アラスカとスピッツヘルゲンにおける極成層圏エアロゾルの観測:地球環境変動への影響

• 研究課題/領域番号: 07041100
• 研究種目: 国際学術研究
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 学術調査
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 柴田 隆 名古屋大学, 太陽地球環境研究所, 助教授 (70167443)
• 研究分担者: BRAATHEN G.O ノルウェー大気科学研究所, 研究員 ; SHAW G. アラスカ大学, 地球物理研究所, 教授 ; 安井 元昭 国立極地研究所, 助手 (80220143) ; NEUBER R. 独アルフレッドウェグナー研究所, 研究員 ; 森本 真司 国立極地研究所, 助手 (30270424) ; 和田 誠 国立極地研究所, 助教授 (40132716) ; 藤原 玄夫 福岡大学, 理学部, 教授 (80037217) ; 岡野 章一 国立極地研究所, 助手 (10004483) ; 田口 真 東北大学, 理学部, 助手 (70236404) ; 福西 浩 東北大学, 理学部, 教授 (90099937) ; 長田 和雄 名古屋大学, 太陽地球環境研究所, 助手 (80252295) ; 林 政彦 名古屋大学, 太陽地球環境研究所, 助手 (50228590) ; 松永 捷司 名古屋大学, 太陽地球環境研究所, 助教授 (60022729) ; 岩坂 泰信 名古屋大学, 太陽地球環境研究所, 教授 (20022709) ; YASUI M Faculty of Science, kyuushuu University ; SHAW G アラスカ大学, 地球物理研究所, 教授 ; NEUBER R 独アルフレッドウェゲナー研究所, 研究員 ; SHKW G. アラスカ大学, 地球物理研究所, 教授
• 研究期間 (年度): 1995 – 1996
• 研究課題ステータス: 完了 (1996年度)
• 配分額: 24,800千円 (直接経費: 24,800千円); 1996年度: 12,600千円 (直接経費: 12,600千円); 1995年度: 12,200千円 (直接経費: 12,200千円)
• キーワード: 北極 / 成層圏 / ライダー / スピッツベルゲン / アラスカ / エアロゾル / PSCs / オゾン / PSC_S / スプッツベルゲン

研究概要

本学術調査においては、北極域の極成層圏雲(以下PSC)との微物理過程の解明が目的であった。2カ年にわたる調査で以下のような結果を得た:1)1995/1996年と1996/1997年の2冬にわたって,スピッツベルゲン上空で、PSCの冬季を通しての高度分布を得た。2)同時期アラスカ上空のオゾンの高度分布を得た。3)両年度の間のアラスカ上空でのエアロゾル高度分布を得た。4)スピッツベルゲンではPSC観測と同じ時期地表付近でのエアロゾル採集をおこない、成分の推移を求めた。これらの観測結果より下記のような特記すべき発見があった:5)北極域のPSCでは度々、大粒径の液滴粒子が存在する。6)この粒子は成層圏の温度が水蒸気の露点温度付近まで低下した際に発生する。
以下各項目に関して述べる。1)のPSCの高度分布に関しては、特に、1995/1996年の冬季は北極域のオゾンの、例年にない、減少が報告され、観測されたPSC表面における不均一反応との関連が注目を集めている。スピッツベルゲンは北極成層圏低温域の中心に位置することが多く、オゾン減少とPSCの関連を議論するに際し、我々のデータは貴重な情報を与えるであろう。特に後述する液滴PSC粒子とオゾン減少の関連が実際の観測で得られることが期待される。
2)3)のアラスカ上空のオゾン、エアロゾル高度分布に関しては、アラスカ上空成層圏は冬季アリューシャン高気圧が停滞して、常時高温域となっている。従って、常にオゾン破壊の生ずる極渦の外にある特異的な場所である。このことは一見、オゾン破壊という側面から見ると興味をそがれるようである。しかしながら、逆にPSC及びオゾンの極渦内での変動を見るための基準を与えることにより、これらのデータは重要な情報を与えている。特にエアロゾルに関しては、1991年のフィリピン、ピナツボ火山の大噴火による成層圏エアロゾルの増加がPSC観測に際して、PSCによるエアロゾル増加を正確に見積もることを困難にしていた。アラスカでの観測結果は、このバックグラウンドの値を与えた。
4)の地表付近でのエアロゾルの採集との化学分析は、冬季北極域の対流圏大気が北極を取り巻く国々から放出されるガスによって汚染されていることを改めて示した。冬季北極域は日射がなく低温であるため、中緯度の大気中では見られない、ガスから粒子への変質過程が生じていることが明らかとなった。対流圏での採集・化学分析結果は成層圏PSCとオゾン破壊とは、今のところ、直接には関係しないが、北極大気を一つのシステムとしてとらえるに際しては、今後両者の関連は注意を要する。またここで養った分析技術を成層圏大気の直接採集に際し発揮できるチャンスを期待する。
ここ数年硫酸、硝酸、水の三成分系の液体PSC粒子の存在が理論的に予想されていたが、5)の大粒径液体PSC粒子の存在を直接的に観測したのは我々が初めてである。ただし、観測されたPSCは理論的な予想よりはるかに多くの水分子を含まなくてはその濃度が説明できない。すなわち、成分はほとんど水である。また、この種の粒子が観測されるのは成層圏温度が水の露点温度近くにまで低下したとき(6))であった。このような成分と相を有した粒子が存在すること自体非情に興味を引かれる。我々の観測はこの種のPSCを説明するための室内実験及び理論の必要性を喚起した。

