海洋大気バイオエアロゾルの起源と氷晶核化：蛍光特性で探る生態系・物質・雲のリンク

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H04143
• 研究機関: 国立研究開発法人海洋研究開発機構
• 研究代表者: 金谷 有剛 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), センター長 (60344305)
• 研究分担者: 伊藤 彰記 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 地球環境部門(環境変動予測研究センター), 主任研究員 (00419144) ; 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) ; 松本 和彦 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), 准研究主任 (50359155) ; 竹谷 文一 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), 主任研究員 (50377785) ; 當房 豊 国立極地研究所, 研究教育系, 助教 (60572766)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 大気海洋物質循環 / 気候変動 / 地球環境物質科学 / 有機エアロゾル / 起源 / ゲル状有機態粒子 / バクテリア

研究実績の概要

海洋地球研究船「みらい」の北極航海MR19-03Cや太平洋熱帯～中緯度航海MR18-06Leg4等で得られたデータ・試料を分析した。太平洋航海では、大気中の自家蛍光性エアロゾル粒子について、DNA染色蛍光性粒子との相関関係から生物起源粒子として扱えることを確かめた。一方、海洋表層の生物活動指標としてクロロフィルaやバクテリア、ゲル状有機態粒子（含多糖類TEP、含タンパク質CSP）に着目し、校正の高度化等で定量性を向上させた。それらを複合し、風による表層からの巻き上げ効果を考慮した解析から、中央太平洋上の海洋性気塊での蛍光性バイオ粒子数濃度は、TEPやバクテリアと正相関すること(R>=0.80)を見出した。TEPがバクテリアとともに大気へ巻き上がりバイオ粒子を形成するメカニズムが示唆され、バイオ粒子の数値モデル表現を検証できる濃度予測式を定式化した。MR19-03Cでの同様の解析では、粒径2.5μm以上の粗大粒子に限定した際に相関係数が高まった(R～0.6)が低緯度よりは低く、陸域の影響等を考察した。北極航海では大気中の氷晶核数濃度の時空間変動も明らかにした。日本以北の全海域では-24℃以上で氷晶核となる粒子数濃度は粗大蛍光性粒子数と正相関し(R=0.68)、蛍光特性を限定するとR>0.8に達した。北極海・ベーリング海に限定すると、風速を考慮した場合、クロロフィルa, TEP, CSPとも高い相関(R=0.57-0.89)を示した。2018年11月には北極域下層雲の鉛直構造を観測し、強風時に氷晶核となりうる粒子が海から多量に供給され、雲の下層部で氷晶の割合が増大することを報告した。大気化学輸送モデルを用い、海洋表層から供給される海塩粒子、その有機物含有量およびその氷晶核数濃度の分布を表現し、観測データに対するバイオ粒子の重要性を評価し、雲・放射へのインパクトを計算した。

現在までの達成度 (段落)

令和2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2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] University of California/NASA Goddard Institute for Space Studies/Columbia University(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: University of California/NASA Goddard Institute for Space Studies/Columbia University
• [国際共同研究] University of Tasmania(オーストラリア)
  • 国名: オーストラリア
  • 外国機関名: University of Tasmania
• [雑誌論文] Classification of aerosol-cloud interaction regimes over Tokyo (2022)
  • 著者名/発表者名: Misumi, R., Uji, Y., Miura, K., Mori, T., Tobo, Y., Iwamoto, Y.
  • 雑誌名: Atmospheric Research 巻: 272 ページ: －
  • DOI: 10.1016/j.atmosres.2022.10
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Estimates of mass absorption cross sections of black carbon for filter-based absorption photometers in the Arctic (2021)
  • 著者名/発表者名: Ohata Sho, Mori T., Kondo Y., Sharma S., Hyvarinen A., Andrews E., Tunved P., Asmi E., Backman J., Servomaa H., Veber D., Eleftheriadis K., Vratolis S., Krejci R., Zieger P., Koike M., Kanaya Y., Yoshida A., Moteki N., Zhao Y., Tobo Y., Matsushita J., Oshima N.
  • 雑誌名: Atmospheric Measurement Techniques 巻: 14 ページ: 6723～6748
  • DOI: 10.5194/amt-14-6723-2021
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Less atmospheric radiative heating by dust due to the synergy of coarser size and aspherical shape (2021)
  • 著者名/発表者名: Ito Akinori、Adebiyi Adeyemi A.、Huang Yue、Kok Jasper F.
