BVOCを介した植物・気候相互作用のモデリングと将来予測

• 研究領域: 植物気候フィードバック
• 研究課題/領域番号: 23H04971
• 研究種目: 学術変革領域研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 学術変革領域研究区分(Ⅳ)
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 須藤 健悟 名古屋大学, 環境学研究科, 教授 (40371744)
• 研究分担者: 竹村 俊彦 九州大学, 応用力学研究所, 教授 (90343326) ; 入江 仁士 千葉大学, 環境リモートセンシング研究センター, 教授 (40392956) ; 関谷 高志 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 地球環境部門(地球表層システム研究センター), 研究員 (00781460)
• 研究期間 (年度): 2023-04-01 – 2028-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2025年度)
• 配分額: 111,930千円 (直接経費: 86,100千円、間接経費: 25,830千円); 2025年度: 22,490千円 (直接経費: 17,300千円、間接経費: 5,190千円); 2024年度: 22,230千円 (直接経費: 17,100千円、間接経費: 5,130千円); 2023年度: 23,920千円 (直接経費: 18,400千円、間接経費: 5,520千円)
• キーワード: BVOC / 化学気候モデル / 陸域生態系モデル / イソプレン / BSOA / 地球システムモデル / データ同化 / SOA

研究開始時の研究の概要

本研究は、植物が大気に放出する揮発性有機化合物（BVOC）の実態・動態、およびBVOCを介した植物と気候の相互作用を全球規模で解明・予測するものである。本課題では、研究代表者・分担者らが独自に開発を行ってきた、大気化学・エアロゾル・気候モデル、陸域生態系モデル、衛星・地上リモートセンシング、および大気化学データ同化システムなど最新の研究手法を駆使し、他計画研究班の植物フェノロジー・BVOC放出の観測と密に連携しながら多元的・包括的なモデリング・評価を行うことで、高精度なBVOC発生量推定を実現させる。

研究実績の概要

1) CMIPモデル実験における過去160年間のBVOC変動要因の解析
本課題のメインツールであるVISITに加え、最新のIPCC/CMIP6の地球システムモデル中の計算スキームも含めた相互検証（1850-2014年対象）を実施した（Do et al., 2025）。この結果、CO2濃度上昇(co2)、気象変数（気温・降水量）変動(clim)、土地利用変化(lulcc)などがBVOCs放出量の長期変動に大きく関与していることがわかった。ただし、CO2影響については、用いるエミッションスキームによって、イソプレン放出量の増加トレンドに寄与する群（MEGANタイプ）と、減少トレンドを引き起こす群（iBVOCタイプ）の２通りが確認され、CO2応答関数妥当性のさらなる検証の必要性が示唆された（本課題では、HCHO衛星観測を指標に用いた検証をすでに開始している）。さらに、BVOC変動がおよぼす気候影響を検討するため、過去のBVOC長期変動が全球気候変動に与える影響の評価実験も継続的に実施している。
2) 地上・衛星観測による多重検証
世界各地で観測・報告されているイソプレン、モノテルペン類などのBVOCsのフラックス・濃度のデータに加え、中間生成物であるホルムアルデヒド(HCHO)の全球分布の衛星観測(OMI、TROPOMI)データを収集・活用し、陸域生態系微量ガス交換モデルVISITと化学気候モデルで計算されるBVOCやHCHOの評価を継続的に実施している。さらに、データ同化システム（CHASER-DAS）を用いたBVOC放出量の逆推定を導入し、初期的な解析を実施している

現在までの達成度

2: おおむね順調に進展している

理由

BVOC放出分布推定や既存インヴェントリの再検討について、各種データやモデル計算・データ同化手法を併用した検証が予定通り進められた。このなかでは、CO2濃度上昇にともなうイソプレン放出の抑制（阻害）効果が確認され、衛星データを用いた検証を進めるとともに、他班で実施している応答実験の結果とも融合を開始している。

