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

2020 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

2020年度は、世界的なコロナ禍により南米に出張することができず、計画通りに研究を進めるのが困難な年であった。エアロゾルライダーに関しては、2019年度からの積み残しであったBarilocheのレーザーを修理し観測を再開させる予定であったが、上述のコロナ禍により現地に渡航できなかった。メールやTV会議等で情報を共有しながら復旧作業に優先順位をつけ、まずは現地研究者のみでも行える修理を行い、分担者の神が現地に出張できる状況になったら集中的に作業が行えるように準備したが、結局年度内の出張はかなわなかった。また、限られた数のデータからでも科学的な成果が得られるように、2015年に大噴火したカルブコ火山の観測データを現地研究者が解析し論文化するためのデータ解析環境の開発支援を進めた。オゾン観測装置群では、これも2019年度からの積み残しであった極低温冷凍機用冷却水チラーのポンプのメンテナンスを行なう予定で、対応策についてメーカーとも検討を進め必要な部品等も揃えてきたが、同様にコロナ禍により現地に渡航できず修理、観測システムの再稼働には至らなかった。
一方で、SAVER-Netでの次期重要課題である森林火災由来のスモークの観測研究において重要な役割を果たすと期待しているボリビアとの共同研究の検討が進んだ。特に、粒子識別で重要な偏光解消度測定のための改良についての議論を進め必要な追加部品を作製した。また、アルゼンチン北部のSAVER-Net サイトであるCordobaの偏光解消度観測データを用いて、球形粒子と非球形粒子の識別を行い、後方流跡線解析や衛星データとの対応から球形粒子がパラグアイの森林火災起源のスモーク粒子である可能性が高いことを示すことができた。

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、2020年度は世界的なコロナ禍により南米に出張することができず、計画通りに研究を進めるのが困難な状況であったため、「計画よりやや遅れている」とした。
エアロゾルライダーおよびミリ波オゾン分光計を用いた定常観測は本計画で重要な位置を占める。しかしながら、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部分があったこと、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の実際に配備された観測所要員のスキルが不十分であったこと、また高いスキルを持った現地研究者でも現地での直接的な指導が無いと復旧できない故障があったこと等から完全な形での運用を維持することが難しかった。そこで、エアロゾルライダーに関しては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、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故障原因を究明し早急に再稼働させる手筈を整えてきた。それらの対策を具現化するのが、2020年度の課題であったが世界的なコロナ禍により足踏みせざるを得ない状況となった。
一方、モデル・解析面では着実に研究が進んでいる。また、次期重要課題である森林火災由来のスモークの観測研究のためのボリビアを含めた観測網の増強が具体的に進みつつあり、ボリビアに既存のエアロゾルライダーを改良し、偏光解消度観測を可能にするための作業も着実に進んでいる。

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、チリ/プンタアレナスおよびアルゼンチン/ブエノスアイレスで検出された2019年末から2020年初頭のオーストラリアの大規模森林火災エアロゾル、およびアルゼンチン北部のコルドバで導出したパラグアイの森林火災エアロゾル等、SAVER-Netの設立時目的の火山灰だけでなく、より多様なエアロゾルの識別と動態把握にこのライダー網が有効であることが実証されつつある。
アルゼンチンは政権が交代し科学研究にも経費が配分されるようになり、相手国機関の研究者も増員された。しかしコロナ禍の影響でアルゼンチン経済は依然として低迷を続けており予断を許さない。本研究において観測装置の安定運用は依然として最重要課題である。最近、アルゼンチンでは露製ワクチンを自国で生産し、ロシアで品質確認を行なっているとのことである。自国生産が軌道に乗ればワクチン接種が急速に広がると期待される。ワクチン接種の普及とともに年度後半に日本からの渡航と現地での国内移動が可能となれば、これまでの現地作業の遅れを一気に取り戻し、安定した運用体制を確立させたい。それを目指し、まずは国内で可能な限り現状の問題点を洗い出し、対策を吟味し、万全の状態で現地観測網の再開を急ピッチで進めたいと考えている。
また、昨年度相手国研究者との議論が進み、具体的な部品の製作も開始したボリビアの既存ライダーの改良（偏光解消度測定機能の追加）も、相手国への渡航が可能になり次第進めていき、SAVER-Netによるエアロゾル観測の多様性をさらに拡げていきたいと考えている。