  • 雑誌名: Atmospheric Chemistry and Physics 巻: 21 ページ: 16869～16891
  • DOI: 10.5194/acp-21-16869-2021
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Dominance of the residential sector in Chinese black carbon emissions as identified from downwind atmospheric observations during the COVID-19 pandemic (2021)
  • 著者名/発表者名: Kanaya Yugo、Yamaji Kazuyo、Miyakawa Takuma、Taketani Fumikazu、Zhu Chunmao、Choi Yongjoo、Ikeda Kohei、Tanimoto Hiroshi、Yamada Daichi、Narita Daiju、Kondo Yutaka、Klimont Zbigniew
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 ページ: －
  • DOI: 10.1038/s41598-021-02518-2
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 大気窒素化合物の日本海への沈着が表層クロロフィルa濃度に及ぼす影響 (2021)
  • 著者名/発表者名: 竹谷 文一、相田 真希、関谷 高志、山地 一代、池田 恒平、松本 和彦、本多 牧生、金谷 有剛
  • 雑誌名: エアロゾル研究 巻: 36 ページ: 46～54
  • DOI: 10.11203/jar.36.46
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Fluorescent biological aerosol particles over the central Pacific Ocean: covariation with ocean surface biological activity indicators (2021)
  • 著者名/発表者名: Kawana Kaori、Matsumoto Kazuhiko、Taketani Fumikazu、Miyakawa Takuma、Kanaya Yugo
  • 雑誌名: Atmospheric Chemistry and Physics 巻: 21 ページ: 15969～15983
  • DOI: 10.5194/acp-21-15969-2021
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Oceanic Supply of Ice‐Nucleating Particles and Its Effect on Ice Cloud Formation: A Case Study in the Arctic Ocean During a Cold‐Air Outbreak in Early Winter (2021)
  • 著者名/発表者名: Inoue Jun、Tobo Yutaka、Taketani Fumikazu、Sato Kazutoshi
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 48 ページ: －
  • DOI: 10.1029/2021gl094646
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Application of cloud particle sensor sondes for estimating the number concentration of cloud water droplets and liquid water content: case studies in the Arctic region (2021)
  • 著者名/発表者名: Inoue Jun、Tobo Yutaka、Sato Kazutoshi、Taketani Fumikazu、Maturilli Marion
  • 雑誌名: Atmospheric Measurement Techniques 巻: 14 ページ: 4971～4987
  • DOI: 10.5194/amt-14-4971-2021
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] High Potential of Asian Dust to Act as Ice Nucleating Particles in Mixed‐Phase Clouds Simulated With a Global Aerosol‐Climate Model (2021)
  • 著者名/発表者名: Kawai Kei、Matsui Hitoshi、Tobo Yutaka
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Atmospheres 巻: 126 ページ: －
  • DOI: 10.1029/2020jd034263
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Seasonal Variation of Wet Deposition of Black Carbon at Ny‐?lesund, Svalbard (2021)
  • 著者名/発表者名: Mori Tatsuhiro、Kondo Yutaka、Ohata Sho、Goto‐Azuma Kumiko、Fukuda Kaori、Ogawa‐Tsukagawa Yoshimi、Moteki Nobuhiro、Yoshida Atsushi、Koike Makoto、Sinha P. R.、Oshima Naga、Matsui Hitoshi、Tobo Yutaka、Yabuki Masanori、Aas Wenche
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Atmospheres 巻: 126 ページ: －
  • DOI: 10.1029/2020jd034110
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Visualization of the seasonal shift of a variety of airborne pollens in western Tokyo (2021)
  • 著者名/発表者名: Uetake Jun、Tobo Yutaka、Kobayashi Satoshi、Tanaka Keisuke、Watanabe Satoru、DeMott Paul J.、Kreidenweis Sonia M.
  • 雑誌名: Science of The Total Environment 巻: 788 ページ: 147623～147623
  • DOI: 10.1016/j.scitotenv.2021.147623
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Studies on Arctic aerosols and clouds during the ArCS project (2021)
  • 著者名/発表者名: Koike M.、Goto-Azuma K.、Kondo Y.、Matsui H.、Mori T.、Moteki N.、Ohata S.、Okamoto H.、Oshima N.、Sato K.、Takano T.、Tobo Y.、Ukita J.、Yoshida A.
  • 雑誌名: Polar Science 巻: 27 ページ: 100621～100621
  • DOI: 10.1016/j.polar.2020.100621
• [雑誌論文] Evaluation of aerosol iron solubility over Australian coastal regions based on inverse modeling: implications of bushfires on bioaccessible iron concentrations in the Southern Hemisphere (2020)
  • 著者名/発表者名: Ito Akinori、Perron Morgane M. G.、Proemse Bernadette C.、Strzelec Michal、Gault-Ringold Melanie、Boyd Philip W.、Bowie Andrew R.
