赤外分光法による大気中イソプレンの動態と大気質への影響の長期変動に関する研究

• 研究課題/領域番号: 21H03589
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 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: 名古屋大学
• 研究代表者: 長濱 智生 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 准教授 (70377779)
• 研究分担者: 村田 功 東北大学, 環境科学研究科, 准教授 (00291245) ; 森野 勇 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 (90321827)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 16,640千円 (直接経費: 12,800千円、間接経費: 3,840千円); 2023年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2022年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円); 2021年度: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円)
• キーワード: イソプレン / 赤外分光法 / 対流圏オゾン / 大気汚染物質 / 長期変動 / リトリーバル解析

研究開始時の研究の概要

都市域とその周辺において大気汚染物質の増加による大気質の低下は住民の健康影響を引き起こす。そのため、それらを抑制し、大気質を保全することは今日的な課題である。
なかでも、イソプレンは大気中の酸化過程により、対流圏オゾン等の大気汚染物質を生成する。本研究では大気中のイソプレン濃度を太陽光赤外吸収スペクトル観測データから解析する手法を確立し、対流圏オゾン等の大気汚染物質と併せて上空のイソプレン濃度の過去20年間以上にわたる長期動態を世界で初めて観測的に明らかにする。さらにイソプレンと大気汚染物質の濃度変動の関係とその要因を化学輸送モデルも活用して解明し、大気質の評価と将来予測の精緻化等に貢献する。

研究実績の概要

本研究は赤外分光法による太陽光吸収スペクトル観測からイソプレン濃度を解析する手法を新たに開発し、過去20年以上に及ぶ観測データから大気中のイソプレンと大気汚染物質の濃度を解析してそれらの関係と要因について化学輸送モデルも活用して解明することを目的とする。
３年次も、陸別及びつくばで稼働する高分解能FTIRによる太陽光吸収スペクトル観測を継続し、データを取得した。イソプレンカラム量解析は、新たにつくばで取得されたデータに対して狭帯域プロトコルによる解析を行った。得られたイソプレンの時間変動は陸別と異なり、不規則な季節変動と減少トレンドが現れた。これは従来の知見とは異なることから、解析プロトコルの問題であると考えられる。つくばは都市域に近く、緯度も低いため、水蒸気等の影響が陸別よりも大きい。さらに、国際ネットワーク観測では、極域から熱帯域まで観測地点を展開しており、水蒸気量などの環境が大きく異なるため、この問題を解決することが不可欠である。そこで、我々はオーストラリア及びベルギーの研究機関と協力し、彼らの観測データを提案予定の解析プロトコルで解析を行い、問題点を明らかにする取り組みを開始した。
ラグランジュ型化学輸送モデルについては、対流圏化学反応モデルの取り込みとプログラム改良を行い、1999年3月に陸別上空で見られたイソプレンカラム量の増加イベントの再現を試みた。しかし、イソプレンカラム量の増加は再現できず、季節変化も観測値の1/4以下となり、化学反応のモデル記述に問題があることがわかった。
名古屋に設置した高分解能FTIRに関しては、メーカとの協力により装置内部の電子部品の調査を行い、原因が電源部品劣化による電圧リップルであることがわかったため、交換品を発注している。今後、メーカの協力のもとで再立ち上げを行って、都市域の大気微量成分の観測を行う。

現在までの達成度 (段落)

