ドローン(UAV)を用いた北日本上空における温室効果ガスの鉛直分布観測

• 研究課題/領域番号: 18K18180
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分63010:環境動態解析関連
• 研究機関: 秋田県立大学
• 研究代表者: 井上 誠 秋田県立大学, 生物資源科学部, 准教授 (00599095)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2020年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2019年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2018年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: 温室効果ガス / ドローン / 二酸化炭素 / 鉛直分布 / 北日本 / 観測手法 / 非分散型赤外(NDIR)分析計 / 水平分布 / 大気観測

研究成果の概要

本研究では、大気中の二酸化炭素(CO2)濃度を観測するためのドローンを開発し、秋田県大潟村上空においてCO2の鉛直分布観測を実施した。2018年から2019年までの約１年間の飛行観測結果をまとめ、夏季には上空よりも地上でCO2濃度が低く、それ以外の季節では濃度の鉛直勾配が小さくなる傾向であることが明らかになった。そのようなCO2濃度の鉛直分布の季節性には、地上の植生分布が深く関わっていることが示唆された。また、大潟村上空でドローンによる水平観測も実施してCO2濃度の水平分布データと気象データの解析を行い、各観測日におけるCO2濃度分布の形成要因を調べた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

上空の温室効果ガス濃度の鉛直分布を高精度で計測する方法は、観測機材を搭載して行う航空機観測やゴム気球に測器を吊り下げて行う観測等に限られているのが現状である。ドローンを用いて地上から高層にかけての温室効果ガスの鉛直分布を計測した例は非常に少なく、世界的にも珍しい試みである。
本研究により高精度で濃度を観測することが実証されれば、手軽にCO2を測る方法としてUAV観測が普及し、地域スケールのCO2濃度分布や変動要因の解明につながる。また、将来、CO2以外の温室効果ガスや微小粒子状物質PM2.5、一酸化炭素等の大気汚染物質もUAVで観測できるようになり、大気観測の応用範囲が広がることが期待される。

研究成果

• [雑誌論文] 二酸化炭素の鉛直プロファイルを現地観測するドローンシステムの試作開発と飛行試験 (2020)
  • 著者名/発表者名: 間所洋和, 井上誠, 永吉武志, 千葉崇, 芳賀ゆうみ, 木口倫, 佐藤和人
  • 雑誌名: 計測自動制御学会論文集 巻: 56 号: 2 ページ: 37-44
  • DOI: 10.9746/sicetr.56.37
  • NAID: 130007798479
  • ISSN: 0453-4654, 1883-8189
  • 査読あり
• [雑誌論文] Measuring Regional Atmospheric CO2 Concentrations in the Lower Troposphere with a Non-Dispersive Infrared Analyzer Mounted on a UAV, Ogata Village, Akita, Japan (2019)
  • 著者名/発表者名: Chiba Takashi、Haga Yumi、Inoue Makoto、Kiguchi Osamu、Nagayoshi Takeshi、Madokoro Hirokazu、Morino Isamu
  • 雑誌名: Atmosphere 巻: 10 号: 9 ページ: 487-487
  • DOI: 10.3390/atmos10090487
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Operation and Maintenance of In-Situ CO2 Measurement System Using Unmanned Aerial Vehicles (2019)
  • 著者名/発表者名: Nomura Kohei、Madokoro Hirokazu、Chiba Takashi、Inoue Makoto、Nagayoshi Takeshi、Kiguchi Osamu、Woo Hanwool、Sato Kazuhito
  • 雑誌名: 19th International Conference on Control, Automation and Systems (ICCAS) (査読付きプロシーディングス) 巻: - ページ: 992-997
  • DOI: 10.23919/iccas47443.2019.8971523
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 秋田県立大学における大気研究の紹介 (2019)
  • 著者名/発表者名: 井上誠・木口倫
  • 雑誌名: 日本気象学会東北支部だより 巻: 88 ページ: 1-2
  • オープンアクセス
• [学会発表] PM2.5 vertical concentration observations using a drone based on comparison of PM2.5 concentration data with small sensor and atmospheric environment measurement station data (2020)
  • 著者名/発表者名: 千葉崇, 小舘正嗣, 木口倫, 井上誠, 間所洋和, 永吉武志
  • 学会等名: JpGU (日本地球惑星科学連合) - AGU Joint Meeting 2020
  • 国際学会
• [学会発表] Operation and Maintenance of In-Situ CO2 Measurement System Using Unmanned Aerial Vehicles (2019)
  • 著者名/発表者名: Nomura K., Madokoro H., Chiba T., Inoue M., Nagayoshi T., Kiguchi O., Woo H., Sato K.
  • 学会等名: 19th International Conference on Control, Automation and Systems (ICCAS)
  • 国際学会
• [学会発表] 非分散型赤外分析計LI-840Aによる二酸化炭素濃度データの精度評価 (2019)
  • 著者名/発表者名: 伊勢貴之, 井上誠, 千葉崇, 小舘正嗣, 木口倫, 森野勇
  • 学会等名: 第71回気候影響・利用研究会
• [学会発表] Regional atmospheric CO2 concentration detected by NDIR onboard a UAV in the lower part of neutrally atmospheric boundary layers in Ogata, Akita, Japan (2019)
  • 著者名/発表者名: Haga Y., Chiba, T., Inoue, M., Kiguchi, O., Nagayoshi, T., Madokoro, H., Ise, T., Abe, M., Morino, I., Sasakawa, M., Machida, T.
  • 学会等名: International Symposium on Agricultural Meteorology
  • 国際学会
• [学会発表] Measurement of atmospheric carbon dioxide using unmanned aerial vehicle for profiling vertical distribution over Akita (2018)
  • 著者名/発表者名: Inoue M., Haga Y., Nagayoshi T., Madokoro H., Takakai F., Kiguchi O., Morino I.
  • 学会等名: 14th iCACGP Quadrennial Symposium / 15th IGAC Science Conference
  • 国際学会
• [学会発表] オゾン層の現状と温室効果ガス観測の取り組み (2018)
  • 著者名/発表者名: 井上誠
  • 学会等名: あきた地球環境会議(CEEA) 環境問題研修会
• [備考] Researchmap メディア報道
  • URL: https://researchmap.jp/met/media_coverage
• [備考] researchmap 井上誠
  • URL: https://researchmap.jp/met/
• [備考] 秋田県立大学 研究者総覧 井上誠
  • URL: https://www.akita-pu.ac.jp/stic/souran/scholar/detail.php?id=310