  • 雑誌名: Progress in Earth and Planetary Science 巻: 7 ページ: －
  • DOI: 10.1186/s40645-020-00357-9
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 分光学的手法を用いた観測によるアジア大気汚染の統合的理解の推進 (2020)
  • 著者名/発表者名: 金谷 有剛
  • 雑誌名: 天気 巻: 67 ページ: 519～529
  • DOI: 10.24761/tenki.67.9_519
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Rapid reduction in black carbon emissions from China: evidence from 2009?2019 observations on Fukue Island, Japan (2020)
  • 著者名/発表者名: Kanaya Yugo、Yamaji Kazuyo、Miyakawa Takuma、Taketani Fumikazu、Zhu Chunmao、Choi Yongjoo、Komazaki Yuichi、Ikeda Kohei、Kondo Yutaka、Klimont Zbigniew
  • 雑誌名: Atmospheric Chemistry and Physics 巻: 20 ページ: 6339～6356
  • DOI: 10.5194/acp-20-6339-2020
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Seasonal Trends of Atmospheric Ice Nucleating Particles Over Tokyo (2020)
  • 著者名/発表者名: Tobo Yutaka、Uetake Jun、Matsui Hitoshi、Moteki Nobuhiro、Uji Yasushi、Iwamoto Yoko、Miura Kazuhiko、Misumi Ryohei
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Atmospheres 巻: 125 ページ: －
  • DOI: 10.1029/2020JD033658
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] MOSAiCの期間におけるスヴァールバル諸島での氷晶核粒子の季節変動 (2022)
  • 著者名/発表者名: 當房 豊, 松井 仁志, 河合 慶, 大畑 祥, 近藤 豊, Hermansen, O., 猪上 淳, 小池 真
  • 学会等名: 2021年度 エアロゾル・雲・降水の相互作用に関する研究集会
• [学会発表] 北極の大気中でみられるバイオエアロゾルの起源について (2021)
  • 著者名/発表者名: 當房 豊
  • 学会等名: ROIS若手+ベテラン異分野クロストーク
• [学会発表] 北極域でのエアロゾル－雲相互作用 (2021)
  • 著者名/発表者名: 當房 豊
  • 学会等名: 地球惑星システム科学セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] Year-round measurements of ice nucleating particles in Svalbard during MOSAiC 2019/20 (2021)
  • 著者名/発表者名: Tobo, Y., Matsui, H., Kawai, K., Ohata, S., Kondo, Y., Hermansen, O., Inoue, J., Koike, M.
  • 学会等名: 12th Symposium on Polar Science
  • 国際学会
• [学会発表] Introduction of aerosol and cloud research contributors from Japan during MOSAiC (2021)
  • 著者名/発表者名: Tobo, Y.
  • 学会等名: Svalbard/MOSAiC workshop on snow, sea-ice and aerosol interactions in the Arctic
  • 国際学会
• [学会発表] Variability of aerosols related to cloud formation over the Svalbard region (2021)
  • 著者名/発表者名: Tobo, Y.
  • 学会等名: 11th Ice Nucleation Colloquium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 大気中の氷晶核粒子の季節変動：東京スカイツリーの事例 (2021)
  • 著者名/発表者名: 當房 豊, 植竹 淳, 松井 仁志, 茂木 信宏, 宇治 靖, 岩本 洋子, 三浦 和彦, 三隅 良平
  • 学会等名: 2020年度 エアロゾル・雲・降水の相互作用に関する研究集会
• [学会発表] 鉱物ダストの光学的特性に対するエアロゾル放射効果の感度実験に関するモデル相互比較 (2021)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 彰記, Adebiyi Adeyemi A., Huang Yue, Kok Jasper F.
  • 学会等名: 日本気象学会2021年春季大会
• [学会発表] 非球形粗大粒子がエアロゾル放射効果に与える影響 (2021)
  • 著者名/発表者名: Ito, A., Adebiyi Adeyemi A., Huang Yue,Kok Jasper
  • 学会等名: JpGU2021
• [学会発表] Atmospheric radiative heating due to aspherical coarse dust (2021)
  • 著者名/発表者名: Ito, A., Adebiyi Adeyemi A., Huang Yue, Kok Jasper F.