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] National Center for Atmospheric Research/Jet Propulsion Laboratory(米国)
• [国際共同研究] BIRA-IASB(ベルギー)
• [国際共同研究] Chinese Academy of Sciences(中国)
• [国際共同研究] University of Wollongong(オーストラリア)
• [国際共同研究] National Center for Atmospheric Research/Jet Propulsion Laboratory(米国)
• [国際共同研究] BIRA-IASB(ベルギー)
• [国際共同研究] National Center for Atmospheric Research/Jet Propulsion Laboratory(米国)
• [国際共同研究] BIRA-IASB(ベルギー)
• [雑誌論文] Bias correction of OMI HCHO columns based on FTIR and aircraft measurements and impact on top-down emission estimates (2024)
  • 著者名/発表者名: Muller, J.-F., Stavrakou, T., Oomen, G.-M., Opacka, B., De Smedt, I., Guenther, A., Vigouroux, C., Langerock, B., Aquino, C. A. B., Grutter, M., Hannigan, J., Hase, F., Kivi, R., Lutsch, E., Mahieu, E., Makarova, M., Metzger, J.-M., Morino, I., Murata, I., Nagahama, T., Notholt, J., Ortega, I., Palm, M., et al.
  • 雑誌名: Atmospheric Chemistry and Physics 巻: 24 号: 4 ページ: 2207-2237
  • DOI: 10.5194/acp-24-2207-2024
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Validation of OMPS Suomi NPP and OMPS NOAA‐20 Formaldehyde Total Columns With NDACC FTIR Observations (2023)
  • 著者名/発表者名: H.-A. Kwon, G. Gonzalez Abad, C. R. Nowlan, H. Chong, A. H. Souri, C. Vigouroux, A. Rohling, R. Kivi, M. Makarova, J. Notholt, M. Palm, H. Winkler, Y. Te, R. Sussmann, M. Rettinger, E. Mahieu, K. Strong, E. Lutsch, S. Yamanouchi, T. Nagahama, J. W. Hannigan, M. Zhou, I. Murata, M. Grutter, et al. (I. Morino)
  • 雑誌名: Earth and Space Science 巻: 10 号: 5
  • DOI: 10.1029/2022ea002778
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Anomalies of O3, CO, C2H2, H2CO, and C2H6 detected with multiple ground-based Fourier-transform infrared spectrometers and assessed with model simulation in 2020: COVID-19 lockdowns versus natural variability (2023)
  • 著者名/発表者名: Ortega Ivan, Gaubert Benjamin, Hannigan James W., Brasseur Guy, Worden Helen M., Blumenstock Thomas, Fu Hao, Hase Frank, Jeseck Pascal, Jones Nicholas, Liu Cheng, Mahieu Emmanuel, Morino Isamu, Murata Isao, Notholt Justus, Palm Mathias, Rohling Amelie, Te Yao, Strong Kimberly, Sun Youwen, Yamanouchi Shoma
  • 雑誌名: Elem Sci Anth 巻: 11 号: 1
  • DOI: 10.1525/elementa.2023.00015
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Long-range transport of CO and aerosols from Siberian biomass burning over northern Japan during 18?20 May 2016 (2023)
  • 著者名/発表者名: Ngoc Trieu Tran Thi、Morino Isamu、Uchino Osamu、Tsutsumi Yukitomo、Izumi Toshiharu、Sakai Tetsu、Shibata Takashi、Ohyama Hirofumi、Nagahama Tomoo
  • 雑誌名: Environmental Pollution 巻: 322 ページ: 121129-121129
  • DOI: 10.1016/j.envpol.2023.121129
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Nitrous Oxide Profiling from Infrared Radiances (NOPIR): Algorithm Description, Application to 10 Years of IASI Observations and Quality Assessment (2022)
  • 著者名/発表者名: Vandenbussche Sophie、et al. (Morino Isamu、Nagahama Tomoo)
  • 雑誌名: Remote Sensing 巻: 14 号: 8 ページ: 1810-1810
  • DOI: 10.3390/rs14081810
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Global Atmospheric OCS Trend Analysis From 22 NDACC Stations (2022)
  • 著者名/発表者名: Hannigan James W.、et al. (Morino Isamu, Murata Isao, Nagahama Tomoo)
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Atmospheres 巻: 127 号: 4 ページ: 1-28
  • DOI: 10.1029/2021jd035764
