南米SAVER-Net観測網を用いたエアロゾル・大気微量気体の動態把握

2019 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 18KK0289
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 水野 亮 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 教授 (80212231)
• 研究分担者: 西澤 智明 国立研究開発法人国立環境研究所, 環境計測研究センター, 室長 (10462491) ; 神 慶孝 国立研究開発法人国立環境研究所, 環境計測研究センター, 研究員 (30749718) ; 弓本 桂也 九州大学, 応用力学研究所, 准教授 (50607786) ; 長濱 智生 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 准教授 (70377779) ; 秋吉 英治 国立研究開発法人国立環境研究所, 地球環境研究センター, 室長 (80211697) ; 杉田 考史 国立研究開発法人国立環境研究所, 地球環境研究センター, 主任研究員 (90312230)
• 研究期間 (年度): 2018-10-09 – 2024-03-31
• キーワード: エアロゾル / ライダー観測網 / オゾンホール / 同化予測モデル / ミリ波大気分光

研究実績の概要

2019年度は、エアロゾル観測網およびオゾン観測装置群の故障が目立ちその復旧に時間を要した。エアロゾルライダーに関しては、レーザーの故障等により2019年5月後半の時点でチリのライダーのみが稼働している状況に陥った。限られた数でも成果が得られるように復旧作業の優先順位をつけ、まず現地研究者が行える修理からはじめ、2020年2月には分担者の神が現地に出張し集中的に作業を行うことで、年度末の段階でAeroparque、Corodba、Neuquen、Comodoro、Punta Arenasの５台が順調に稼働している状況にまで改善できた。オゾン観測装置群では、故障した低温冷凍機用の冷却水チラーのポンプ交換を行なった。タンク内を洗浄し、原因と考えられた不純物を完全に除去して再稼働を開始したが、２週間後に再びポンプが動かなくなった。これまで３回の故障が停電直後に発生していたため、電気系統の不具合も視野に入れて再度メーカーと原因の絞り込みを行ない再修理の準備をした。観測・解析面においては、2019年の8月にはアマゾン森林火災、2020年1月にはオーストラリアの大規模な森林火災が起源と考えられるエアロゾルイベントを捉えることができた。オゾン予測では、MIROC3.2化学気候モデルを用いて気温、水平風速、オゾンの観測データを同化した初期値を使った南米南端部のオゾン予測を行った。2009年９月下旬～10月上旬の伸張した南極渦によるオゾンホールのケースでは予測と実測値がよい一致を示したが、11月の南極渦崩壊に伴い南米南端方面へ移動したケースでは、モデルの予測開始日によって結果が大きくばらついた。後者についてさらに力学解析を行なった結果、予測がずれた時はプラネタリー波の振幅が小さく極渦の変形が小さかったことがわかり、今後この力学場の違いを生じた原因についてさらに解析を進めることとした。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

研究実績の概要でも述べたように、観測機器の故障に伴い地上観測データの取得が期待どおりに進展しなかったため、「計画よりやや遅れている」とした。エアロゾルライダーについては、あらかじめ現地から報告を受けていた情報をもとに準備を行い対処に赴いたものの、現地で新たに故障が見つかったものがあった。また、相手国側が設計製作した部分で、構造上経年劣化が避けられないところがあることも明らかになった。相手国側の研究者の設計は、観測所の観測要員が定期的にメンテナンスを行えば非常に高いスペックを達成できるものである。開発当初の説明では、観測所には十分なスキルの要員が配備されるとのことであったが、いくつかの観測所では必ずしも期待どおりに保守がなされず経年変化を招くこととなった。そこで、日本側が東アジアに展開しているメンテナンスフリーのAD-Netの設計思想に基づき、光学系システムを抜本的に改良する検討を進めている。ミリ波分光計に関しては、日本国内のメーカーとの議論をもとに対処を行ったにもかかわらず、再開２週間後に故障が再発した。当初想定していなかった電気系の問題も含めて原因を調査し、早急に再稼働させる。
一方、モデル・解析面では着実に研究が進み、成果があがっている。オゾンに関しては、過去の観測データの解析をもとに力学解析を行い、どのようなプロセスがより予測の確度に強い影響を与えているかの理解が大きく進んだ。また、エアロゾルでは、稼働しているライダーにより昨年末から今年の初頭にかけてのオーストラリア大規模な森林火災起源のエアロゾルが検出できた等の成果があがっている、今後地球規模のグローバルなエアロゾル輸送の理解に向け、南米地域の貴重で重要な観測データとなると期待される。

