| 研究課題/領域番号 |
16H02933
|
|---|
| 研究機関 | 東京農工大学 |
|---|
研究代表者 |
松田 和秀 東京農工大学, 農学部, 准教授 (50409520)
|
|---|
| 研究分担者 |
反町 篤行 福島県立医科大学, 医学部, 准教授 (60466050)
堅田 元喜 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力基礎工学研究センター, 研究職 (00391251)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
|
| キーワード | 乾性沈着 / 硝酸アンモニウム粒子 / PM2.5 / エアロゾル / 反応性窒素 / 緩和渦集積法 / デニューダ / 森林 |
|---|
| 研究実績の概要 |
ガス状および粒子状反応性窒素の森林への複雑な沈着プロセスを解明し、反応性窒素の生態系への負荷量を精度よく評価できる手法を確立することを目的として、東京農工大学フィールドミュージアム（FM）多摩丘陵の森林にある観測鉄塔を利用して、当該関連物質の乾性沈着観測を実施した。
PM2.5乾性沈着フラックス測定用に開発された緩和渦集積（REA）サンプリングシステムに、デニューダ法によるガス捕集部を取り入れ、ガス・粒子状反応性窒素成分用のシステムを開発した。これにより、サンプリング中の硝酸アンモニウム粒子の揮発の影響（アーティファクト）を軽減させることに成功し、改良前の方法に比べて沈着速度の測定精度を向上させることができた。また、電子式低圧インパクタを用いた森林内部における粒径分布のプロファイル測定システムを作製し、システム内の粒子損失や応答特性に関する性能評価試験を行った。
FM多摩丘陵において、2016年10月から2017年1月にかけてガス・粒子状反応性窒素成分の乾性沈着観測を行った結果、PM2.5成分において、硫酸イオンに比べて硝酸イオンの方が、沈着速度が大きく、かつ、森林下方への減衰が大きいことが見出された。半揮発性である硝酸アンモニウム粒子が森林表面で揮発し、ガスとなって効率よく大気から除去されるメカニズムが働いている可能性が示唆された。さらに、粒子の森林内部におけるプロファイルは、粒径に依存することが明らかになった。大気－植生－土壌多層モデルの開発に関し、当該モデルを改良して、大気－森林間のガス・粒子状反応性窒素成分の交換を計算できるようにし、FM多摩丘陵において適用可能な設定を行った。
第57回大気環境学会において、特別集会「反応性窒素の沈着プロセスおよび沈着量評価研究の現在」を企画、開催し、研究組織内外の研究者らと情報交換を行った。
|
| 現在までの達成度 (区分) |
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
PM2.5成分において、硫酸イオンに比べて硝酸イオンの方が、沈着速度が大きい可能性はこれまで指摘されていたが、いずれも濃度勾配から推定されたものであり、本研究で初めて、鉛直移動を直接測定するREA法によってその実証がなされた。さらに、上記のアーティファクトの影響を補正できるデニューダ法を導入したことにより、長期間のサンプリングが可能になり、定量に十分な量を捕集することによって沈着速度の測定精度を向上させることができた。
当該システムをFM多摩丘陵の森林における乾性沈着観測に用いて、2016年10月以降、1週間毎に連続して乾性沈着観測を実施した。従来のシステムに比べて測定誤差は1/10程度であり、着葉期と落葉期を含む期間のデータセットを得ることができた。また、粒径別に粒子の森林内部における動態を把握できるプロファイル測定も可能となり、森林における粒子の輸送や沈着等の過程を詳細に把握できるようになった。
大気－植生－土壌多層モデルの開発に関しては、改良したモデルをFM多摩丘陵の森林に適用し、計算結果を過去に観測された森林上のフラックスや森林内部の気温・湿度・大気濃度データと比較することで、当該サイトにモデルを適用できることを示した。
以上の進捗状況から、本研究における次年度の沈着メカニズムの解明と大気－植生－土壌多層モデルの開発にむけて、貴重なデータセットが得られていると考えられ、かつ、別地点での新たな観測にむけての準備が整ったと判断される。
|
| 今後の研究の推進方策 |
本年度（平成28年度）に開発したデニューダREAサンプリングシステムおよびプロファイル測定システムを用いて、引き続きFM多摩丘陵の森林におけるガス・粒子状反応性窒素成分および粒径別の沈着速度および森林内部のプロファイル観測を実施し、年間を通した観測データを得る。当該データを集約して解析し、ガス・粒子状窒素成分の森林への沈着プロセスへ寄与している主要因を明らかにする。
FM多摩丘陵をコアサイトとし、コアサイトにおける結果の汎用性を調べるために、異なる気候帯に属する森林において同様な観測を実施する。平成29年度は、亜寒帯に属する北海道大学天塩研究林（北海道）において7月下旬から8月上旬にかけて集中観測を実施し、コアサイト（温帯）に対して対照的な森林における比較データを取得する。なお、観測機器はコアサイトから輸送して天塩研究林施設のカラマツ林内にある観測鉄塔へ設置し、サンプリング・測定を実施する。
大気－植生－土壌多層モデルの開発に関しては、コアサイトにおける平成28年度から蓄積されたデータセットを活用して詳細な検証を行い、ガス・粒子状反応性窒素の沈着量の推計精度を向上させるための改良を施す。
|