研究成果

• [文献書誌] T,Shibata et al.: "The appearance of polar stratospheric clouds over Spitsbergen in winter 1994/1995 observed by a lidar" Proc.NIPR Symp.No.51. (in press) (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T,Shibata et al.: "Raman Lidar Observations : Simultaneous Measurements of Water Vapor,Temperature and Aerosol Vertical Profiles,Part I" J.Geomag.Geoelectr.Vol.48. 1127-1135 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T,Shibata et al.: "Raman Lidar Observations : Simultaneous Measurements of Water Vapor,Temperature and Aerosol Vertical Profiles,Part II" J.Geomag.Geoelectr.Vol.48. 1137-1144 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T,Shibata et al.: "Liquid Particles and Vertical Sandwich Structure of Polar Stratospheric Clouds Observed by a Lidar over Spitsbergen in the Winter 1994/1995" J.Geophys.Res.Vol.102. (in press) (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Y.Iwasaka et al.: "Lidar measurements at Alaska,1991-1994 -Pinatubo volcanic effect on stratospheric aerosol layer-" Rev.Laser Engin.Vol.23. 166-170 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Y.Iwasaka et al.: "Polar vortex meandering and stratospheric aerosol distribution,lidar measurements at Alaska" J.Geomag.Geoelectr.Vol.48. 1157-1168 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Wada,M.and H.Konishi: "A study of precipitating clouds in the vicinity of three fronts and cyclone obtained from obser vations of microwave radiometer and vertically pointing radar in Svalbard,Arctic." Proc.12th International Conference on Clouds and Precipitation. Vol.1. 694-697 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Aoki,S.et al.: "Carbon dioxide variations in the Greenland Sea" Proc.Int.Symp.Env.Res.in the Arctic,19-21 Jul.1995,Tokyo.,Mem.Natl.Pol.Res.,Spec.Issue. No.51. (in press) (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Kotake,T.et al.: "Northern high-latitude total ozone decrease in the late March 1995 : Effect of vertical air motion in the lower stratosphere" Geophys.Res.Lett.(1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Okano,S.,M.Okabayashi,and H Gernandt,Mem.: "Observations of Ozone Profiles in the Upper Stratosphere Using a UV Sensor on board a Light-Weight High-Altitude Balloon" Natl.Inst.Polar Res.,Spec.Issue. 51. 229-235 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T.Shibata et al.: "The appearance of polar stratospheric cloouds over Spitsbergen in winter 1994/1995 observed by a lidar" Proc.NIPR Symp.No.51(in press). (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.Shibata et al.: "Raman Lidar Observations : Simultaneous Measurements of Water Vapor, temperature and Aerosol Vertical Profiles, Part" J.Geomag.Geoelectr.Vol.48. 1127-1135 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.Shibata et al.: "Raman Lidar Observations : Simultaneous Measurements of Water Vapor, Temperature and Aerosol Vertical Profiles Part" J.Geomag.Geoelectr.Vol.48. 1137-1144 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.Shibata et al.: "Liquid particles and Vertical Sandwich Structure of Polar Stratospheric Clouds Observed by a Lidar over Spitsbergen in the Winter 1994/1995" J.Geophys.Res.Vol.102(in press). (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Y.Iwasaka et al.: "Lidar measurements at Alaska, 1991-1994 -Pinatubo volcanic effect on stratospheric aerosol layr-" Rev.Laser Engin.Vol.23. 