大気鉛直観測を輸送モデルに同化した東アジアのエアロゾル排出量の改善

• 研究課題/領域番号: 20K12155
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分63010:環境動態解析関連
• 研究機関: 国立研究開発法人国立環境研究所
• 研究代表者: 山下 陽介 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 (40637766)
• 研究分担者: 井上 誠 秋田県立大学, 生物資源科学部, 准教授 (00599095) ; 宮川 拓真 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), 副主任研究員 (30707568)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2022年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2022年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2020年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
• キーワード: エアロゾル / ドローン観測 / 化学輸送モデル / エアロゾル輸送モデル / 大気鉛直観測 / データ同化 / 大気エアロゾル

研究開始時の研究の概要

冬季~春季の日本周辺では、しばしばエアロゾル等の大気汚染物質が増加し、越境汚染の問題など社会的影響も大きい。しかし、東アジアのエアロゾル放出量には推定精度の低い場所の情報も含まれるため、日本付近へのエアロゾル到達量予測やエアロゾルの気候影響評 価の精度を下げてしまう問題がある。本研究では、放出量の推定精度の低い場所の汚染物質を検出しやすい秋田県で地上観測とドローンによる大気鉛直観測を行い、IPCC報告書等に用いられてきた化学輸送モデルに観測情報を同化する画期的な手法で、東アジアの放出量を大幅に改善したエアロゾル予測モデルを開発することを目的とする。

研究実績の概要

冬季~春季の日本周辺では、しばしばエアロゾル等の大気汚染物質が増加し、越境汚染の問題など社会的影響も大きい。しかし、東アジアのエアロゾル放出量には推定精度の低い場所の情報も含まれるため、日本付近へのエアロゾル到達量予測やエアロゾルの気候影響評価の精度を下げてしまう問題がある。本研究では、こうした課題を克服するため、放出量の推定精度の低い場所の汚染物質を検出しやすい秋田県で地上観測とドローンによる大気鉛直観測を行い、化学輸送モデルに観測情報を同化することで放出量の推定精度向上を目指している。
本年度は、秋田県立大学の分担者の協力により、秋田県立大学大潟キャンパスにおいて大気観測を行った。定期的な観測として、ドローンに搭載した二酸化炭素濃度計測器による観測や、地上設置した簡易ブラックカーボン（BC）計による大気エアロゾル観測を行った。また、夏季、冬季2回に渡り集中的な大気観測を行なった。集中観測の際には、海洋研究開発機構の分担者の協力により、大気観測を検証するためのエアサンプラーを使用することができた。エアサンプラーでエアロゾルを捕集したフィルターは、海洋研究開発機構に輸送して分担者が分析し、観測期間中の簡易BC計によるエアロゾル濃度の観測結果と概ね一致する値となっていた。また代表者は、国立環境研究所で化学輸送モデルによる実行・解析環境を構築し、観測結果と化学輸送モデルで行ったシミュレーション結果を組み合わせ、観測期間中の気象場との関連について解析を進めている。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本年度は、コロナ禍による出張制限も緩和されたため、秋田に複数回出張して観測を進めることができた。また国立環境研究所で、化学輸送モデルによる実行・解析環境を構築し、観測結果とシミュレーション結果を組み合わせた分析を開始した。

今後の研究の推進方策

次年度は、秋田県立大学大潟キャンパスにおいて、定期的な観測と複数回の集中的な大気観測を予定している。その際に、ドローンに簡易BC計を取り付けた鉛直大気観測も行う。集中観測の対象としては、春季や秋季など移動性擾乱の多い時期において発達した温帯低気圧により前線付近にトラップされたエアロゾルを観測、冬季に日本の東に発達した低気圧が存在し冬型の気圧配置となった際に北東寄りの風で秋田に到達するエアロゾルを観測、日本海を通過する低気圧や日本の南を通過する高気圧により南東から秋田に到達するエアロゾルを観測、など気象場と関連するエアロゾル輸送の観測を視野に入れている。2年間の観測と輸送モデルによるシミュレーション結果から、定常的な放出量の推定や高濃度事例に関連する動態解析を行う。