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] First ground-based Fourier transform infrared (FTIR) spectrometer observations of HFC-23 at Rikubetsu, Japan, and Syowa Station, Antarctica (2021)
  • 著者名/発表者名: Takeda Masanori、Nakajima Hideaki、Murata Isao、Nagahama Tomoo、Morino Isamu、Toon Geoffrey C.、Weiss Ray F.、Muhle Jens、Krummel Paul B.、Fraser Paul J.、Wang Hsiang-Jui
  • 雑誌名: Atmospheric Measurement Techniques 巻: 14 号: 9 ページ: 5955-5976
  • DOI: 10.5194/amt-14-5955-2021
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Validation of methane and carbon monoxide from Sentinel-5 Precursor using TCCON and NDACC-IRWG stations (2021)
  • 著者名/発表者名: Sha Mahesh Kumar、et al., (Morino Isamu、Nagahama Tomoo)
  • 雑誌名: Atmospheric Measurement Techniques 巻: 14 号: 9 ページ: 6249-6304
  • DOI: 10.5194/amt-14-6249-2021
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] A study of interannual variation of ozone and other minor constituents in the stratosphere using digital filters (2023)
  • 著者名/発表者名: Tianliang Yang, Tomoo Nagahama, Tac Nakajima
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2023年大会
• [学会発表] 名古屋に設置された高分解能FTIR装置による都市域大気組成モニタリング観測 (2023)
  • 著者名/発表者名: 長濵智生、水野亮、中島拓、村田功、森野勇
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2023年大会
• [学会発表] A new urban observation site in Nagoya, Japan (2023)
  • 著者名/発表者名: Tomoo Nagahama, Akira Mizuno, Tac Nakajima, Isao Murata, Isamu Morino, Hideaki Nakajima
  • 学会等名: NDACC/IRWG-TCCON-COCCON Annual Meeting 2023
  • 国際学会
• [学会発表] Long-term variation of isoprene column amount measured with high-resolution FTIR at Rikubetsu, Japan (2023)
  • 著者名/発表者名: Tomoo Nagahama, Isao Murata, Isamu Morino
  • 学会等名: NDACC/IRWG-TCCON-COCCON Annual Meeting 2023
  • 国際学会
• [学会発表] Retrieval of methane isotopes at 3 and 8 micron regions from the spectra observed at Tsukuba, Japan (2023)
  • 著者名/発表者名: I. Murata, T. Nagahama, H. Nakajima, I. Morino
  • 学会等名: NDACC/IRWG-TCCON-COCCON Annual Meeting 2023
  • 国際学会
• [学会発表] Aura/MLS 衛星データによる日食時の中高層大気微量分子応答の統計解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: Tianliang Yang, Tomoo Nagahama, Taku Nakajima, Akira Mizuno
  • 学会等名: 地球電磁気・地球惑星圏学会2023年秋季年会
• [学会発表] 高分解能FTIR観測よる陸別上空のHCFC-22、HFC-23カラム量の再解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 杉本一郎, 長濱智生, 森野勇
  • 学会等名: 第28回大気化学討論会
• [学会発表] 高分解能FTIRによるイソプレンカラム量解析と時間変動 (2023)
  • 著者名/発表者名: 長浜智生、森野勇、村田功
  • 学会等名: 第28回大気化学討論会
• [学会発表] つくばFTIR観測で捉えたHCFC-22の減少 (2023)
  • 著者名/発表者名: 村田功、長濱智生、森野 勇、中島英彰
  • 学会等名: 第28回大気化学討論会
• [学会発表] Characteristics of the Digital Filter Method for the Analyses of Long-term Variations of Stratospheric Ozone and Other Species with AURA/MLS Satellite Data (2022)
  • 著者名/発表者名: 楊天量、長浜智生、中島拓
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2022年大会
• [学会発表] Description of the NIES FTIR observing system at Tsukuba, Japan: candidate for qualification as NDACC instrument (2022)
  • 著者名/発表者名: I. Murata, I. Morino, H. Nakajima
  • 学会等名: TCCON/COCCON/NDACC 2022 Joint Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] FTIR観測によるメタン同位体導出 (2022)
  • 著者名/発表者名: 村田功、長浜智生、中島英彰、森野勇
  • 学会等名: 第27回大気化学討論会
• [学会発表] 陸別高分解能FTIRによるイソプレンカラム量の長期変動解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 長濱智生, 村田功, 森野勇
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2022年大会
• [学会発表] 地上高分解能FTIRによる太陽光吸収スペクトルからのイソプレンカラム量解析手法の研究 (2021)
  • 著者名/発表者名: 長濱智生, 森野勇, 村田功
  • 学会等名: 第26回大気化学討論会
• [備考] 大気圏環境変動研究室
  • URL: https://skx1.isee.nagoya-u.ac.jp/
• [備考] 名古屋大学宇宙地球環境研究所
  • URL: https://www.isee.nagoya-u.ac.jp/