次年度使用額が生じた理由

現地での観測装置の改良および修理・保守、現地研究者との打ち合わせのために南米に出張する予定であったのが、コロナ禍により渡航できなかったため未使用額が生じた。また、出張に併せて現地で使用するために購入予定であった保守部品も、年度内に購入しなかったため未使用額となった。

研究成果

• [国際共同研究] SMN（アルゼンチン気象局）/UNIDEF-DEILAP（国防のための戦略的研究開発機構レーザー応用研究部門）(アルゼンチン)
  • 国名: アルゼンチン
  • 外国機関名: SMN（アルゼンチン気象局）/UNIDEF-DEILAP（国防のための戦略的研究開発機構レーザー応用研究部門）
• [国際共同研究] UMAG（マゼラン大学）/DMC（チリ気象局）(チリ)
  • 国名: チリ
  • 外国機関名: UMAG（マゼラン大学）/DMC（チリ気象局）
• [国際共同研究] LFA-UMSA（サンアンドレス大学大気物理研究所）(ボリビア)
  • 国名: ボリビア
  • 外国機関名: LFA-UMSA（サンアンドレス大学大気物理研究所）
• [雑誌論文] Satellite retrieval of aerosol combined with assimilated forecast (2021)
  • 著者名/発表者名: Yoshida, M., Yumimoto, K., Nagao, T. M., Tanaka, T. Y., Kikuchi, M., and Murakami, H.
  • 雑誌名: Atmos. Chem. Phys. 巻: 21 ページ: 1797-1813
  • DOI: 10.5194/acp-21-1797-2021
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Assesing CALIOP-derived planetary boundary layer height using ground-based lidar (2021)
  • 著者名/発表者名: Kim M. H., Yeo H., Park S., Park D. H., Omar A., Nishizawa T., Shimizu A., Kim S. W.
  • 雑誌名: Remote sensing 巻: 13 ページ: 1496
  • DOI: 10.3390/rs13081496
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Possible use of fluorescence from iodine blocking filter in high-spectral-resolution lidar to detect Mie scattering signals (2021)
  • 著者名/発表者名: Sugimoto N., Jin Y., Nishizawa T.
  • 雑誌名: Applied Optics 巻: 60 ページ: 3617ー3622
  • DOI: 10.1364/AO.421864
  • 査読あり
• [雑誌論文] Projecting ozone hole recovery using an ensemble of chemistry_climate models weighted by model performance and independence (2020)
  • 著者名/発表者名: Amos, M., P. J. Young, J. S. Hosking, J.-F. Lamarque, N. L. Abraham, H. Akiyoshi, A. T. Archibald, S. Bekki, M. Deushi, P. J_ckel, D. Kinnison, O. Kirner, M. Kunze, M. Marchand, D. A. Plummer, D. Saint-Martin, K. Sudo, S. Tilmes, and Y. Yamashita
  • 雑誌名: Atmos. Chem. Phys 巻: 20 ページ: 9961_9977
  • DOI: 10.5194/acp-20-9961-2020
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Waveguide-Type Multiplexer for Multiline Observation of Atmospheric Molecules using Millimeter-Wave Spectroradiometer. (2020)
  • 著者名/発表者名: Nakajima, T., Haratani, K., Mizuno, A., Suzuki, K., Kojima, T., Uzawa, Y., Asayama, S., Watanabe, I.
  • 雑誌名: J Infrared Milli Terahz Waves 巻: 41 ページ: 1530-1555
  • DOI: 10.1007/s10762-020-00740-z
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fourier transform infrared time series of tropospheric HCN in eastern China: seasonality, interannual variability, and source attribution (2020)