研究成果

• [雑誌論文] Dependence of column ozone on future ODSs and GHGs in the variability of 500-ensemble members (2023)
  • 著者名/発表者名: Akiyoshi Hideharu、Kadowaki Masanao、Yamashita Yousuke、Nagatomo Toshiharu
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 13 号: 1
  • DOI: 10.1038/s41598-023-27635-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 成層圏・中間圏の大気化学の諸問題 (2023)
  • 著者名/発表者名: 江口菜穂，山下陽介，秋吉英治，酒井哲、長濱智生、冨川喜弘、中島英彰、杉田考史、坂崎貴俊、斉藤拓也、水野亮
  • 雑誌名: 大気化学研究 巻: 48
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 発達した低気圧による北極域へのブラックカーボン輸送の解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 山下陽介、滝川雅之、五藤大輔、八代尚、佐藤正樹、金谷有剛、竹谷文一、宮川拓真
  • 雑誌名: 月刊海洋 巻: 55 ページ: 180-187
• [雑誌論文] 将来の地球観測への期待 (2022)
  • 著者名/発表者名: 佐藤啓市、池田恒平、寺尾有希夫、山下陽介、町田敏暢、谷本浩志
  • 雑誌名: 地球環境 巻: 26 ページ: 89-100
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] グローバル・ストックテイクに向けた人為起源CO2排出量推定に貢献する衛星観測計画と大気輸送モデル開発の展望 (2022)
  • 著者名/発表者名: 山下陽介、谷本浩志、小田知宏
  • 雑誌名: 天気 巻: 69 ページ: 61-74
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] ９月の発達した低気圧によるシベリアから北極域への黒色炭素エアロゾル輸送に対するモデル分解能の影響 (2021)
  • 著者名/発表者名: YAMASHITA Yousuke、TAKIGAWA Masayuki、GOTO Daisuke、YASHIRO Hisashi、SATOH Masaki、KANAYA Yugo、TAKETANI Fumikazu、MIYAKAWA Takuma
  • 雑誌名: 気象集誌. 第2輯 巻: 99 号: 2 ページ: 287-308
  • DOI: 10.2151/jmsj.2021-014
  • NAID: 130008024842
  • ISSN: 0026-1165, 2186-9057
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Analysis of Arctic Spring Ozone Anomaly in the Phases of QBO and 11-Year Solar Cycle for 1979ー2017 (2021)
  • 著者名/発表者名: Yamashita Yousuke、Akiyoshi Hideharu、Takahashi Masaaki
  • 雑誌名: Atmosphere 巻: 12 号: 5 ページ: 582-582
  • DOI: 10.3390/atmos12050582
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Impact of Unmitigated HFC Emissions on Stratospheric Ozone at the End of the 21st Century as Simulated by Chemistry‐Climate Models (2021)
  • 著者名/発表者名: Dupuy Eric、Akiyoshi Hideharu、Yamashita Yousuke
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Atmospheres 巻: 126 号: 21
  • DOI: 10.1029/2021jd035307
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Methyl Chloroform Continues to Constrain the Hydroxyl (OH) Variability in the Troposphere (2021)
  • 著者名/発表者名: Patra P. K.、Krol M. C.、Prinn R. G.、Takigawa M.、M?hle J.、Montzka S. A.、Lal S.、Yamashita Y.、Naus S.、Chandra N.、Weiss R. F.、Krummel P. B.、Fraser P. J.、O'Doherty S.、Elkins J. W.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Atmospheres 巻: 126 号: 4
  • DOI: 10.1029/2020jd033862
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Projecting ozone hole recovery using an ensemble of chemistry-climate models weighted by model performance and independence (2020)