  • 学会等名: Goldshmidt 2021
  • 国際学会
• [学会発表] より粗い粒径と非球面形状の相乗効果のためダストによるより少ない大気の放射加熱 (2021)
  • 著者名/発表者名: Ito, A., Adebiyi Adeyemi A., Huang Yue,Kok Jasper
  • 学会等名: 第62回大気環境学会年会
• [学会発表] 大気化学の将来構想：人新世における海洋エアロゾル・生物の気候フィードバック (2021)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 彰記, 宮崎 雄三, 竹谷 文一, 岩本 洋子, 金谷 有剛, 西岡 純
  • 学会等名: 第26回大気化学討論会
• [学会発表] Effect of the synergy of coarser size and aspherical shape on dust radiative effect (2021)
  • 著者名/発表者名: Ito, A., Adebiyi Adeyemi A., Huang Yue, Kok Jasper
  • 学会等名: AGU Fall Meeting 2021
  • 国際学会
• [学会発表] Estimates of mass absorption cross sections of black carbon for filter-based absorption photometers in the Arctic (2021)
  • 著者名/発表者名: Ohata S., Mori T., Kondo Y., Sharma S., Hyvarinen A., Andrews E., Peter T., Asmi E., Backman J., Servomaa H., Veber D., Eleftheriadis K., Vratolis S., Krejci R., Zieger P., Koike M., KANAYA Y., Yoshida A., MOTEKI N., Zhao Y., TOBO Y., Matsushita J., Oshima N.
  • 学会等名: 4th PACES Open Science Meeting, online
  • 国際学会
• [学会発表] Geographic distribution of fluorescent bioaerosols and roles of marine biological particles in the cloud processes over the Arctic Ocean (2021)
  • 著者名/発表者名: Kaori Kawana, Fumikazu Taketani, Kazuhiko Matsumoto, Takuma Miyakawa, Yutaka Tobo, Yoko Iwamoto, Akinori Ito, Yugo Kanaya
  • 学会等名: 4th PACES Open Science Meeting, online
  • 国際学会
• [学会発表] Ozone and CO observations over open oceans on R/V Mirai from 67S to 75N during 2012-17: Testing global chemical reanalysis TCR-2 in terms of Arctic processes and low ozone levels at low latitudes (2021)
  • 著者名/発表者名: Yugo Kanaya, Kazuyuki Miyazaki, Fumikazu Taketani, Takuma Miyakawa, Hisahiro Takashima, Xiaole Pan, Saki Kato, Kengo Sudo Takashi Sekiya, Jun Inoue, Kazutoshi Sato, Kazuhiro Oshima
  • 学会等名: 16th IGAC Science Conference, online
  • 国際学会
• [学会発表] Ozone Observations over Open Oceans on R/V Mirai from 67S to 75N since 2012: Testing Global Chemical Reanalysis TCR-2 in terms of Arctic Processes and Low Ozone Levels at Low Latitudes (2021)
  • 著者名/発表者名: Yugo Kanaya, Kazuyuki Miyazaki, Fumikazu Taketani, Takuma Miyakawa, Hisahiro Takashima, Xiaole Pan, Saki Kato, Kengo Sudo, Takashi Sekiya, Jun Inoue, Kazutoshi Sato, Kazuhiro Oshima
  • 学会等名: Quadrennial Ozone Symposium 2021, Online
  • 国際学会
• [学会発表] Impact Assessment of Deposition of Atmospheric Nitrogen Compounds to the Surface Chlorophyll-a Concentration over Northwestern Pacific Ocean (2021)
  • 著者名/発表者名: F. Taketani, M. N. Aita, T. Sekiya, K. Yamaji, K. Ikeda, K. Matsumoto, M. C. Honda, K. Sasaoka, Y. Kanaya
  • 学会等名: PICES 2021 virtual Annual meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Ship-based observations of atmospheric aerosols and gases over the Arctic Ocean by R/V Mirai (2021)
  • 著者名/発表者名: F. Taketani, T. Miyakawa, M. Takigawa, M. Yamaguchi, Y. Komazaki, P. Mordovskoi, H. Takashima, Y. Tobo, Y. Tohjima, E. Akane, T. Kikuchi, Y. Kanaya
  • 学会等名: Joint International Symposium: To the New Stage of Collaboration
  • 国際学会
• [学会発表] Geographic distribution of fluorescent bioaerosols and roles of marine biological particles in the cloud processes over the Arctic Ocean (2021)
  • 著者名/発表者名: Kaori Kawana, Fumikazu Taketani, Kazuhiko Matsumoto, Takuma Miyakawa, Yutaka Tobo, Yoko Iwamoto, Akinori Ito, Yugo Kanaya
  • 学会等名: 16th International global atmospheric chemistry (IGAC) conference
  • 国際学会
• [学会発表] 海洋地球研究船「みらい」による 広域の海洋大気微小エアロゾル観測 (2021)
  • 著者名/発表者名: 宮川拓真, 竹谷文一, 駒崎雄一, 角谷麻奈未, Choi Yongjoo, 滝川雅之, 高島久洋, 朱春茂, 金谷有剛
  • 学会等名: 第26回大気化学討論会
• [学会発表] スヴァールバル諸島・Zeppelin山における雲凝結核・氷晶核の研究 (2020)
  • 著者名/発表者名: 當房 豊
  • 学会等名: 気候物質科学セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 観測データに基づいた鉱物ダストによる放射効果の全球モデル研究 (2020)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 彰記, Kok Jasper F.