今後の研究の推進方策

BVOCの現場観測によるモデル検証や、室内実験によるBVOC放出の応答関数の修正や新規スキームの構築などについて、他班（計画・公募）との連携により進める。また、これまでとくに注目しているイソプレン以外のBVOC成分に拡大した検討を可能な限り行う。

研究成果

• [国際共同研究] NASA(米国)
• [国際共同研究] NASA/NOAA/NCAR(米国)
• [国際共同研究] University of Leeds(英国)
• [雑誌論文] Evaluating CHASER V4.0 global formaldehyde (HCHO) simulations using satellite, aircraft, and ground-based remote-sensing observations (2024)
  • 著者名/発表者名: Hoque Hossain Mohammed Syedul、Sudo Kengo、Irie Hitoshi、He Yanfeng、Khan Md Firoz
  • 雑誌名: Geoscientific Model Development 巻: 17 号: 14 ページ: 5545-5571
  • DOI: 10.5194/gmd-17-5545-2024
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Interplay of Climate Change and Air Pollution- Projection of the under-5 mortality attributable to ambient particulate matter (PM2.5) in South Asia (2024)
  • 著者名/発表者名: Anita Wahida Musarrat、Uttajug Athicha、Seposo Xerxes Tesoro、Sudo Kengo、Nakata Makiko、Takemura Toshihiko、Takano Hirohisa、Fujiwara Taku、Ueda Kayo
  • 雑誌名: Environmental Research 巻: 248 ページ: 118292-118292
  • DOI: 10.1016/j.envres.2024.118292
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Impacts of a double-moment bulk cloud microphysics scheme (NDW6-G23) on aerosol fields in NICAM.19 with a global 14-km grid resolution (2024)
  • 著者名/発表者名: Goto Daisuke、Seiki Tatsuya、Suzuki Kentaroh、Yashiro Hisashi、Takemura Toshihiko
  • 雑誌名: Geoscientific Model Development 巻: 17 号: 2 ページ: 651-684
  • DOI: 10.5194/gmd-17-651-2024
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] How well are aerosol-cloud interactions represented in climate models? - Part 1: Understanding the sulfate aerosol production from the 2014-15 Holuhraun eruption (2024)
  • 著者名/発表者名: Jordan George、Malavelle Florent、Chen Ying、Peace Amy、Duncan Eliza、Partridge Daniel G.、Kim Paul、Watson-Parris Duncan、Takemura Toshihiko、Neubauer David、Myhre Gunnar、Skeie Ragnhild、Laakso Anton、Haywood James
  • 雑誌名: Atmospheric Chemistry and Physics 巻: 24 号: 3 ページ: 1939-1960
  • DOI: 10.5194/acp-24-1939-2024
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Interactions between atmospheric composition and climate change - progress in understanding and future opportunities from AerChemMIP, PDRMIP, and RFMIP (2024)
  • 著者名/発表者名: Fiedler Stephanie、Naik Vaishali、O'Connor Fiona M.、Smith Christopher J.、Griffiths Paul、Kramer Ryan J.、Takemura Toshihiko、Allen Robert J.、Im Ulas、Kasoar Matthew、Modak Angshuman、Turnock Steven、Voulgarakis Apostolos、Watson-Parris Duncan、Westervelt Daniel M.、Wilcox Laura J.、Zhao Alcide、et al.
  • 雑誌名: Geoscientific Model Development 巻: 17 号: 6 ページ: 2387-2417
  • DOI: 10.5194/gmd-17-2387-2024
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Evaluation of CMIP6 model simulations of PM_2.5 and its components over China (2024)
  • 著者名/発表者名: Ren Fangxuan、Lin Jintai、Xu Chenghao、Adeniran Jamiu A.、Wang Jingxu、Martin Randall V.、van Donkelaar Aaron、Hammer Melanie S.、Horowitz Larry W.、Turnock Steven T.、Oshima Naga、Takemura Toshihiko, et al.
  • 雑誌名: Geoscientific Model Development 巻: 17 号: 12 ページ: 4821-4836
  • DOI: 10.5194/gmd-17-4821-2024