  • 著者名/発表者名: Amos, M., P. J. Young, J. S. Hosking, J.-F. Lamarque, N. L. Abraham, H. Akiyoshi, A. T. Archibald, S. Bekki, M. Deushi, P. Joeckel, D. Kinnison, O. Kirner, M. Kunze, M. Marchand, D. A. Plummer, D. Saint-Martin, K. Sudo, S. Tilmes, and Y. Yamashita
  • 雑誌名: Atmos. Chem. Phys. 巻: 20 号: 16 ページ: 9961-9977
  • DOI: 10.5194/acp-20-9961-2020
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 地球大気の化学・物質輸送・放射から惑星大気科学を展望する (2023)
  • 著者名/発表者名: 山下陽介
  • 学会等名: 第24回惑星圏研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 極渦の変動とその気候への影響 (2022)
  • 著者名/発表者名: 山下陽介
  • 学会等名: 第75回 気候影響・利用研究会
• [学会発表] 発達した低気圧による北極域へのブラックカーボン輸送の解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 山下陽介，滝川雅之，五藤大輔，八代尚，佐藤正樹，金谷有剛，竹谷文一，宮川拓真
  • 学会等名: 2022年度大槌シンポジウム「多重階層結合系における対流圏大気現象の過去・現在・未来」
  • 招待講演
• [学会発表] 化学気候モデルを用いた海表面温度の南半球成層圏力学場への影響の解析（大アンサンブル実験） (2022)
  • 著者名/発表者名: 山下陽介、秋吉英治、井上誠
  • 学会等名: 第27回大気化学討論会
• [学会発表] 2020/2021年冬季の成層圏突然昇温とその気候影響 (2021)
  • 著者名/発表者名: 山下陽介
  • 学会等名: 第73回 気候影響・利用研究会
• [学会発表] A chemistry-transport modeling to support satellite observations of NO2 and CO2 emitted from megacities (2021)
  • 著者名/発表者名: Yamashita Yousuke, Hiroshi Tanimoto
  • 学会等名: 2021 16th IGAC Science Conference
  • 国際学会
• [学会発表] GOSAT-GW衛星観測をサポートするための輸送モデル開発状況 (2021)
  • 著者名/発表者名: 山下陽介、谷本浩志
  • 学会等名: 第26回大気化学討論会
• [学会発表] Observing anthropogenic emissions of greenhouse gases and air pollutants with the GOSAT-GW satellite: Scientific targets and policy contributions (2021)
  • 著者名/発表者名: Tanimoto H.,Matsunaga T.,Saigusa N.,Sugita T.,Yashiro H.,Morino I.,Saito M.,Ohyama H.,Ikeda K.,Someya Y.,Fujinawa T.,Yamashita Y.,Saeki T.,Kanaya Y.,Sekiya T,Kasai Y.,Sato T.
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2021
• [学会発表] Impact of unmitigated HFC emissions on stratospheric ozone at the end of the 21st century as simulated by chemistry-climate models (2021)
  • 著者名/発表者名: Dupuy Eric、Akiyoshi Hideharu、Yamashita Yousuke
  • 学会等名: Quadrennial Ozone Symposium 2021
  • 国際学会
• [学会発表] The NICAM-SPRINTARS simulations of the transport and wetdeposition of the black carbon emitted from a Siberian forest fire in September 2016 (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamashita, Y., M. Takigawa, D. Goto, H. Yashiro, M. Satoh, Y. Kanaya, F. Taketani, T. Miyakawa
  • 学会等名: Japan Geoscience Union (JpGU)-American Geophysical Union (AGU) Joint Meeting 2020
  • 国際学会
• [学会発表] グローバル・ストックテイクに向けた人為起源CO2排出量推定に貢献する衛星観測計画と大気輸送モデル開発の展望 (2020)
  • 著者名/発表者名: 山下陽介, 山下陽介, 谷本 浩志, 小田 知宏
  • 学会等名: 第25回大気化学討論会
• [学会発表] 赤道成層圏準2年周期振動とその気候への影響 (2020)
  • 著者名/発表者名: 山下陽介, 井上誠
  • 学会等名: 第72回 気候影響・利用研究会