今後の研究の推進方策

データ解析およびモデル関係の研究は順調に進捗している。研究を進める中でいくつか想定外の結果もでてきたが、それらを新たな課題として原因を追求し、解決することで着実に成果をあげている。エアロゾルに関しては、昨年度発生したオーストラリアの大規模森林火災の同化予測とライダー観測結果の比較検証が、今後の同化モデル開発をより発展させるための非常によいテストケースとなると考えられ、2021年度以降しっかりと解析を進めていきたい。
観測装置の安定運用が依然として重要な課題である。政権が交代して相手国の経済状況も好転の兆しを見せ、科学研究にも経費が配分されるようになりつつあるが、全世界を巻き込んでいるコロナ禍により日本からの渡航および相手国内での移動が制限され、新たな問題となっている。実際、ミリ波観測では2020年5月に電気系とポンプの修理部品を持って渡航し、故障対応を行い、観測を再開させる予定であったが、コロナのために渡航できず現地作業をいつ再開できるか不透明な状態が続いている。エアロゾルライダーについても同様の状況で、まだ未対応の４台のライダーの再開の見通しが立たない。少なくとも半年ほどは現地作業が遅れそうな状況であるが、現地との連絡を密にし、現地の状況を把握し、コロナ禍が一段落し現地作業が再開できる状況になった時点で一気に遅れを取り戻すことができるよう、国内で可能な限り想定できるケーススタディーを行い、万全の状態で現地観測の再開を進めたいと考えている。
2020年度は、コロナ禍の影響が比較的少ないデータ解析およびモデル関係の研究を着実に伸ばし、2021年度以降はコロナ禍の終息を待って完全に復旧した観測網からのデータを活用して計画の遅れを取り戻したい。