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Long-term observations of NO2, SO2, HCHO, and CHOCHO over the Himalayan foothills: Insights from MAX-DOAS, TROPOMI, and GOME-2 (2024)
  • 著者名/発表者名: Rawat Prajjwal、Naja Manish、Rajwar Mahendar C.、Irie H.、Lerot Christophe、Kumar Mukesh、Lal S.
  • 雑誌名: Atmospheric Environment 巻: 336 ページ: 120746-120746
  • DOI: 10.1016/j.atmosenv.2024.120746
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Detectability of the potential climate change effect on transboundary air pollution pathways in the downwind area of China (2024)
  • 著者名/発表者名: Cai Ying、Irie Hitoshi、Damiani Alessandro、Itahashi Syuichi、Takemura Toshihiko、Khatri Pradeep
  • 雑誌名: Science of The Total Environment 巻: 939 ページ: 173490-173490
  • DOI: 10.1016/j.scitotenv.2024.173490
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Plant Molecular Phenology and Climate Feedbacks Mediated by BVOCs (2024)
  • 著者名/発表者名: Satake Akiko、Hagiwara Tomika、Nagano Atsushi J.、Yamaguchi Nobutoshi、Sekimoto Kanako、Shiojiri Kaori、Sudo Kengo
  • 雑誌名: Annual Review of Plant Biology 巻: 75 号: 1 ページ: 605-627
  • DOI: 10.1146/annurev-arplant-060223-032108
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Implementation of HONO into the chemistry?climate model CHASER (V4.0): roles in tropospheric chemistry (2023)
  • 著者名/発表者名: Ha Phuc Thi Minh、Kanaya Yugo、Taketani Fumikazu、Andres Hernandez Maria Dolores、Schreiner Benjamin、Pfeilsticker Klaus、Sudo Kengo
  • 雑誌名: Geoscientific Model Development 巻: 16 号: 3 ページ: 927-960
  • DOI: 10.5194/gmd-16-927-2023
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Historical (1960-2014) lightning and LNOx trends and their controlling factors in a chemistry-climate model (2023)
  • 著者名/発表者名: He Yanfeng、Sudo Kengo
  • 雑誌名: Atmospheric Chemistry and Physics 巻: 23 号: 20 ページ: 13061-13085
  • DOI: 10.5194/acp-23-13061-2023
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The worldwide COVID-19 lockdown impacts on global secondary inorganic aerosols and radiative budget (2023)
  • 著者名/発表者名: Sekiya Takashi、Miyazaki Kazuyuki、Eskes Henk、Bowman Kevin、Sudo Kengo、Kanaya Yugo、Takigawa Masayuki
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 9 号: 30
  • DOI: 10.1126/sciadv.adh2688
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The Time Scales of Climate Responses to Carbon Dioxide and Aerosols (2023)
  • 著者名/発表者名: Stjern Camilla W.、Forster Piers M.、Jia Hailing、Jouan Caroline、Kasoar Matthew R.、Myhre Gunnar、Olivie Dirk、Quaas Johannes、Samset BjOrn H.、Sand Maria、Takemura Toshihiro、Voulgarakis Apostolos、Wells Christopher D.
  • 雑誌名: Journal of Climate 巻: 36 号: 11 ページ: 3537-3551
  • DOI: 10.1175/jcli-d-22-0513.1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] East‐West Variabilities of N2 Fixation Activity in the Subtropical North Pacific Ocean in Summer: Potential Field Evidence of the Phosphorus and Iron Co‐Limitation in the Western Area (2023)
  • 著者名/発表者名: Horii S.、Takahashi K.、Shiozaki T.、Takeda S.、Sato M.、Yamaguchi T.、Takino S.、Hashihama F.、Kondo Y.、Takemura T.、Furuya K.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Oceans 巻: 128 号: 6
