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。

研究成果の概要

赤外分光法による太陽光吸収スペクトル観測から大気中の揮発性有機化合物の1/3を占めるイソプレン濃度を解析する手法を新たに開発し、15年以上に及ぶ観測データから大気中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解明を行った。波長11μm帯の吸収スペクトル観測データからリトリーバル解析によりイソプレンカラム量を求めることに成功し、季節変動、長期トレンド、突発的な増加現象を新たに見出した。また、イソプレンとその酸化で生成されるホルムアルデヒドの相関解析から、突発増加時にイソプレン大気寿命が通常の5-10倍長くなっていることを明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究により、赤外分光観測データからイソプレンカラム量の解析手法が初めて確立できた。これにより国際観測ネットワークとして世界20か所以上で行われている高分解能赤外分光計を用いた太陽光吸収スペクトル観測データから、長期にわたるイソプレンカラム量の時間変動を得ることが可能となった。赤外域にはイソプレンだけでなく大気汚染に関連する微量分子のスペクトルが多数存在するため、世界各地でイソプレンと大気汚染物質の長期にわたる動態を同時に把握することが可能となり、イソプレンから大気汚染物質への変質量について定量的な理解と全球の大気質評価と将来予測の精緻化に貢献できる。

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/