166-170 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Y.Iwasaka et al.: "Polar vortex meandering and stratospheric aerosol distribution, lidar measurements at Alaska" J.Geomag.Geoelectr.Vol.48. 1157-1168 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Wada, M.and H.Konishi: "A study of precipitating clouds in the vicinity of three fronts and cyclone obtained from observations of microwave radiometer and vertically pointing radar in Svalbard, Arctic." Proc.12th International Conference on Clouds and Precipitation. Vol.1. 694-697 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Aoki, S.et al.: "Carbon dioxide variations in the Greenland Sea" Proc.Int.Symp.Env.Res.in the Arctic, 19-21 Jul.1995, tokyo. No.51. (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Kotake, T.et al.: "Northern high-latitude total ozone decrease in the late March 1995 : Effect of vertical air motion in the lower stratosphere" Geophys.Res.Lett.(1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Okano, S., M.Okabayashi, and H Gernandt, Mem.Natl.: "Observations of Ozone Profiles in the Upper Stratosphere using a UV Sensor on board a Light-Weight High-Altitude Balloon" Inst.Polar Res., Spec.Issue. 51. 229-235 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.Shibata et al.: "The appearance of polar stratospheric cloouds over Spitsbergen in winter 1994/1995 observed by a lidar" Proc.NIPR Symp.NO.50(印刷中). (1997)
• [文献書誌] T.Shibata et al.: "Raman Lidar Observations:Simil taneous Measurements of Water Vapor,Temperature and Aerosol Vertical Profiles,Part I" J.Geomag.Geoelectr.VOL.48. 1127-1135 (1996)
• [文献書誌] T.Shibata et al.: "Raman Lidar Observations:Simil taneous Measurements of Water Vapor,Temperature and Aerosol Vertical Profiles,Part II" J.Geomag. Geoelectr.VOL.48. 1137-1144 (1996)
• [文献書誌] T.Shibata et al.: "Liquid Particles and Vertical Sandwich Structure of Polar Stratospheric Clounds Observed by a Lidar over Spitsbergen in the Winter 1994/1995" J.Geophys.Res.VOL.102(印刷中). (1997)
• [文献書誌] Y.Iwasaka et al.: "Size distribution of aerosol particles in the free troposphere:Aircraft measurements in the spring of 1991-1994 over Japan" Terr.Atmos.Ocean Sci.(印刷中). (1997)
• [文献書誌] Y.Iwasaka et al.: "Stratospheric ozone and aerosol measurements in winter 1993/1994 overmid-Japan" J.Met.Soc.Jpn.14・3(印刷中). (1997)
• [文献書誌] T.Shibata et al.: "The appearance of polar stratospheric cloouds over Spitsbergen in winter 1994/1995 observed by a lidr" Proc. NIPR Symp.(投稿中).
• [文献書誌] T.Shibata et al.: "Raman Lidar Observations : Simul taneous Measurements of Water Vapor, Temperature and Aerosol Vertical Profiles, Part I" J. Geomag. Geoelectr.(投稿中).
• [文献書誌] T.Shibata et al.: "Raman Lidar Observations : Simul taneous Measurements of Water Vapor, Temperature and Aerosol Vertical Profiles,Part II" J. Geomag. Geoelectr.(投稿中).
• [文献書誌] T.Shibata et al.: "Liquid Particles and Vertical Sandwich Structure of Polar Stratospheric Clouds Observed by a Lidar over Spitsbergen in the Winter 1994/1995" J. Geophys. Res.(投稿中).
• [文献書誌] Y.Iwasaka et al.: "Size distribution of aerosol particles in the free troposphcre : Aircraft measurements in the spring of 1991-1994 over Japan" Terr. Atmos. Ocean. Sci.(印刷中).
• [文献書誌] Y.Iwasaka et al.: "Stratospheric ozone and aerosolmeasurements in winter 1993/1994 over mid-Japan" J. Met. Soc. Jpn.(投稿中).