  • DOI: 10.1029/2022jc019249
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The Regional Aerosol Model Intercomparison Project (RAMIP) (2023)
  • 著者名/発表者名: Wilcox Laura J.、Allen Robert J.、Samset BjOrn H.、Bollasina Massimo A.、Griffiths Paul T.、Keeble James、Lund Marianne T.、Makkonen Risto、Merikanto Joonas、O'Donnell Declan、Paynter David J.、Persad Geeta G.、Rumbold Steven T.、Takemura Toshihiko、Tsigaridis Kostas、Undorf Sabine、Westervelt Daniel M.
  • 雑誌名: Geoscientific Model Development 巻: 16 号: 15 ページ: 4451-4479
  • DOI: 10.5194/gmd-16-4451-2023
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The emissions model intercomparison project (Emissions-MIP): quantifying model sensitivity to emission characteristics (2023)
  • 著者名/発表者名: Ahsan, H., Wang, H., Wu, J., Wu, M., Smith, S. J., Bauer, S., Suchyta, H., Olivie, D., Myhre, G., Matsui, H., Bian, H., Lamarque, J.-F., Carslaw, K., Horowitz, L., Regayre, L., Chin, M., Schulz, M., Skeie, R. B., Takemura, T., Naik, V.
  • 雑誌名: Atmospheric Chemistry and Physics 巻: 23 号: 23 ページ: 14779-14799
  • DOI: 10.5194/acp-23-14779-2023
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Threefold reduction of modeled uncertainty in direct radiative effects over biomass burning regions by constraining absorbing aerosols (2023)
  • 著者名/発表者名: Zhong Q., Schutgens N., van der Werf G. R., Takemura T., van Noije T., Mielonen T., Checa-Garcia R., Lohmann U., Kirkevag A., Olivie D. J. L., Kokkola H., Matsui H., Kipling Z., Ginoux P., Le Sager P., Remy S., Bian H., Chin M., Zhang K., Bauer S. E., Tsigaridis K.
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 9 号: 48
  • DOI: 10.1126/sciadv.adi3568
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Historical Trends and Controlling Factors of Isoprene Emissions in CMIP6 Earth System Models (2024)
  • 著者名/発表者名: Thi Nhu Ngoc Do, Kengo Sudo, Akihiko Ito, Louisa Emmons, Vaishali Naik, Kostas Tsigaridis, Øyvind Seland, Gerd A Folberth, Douglas I Kelley
  • 学会等名: International Symposium on plant phenology and climate feedbacks mediated by BVOCs (PCF2024)
  • 国際学会
• [学会発表] Recent status of BVOCs in Earth system models: emissions and climate impacts (2024)
  • 著者名/発表者名: Kengo Sudo
  • 学会等名: International Symposium on plant phenology and climate feedbacks mediated by BVOCs (PCF2024)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Impacts of the Chinese SLCFs emission changes during 2010s on East Asian and global climate (2023)
  • 著者名/発表者名: 須藤健悟、Wang Jinling
  • 学会等名: JpGU 2023 annual meeting (2023
• [学会発表] Initial dispersion and conversion of stratospheric SO2 injected by 2022 Hunga Tonga eruption (2023)
  • 著者名/発表者名: 正木悠斗、関谷高志、須藤健悟
  • 学会等名: JpGU 2023 annual meeting (2023
• [学会発表] Potential impacts of climate-biogeochemical feedback on future methane projection (2023)
  • 著者名/発表者名: 関谷高志、 羽島知洋、 須藤健悟、金谷有剛、河宮未知生
  • 学会等名: 第28回大気化学討論会
• [学会・シンポジウム開催] International Symposium on plant phenology and climate feedbacks mediated by BVOCs (PCF2024) (2024)