R. Wielgosz, O. Laurent, E. Flores, D. Worton, K. Ming, 青木伸行, A. Fioravante, R. Keeling, J. Koellike
    • Organizer
      BIPM-WMO Metrology for Climate Action workshop
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Gravimetric Constraints on the Absolute Stability of the SIO O2 Program δ(O2/N2) Scale2022

    • Author(s)
      E. Morgan, 青木伸行, B. Birner, 石戸谷重之, J. Elkins, R. Keeling
    • Organizer
      The 21st expert meeting on Greenhous Gas Measurement Techniques
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Inuence of fractionation of CO2 and air during preparation of a standard mixture2022

    • Author(s)
      青木伸行, 石戸谷重之, 村山昌平,松本信洋
    • Organizer
      The 21st expert meeting on Greenhous Gas Measurement Techniques
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 1段希釈による質量比混合法を用いた大気観測用CO2濃度スケールの確立と既存手法の評価2022

    • Author(s)
      青木伸行、石戸谷重之、村山昌平、松本信洋
    • Organizer
      日本分析化学会第71年会
  • [Presentation] Continuous carbonyl sulfide concentration measurement using a portable mid-infrared laser spectrometer2022

    • Author(s)
      亀崎和輝、Sebastian Danielache、石戸谷重之、村山昌平、前田高尚、村岡裕由
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合2022年大会
  • [Presentation] 大樹上空成層圏における夏季東風の長期変動2022

    • Author(s)
      菅原敏、石島健太郎、長谷部文雄
    • Organizer
      2022年度大気球シンポジウム
  • [Presentation] Development of a dynamic dilution system for COS in air mixture at ambient levels2022

    • Author(s)
      奈良英樹、斉藤拓也、梅澤拓、遠嶋康徳
    • Organizer
      The 21st expert meeting on Greenhous Gas Measurement Techniques
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Development of a high-accuracy dynamic dilution system for generating ambient level carbonyl sulfide standard gas2022

    • Author(s)
      奈良英樹、斉藤拓也、梅澤拓、遠嶋康徳
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合2022年大会

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Published: 2023-12-25  

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