  • 学会等名: 日本気象学会2020年度春季大会
• [学会発表] オーストラリア起源の鉱物ダスト発生量の過大評価がエアロゾル水溶性鉄濃度に与える影響 (2020)
  • 著者名/発表者名: Ito, A., Perron Morgane M. G., Proemse Bernadette C., Strzelec Michal, Gault-Ringold Melanie, Boyd Philip W., Bowie Andrew R.
  • 学会等名: JpGU-AGU2020
• [学会発表] オーストラリア沿岸地域における海洋地球研究船での大気エアロゾル観測データを用いた大気化学輸送モデル「IMPACT」の評価 (2020)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 彰記, Perron Morgane, Proemse Bernadette, Strzelec Michal, Gault-Ringold Melanie, Boyd Philip, Bowie Andrew
  • 学会等名: 第61回大気環境学会年会
• [学会発表] IMPACTモデルでの粗大ダストエアロゾル放射効果 (2020)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 彰記, Adebiyi Adeyemi A., Huang Yue, Kok Jasper F.
  • 学会等名: 第25回大気化学討論会
• [学会発表] Coarse dust aerosol radiative effect in the IMPACT model (2020)
  • 著者名/発表者名: Ito, A., Adebiyi Adeyemi A.,Huang Yue,Kok Jasper F.
  • 学会等名: AGU fall meeting 2020
  • 国際学会
• [学会発表] 春季中部太平洋域における生物起源蛍光性粒子の時空間分布および蛍光パターン (2020)
  • 著者名/発表者名: 川名華織、竹谷文一、松本和彦、宮川拓真、金谷有剛
  • 学会等名: 日本気象学会2020年度春季大会 (オンライン）
• [学会発表] 2017年夏季の南大洋におけるエアロゾル粒子の船舶観測 (2020)
  • 著者名/発表者名: 宮川拓真、竹谷文一、當房豊、松本和彦、吉末百花、滝川雅之、金谷有剛
  • 学会等名: 第37回エアロゾル科学・技術研究討論会
• [学会発表] 日本海に沈着する大気窒素化合物が表層植物プランクトン濃度へ与える影響評価 (2020)
  • 著者名/発表者名: 竹谷文一, 相田真希, 関谷高志, 山地一代, 池田恒平, 松本和彦, 本多牧生, 金谷有剛
  • 学会等名: 第25回大気化学討論会
• [学会発表] 春季の中部太平洋域におけるバイオエアロゾルの時空間分布および起源同定 (2020)
  • 著者名/発表者名: 川名華織、松本和彦、竹谷文一、宮川拓真、金谷有剛
  • 学会等名: 第25回大気化学討論会
• [学会発表] Influence of deposition of atmospheric nitrogen compounds on the surface marine ecosystem at the Japan Sea (2020)
  • 著者名/発表者名: 竹谷文一、野口真希、山地一代 、関谷高志 、池田恒平 、笹岡晃征 、本多牧生 、松本和彦 、金谷有剛
  • 学会等名: JpGU-AGU2020
• [学会発表] Geographic distribution of marine bioaerosols and roles of biological gel particles over the Arctic Ocean (2020)
  • 著者名/発表者名: Kaori Kawana, Fumikazu Taketani, Kazuhiko Matsumoto, Takuma Miyakawa, Yutaka Tobo, Yoko Iwamoto, Akinori Ito, Yugo Kanaya
  • 学会等名: AGU 2020 Fall Meeting (online)
  • 国際学会
• [備考] 本科研費プロジェクト成果発信用webページ
  • URL: https://ebcrpa.jamstec.go.jp/~yugo/mba/index.html
• [備考] JAMSTEC地球表層システム研究センター 物質循環・人間圏研究グループ webページ
  • URL: https://www.jamstec.go.jp/egcr/j/atmos/