次年度使用額が生じた理由

年度末に予定していた出張がコロナ感染拡大の影響でキャンセルになったため生じた。
次年度の旅費あるいは消耗品費に合算して使用する予定である。

研究成果

• [国際共同研究] SMN/UNIDEF-DEILAP(アルゼンチン)
  • 国名: アルゼンチン
  • 外国機関名: SMN/UNIDEF-DEILAP
• [国際共同研究] UMAG/DMC(チリ)
  • 国名: チリ
  • 外国機関名: UMAG/DMC
• [雑誌論文] Chlorine partitioning near the polar vortex edge observed with ground-based FTIR and satellites at Syowa Station, Antarctica (2020)
  • 著者名/発表者名: Nakajima, H., I. Murata, Y. Nagahama, H. Akiyoshi, K. Saeki, T. Kinase, M. Takeda, Y. Tomikawa, E. Dupuy, and N. B. Jones
  • 雑誌名: Atmospheric Chemistry and Physics 巻: 20 ページ: 1043-1074
  • DOI: 10.5194/acp-20-1043-2020
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Evaluation of a multi-model, multi-constituent assimilation framework for tropospheric chemical reanalysis (2020)
  • 著者名/発表者名: Miyazaki, K., Bowman, K. W., Yumimoto, K., Walker, T., and Sudo, K.
  • 雑誌名: Atmospheric Chemistry and Physics 巻: 20 ページ: 931-967
  • DOI: 10.5194/acp-20-931-2020
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Transport of Mineral Dust from Africa and Middle East to East Asia with the Lidar Network (AD-Net) (2019)
  • 著者名/発表者名: Nobuo Sugimoto, Yoshitaka Jin, Atsushi Shimizu, Tomoaki Nishizawa, Keiya Yumimoto
  • 雑誌名: Scientific Online Letters on the Atmosphere 巻: 15 ページ: 257-261
  • DOI: 10.2151/sola.2019-046
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Interannual Variation of Upper Stratospheric Ozone in the Northern Midlatitudes in Early Winter Caused by Planetary Waves (2019)
  • 著者名/発表者名: H.Ohyama, T.Sugita, H.Akiyoshi, T.Nagahama, A. Mizuno
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Atmospheres 巻: 124 ページ: 14347-14361
  • DOI: 10.1029/2019JD030824
  • 査読あり
• [雑誌論文] Inverse estimation of NOx emissions over China and India 2005_2016: contrasting recent trends and future perspectives (2019)
  • 著者名/発表者名: Itahashi, S., Yumimoto, K., Kurokawa, J, Morino, Y., Nagashima, T., Miyazaki, K., Maki, T., and Ohara, T.
  • 雑誌名: Environmental Research Letters 巻: 14 ページ: 124020
  • DOI: 10.1088/1748-9326/ab4d7f
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The effect of atmospheric nudging on the stratospheric residual circulation in chemistry-climate models (2019)
  • 著者名/発表者名: Chrysanthou, A., A. C. Maycock, M. P. Chipperfield, S. Dhomse, H. Garny, D. Kinnison, H. Akiyoshi, M. Deushi, R. R. Garcia, P. J_ckel, O. Kirner, G. Pitari, D. A. Plummer, L. Revell, E. Rozanov, A. Stenke, T. Y. Tanaka, D. Visioni, and Y. Yamashita
  • 雑誌名: Atmospheric Chemistry and Physics 巻: 19 ページ: 11559-11586
  • DOI: 10.5194/acp-19-11559-2019
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The SPARC water vapour assessment II: profile-to-profile comparisons of stratospheric and lower mesospheric water vapour data sets obtained from satellites (2019)
  • 著者名/発表者名: Lossow S., Khosrawi F., Kiefer M., Walker K.A., Bertaux J.L., Blanot L., Russell J.M., Remsberg E.E., Gille J.C., Sugita T., Sioris C.E., Dinelli B.M., Papandrea E., Raspollini P., Garcia-Comas M., Stiller G.P., Von Clarmann T., Dudhia A., Read W.G., Nedoluha G.E., Damadeo R.P., Zawodny J.M., Weigel K., 他14名
  • 雑誌名: Atmospheric Measurement Techniques 巻: 12 ページ: 2693-2732
  • DOI: 10.5194/amt-12-2693-2019
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 大気エアロゾル・雲計測ライダー (2020)
  • 著者名/発表者名: 神慶孝，西澤智明
  • 学会等名: レーザー学会学術講演会第40回年次大会
  • 招待講演
• [学会発表] Air quality Forecasting in Japan (2019)
  • 著者名/発表者名: Yumimoto K. et al.
  • 学会等名: Weather and Air Quality Forecasting Applications Workshop
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Research activity and instrumental development for microwave measurements at Nagoya University (2019)
  • 著者名/発表者名: A. Mizuno
  • 学会等名: NDACC Science Workshop in Tsukuba
  • 国際学会
• [学会発表] Long-term monitoring of tropospheric and stratospheric trace gases using ground-based FTIRs in Japan (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Nagahama
  • 学会等名: NDACC Science Workshop in Tsukuba
  • 国際学会
• [学会発表] Aerosol and Cloud Observations Using a Network of Ground-Based Lidars (AD-Net) (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Nizshizawa
  • 学会等名: NDACC Science Workshop in Tsukuba
  • 国際学会
• [学会発表] Development of a wide-field-of-view high-spectral-resolution lidar at 532 nm (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshitaka Jin, Tomoaki Nishizawa, Nobuo Sugimoto, Hajime Okamoto, and Kaori Sato
  • 学会等名: 6th International Symposium on Atmospheric Light Scattering and Remote Sensing (ISALSaRS'19)
  • 国際学会
• [学会発表] Development of a high-spectral-resolution lidar at 355 nm and 532 nm using a scanning interferometer (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshitaka Jin, Tomoaki Nishizawa, Nobuo Sugimoto, Shoken Ishii, Makoto Aoki, Hajime Okamoto, and Kaori Sato
  • 学会等名: The 29th International Laser Radar Conference (ILRC29)
  • 国際学会
• [学会発表] Continuous measurement of particle backscatter and extinction profiles with a 355-nm high-spectral-resolution lidar (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshitaka Jin, Tomoaki Nishizawa, Nobuo Sugimoto, Shoken Ishii, Makoto Aoki, Hajime Okamoto, and Kaori Sato
  • 学会等名: The 8th International EarthCARE science workshop
  • 国際学会
• [学会発表] 多波長光学イメージャを用いた大気エアロゾルの監視，同化予測および再解析プロダクトの作成 (2019)
  • 著者名/発表者名: 弓本桂也、眞木貴史、田中泰宙、関山剛、竹村俊彦
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2019年大会
• [学会発表] 南米最南端部リオガジェゴスにおける2015-2017年のミリ波成層圏オゾン観測 (2019)
  • 著者名/発表者名: 水野亮、關博則、長濱智生、大山博史、Salvador Jacobo、Orte Facundo、Wolfram Elian
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2019年大会
• [学会発表] 2009年11月の南米南端におけるオゾン量低下イベントに関する解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 秋吉英治、門脇正尚、中村東奈、杉田考史、廣岡俊彦、原田やよい、水野亮
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2019年大会
• [学会発表] 500アンサンブル実験による低中高緯度オゾン全量のODS・GHG濃度依存性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 秋吉英治、門脇正尚、山下陽介、長友正晴
  • 学会等名: 日本気象学会2019秋季大会
• [学会発表] オゾンを同化した化学気候モデルによる初期値を用いた南米春季のオゾン予測の試み その2 (2019)
  • 著者名/発表者名: 中村東奈, 秋吉英治, 杉田考史, 水野亮
  • 学会等名: 日本気象学会2019年度秋季大会
• [学会発表] 走査型干渉計を用いた二波長高スペクトル分解ライダーの開発（その２） (2019)
  • 著者名/発表者名: 神慶孝，西澤智明，杉本伸夫，石井昌憲，青木誠，岡本創，佐藤可織
  • 学会等名: 第37回レーザセンシングシンポジウム
• [図書] 大気環境の事典 6-2 オゾン層とは、 8 物質編 オゾン、 8 物質編 オゾン層破壊物質 (2019)
  • 著者名/発表者名: 大気環境学会編 杉田考史
  • 総ページ数: 464ページ中 284-285, 379, 379
  • 出版者: 朝倉書店
  • ISBN: 978-4-254-18054-1
• [図書] 大気環境の事典 6-3 オゾン層の破壊：メカニズムと変化 (2019)
  • 著者名/発表者名: 大気環境学会編 秋吉英治
  • 総ページ数: 464ページ中 286-287
  • 出版者: 朝倉書店
  • ISBN: 978-4-254-18054-1
• [備考] SAVER-Net
  • URL: http://www.savernet-satreps.org/en/
• [学会・シンポジウム開催] NDACC Science Workshop in Tsukuba (2019)
• [学会・シンポジウム開催] 2019 NDACC Steering Committee Meeting (2019)