  • 著者名/発表者名: Sun Youwen, Liu Cheng, Zhang Lin, Palm Mathias, Notholt Justus, Hao Yin, Vigouroux Corinne, Lutsch Erik, Wang Wei, Shan Changong, Blumenstock Thomas, Nagahama Tomoo, Morino Isamu, Mahieu Emmanuel, Strong Kimberly, Langerock Bavo, De Maziere Martine, Hu Qihou, Zhang Huifang, Petri Christof, Liu Jianguo
  • 雑誌名: ATMOSPHERIC CHEMISTRY AND PHYSICS 巻: 20 ページ: 5437-5456
  • DOI: 10.5194/acp-20-5437-2020
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Detection and attribution of wildfire pollution in the Arctic and northern midlatitudes using a network of Fourier-transform infrared spectrometers and GEOS-Chem (2020)
  • 著者名/発表者名: Lutsch Erik, Strong Kimberly, Jones Dylan B. A., Blumenstock Thomas, Conway Stephanie, Fisher Jenny A., Hannigan James W., Hase Frank, Kasai Yasuko, Mahieu Emmanuel, Makarova Maria, Morino Isamu, Nagahama Tomoo, Notholt Justus, Ortega Ivan, Palm Mathias, Poberovskii Anatoly V, Sussmann Ralf, Warneke Thorsten
  • 雑誌名: ATMOSPHERIC CHEMISTRY AND PHYSICS 巻: 20 ページ: 12813-12851
  • DOI: 10.5194/acp-20-12813-2020
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Development of a 355-nm high-spectral-resolution lidar using a scanning Michelson interferometer for aerosol profile measurement (2020)
  • 著者名/発表者名: Jin Y., Nishizawa T., Sugimoto N., Ishii S., Aoki M., Okamoto H.
  • 雑誌名: Opt. Express 巻: 28 ページ: 23209-23222
  • DOI: 10.1364/OE.390987
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 高スペクトル分解ライダー手法による大気エアロゾル計測 (2020)
  • 著者名/発表者名: 神慶孝
  • 雑誌名: レーザー研究 巻: 48 ページ: 585-590
  • 査読あり
• [雑誌論文] 衛星搭載高スペクトル分解ライダーによるエアロゾル・雲の全球観測 (2020)
  • 著者名/発表者名: 西澤智明, 神慶孝, 石井昌憲, 岡本創
  • 雑誌名: 日本レーザセンシング学会誌 巻: 2 ページ: 55-60
  • 国際共著
• [学会発表] Aerosol assimilation/forecasting in Japan (2021)
  • 著者名/発表者名: Keiya Yumimoto
  • 学会等名: NASA ACCP Air Quality Virtual Workshop
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ミリ波観測を中心にした研究 (2021)
  • 著者名/発表者名: 水野亮
  • 学会等名: 2020年度PANSY研究集会
• [学会発表] 532nm高スペクトル分解ライダーのヨウ素ブロッキングフィルターの蛍光を利用したミー散乱成分の測定 (2021)
  • 著者名/発表者名: 杉本伸夫, 神慶孝, 西澤智明
  • 学会等名: 第24回大気ライダー研究会
• [学会発表] Cloud and aerosol discrimination algorithm for EarthCARE/ATLID lidar (2020)
  • 著者名/発表者名: E. Oikawa, H. Okamoto, T. Nishizawa, K. Sato, and R. Kudo
  • 学会等名: JpGU-AGU joint meeting 2020
• [学会発表] ドップラー雲レーダと多視野角・高スペクトル分解・ 偏光ドップラーライダーによる雲・エアロゾル・鉛直流観測ミッション (2020)
  • 著者名/発表者名: 岡本創,鈴木健太郎,西澤智明,石井昌憲,富田英一
  • 学会等名: JpGU-AGU joint meeting 2020
• [学会発表] 多波長HSRL/ラマンライダーで観測されるエアロゾルの光学特性 (2020)
  • 著者名/発表者名: 及川栄治、岡本創、佐藤可織、西澤智明、工藤玲
  • 学会等名: 2020年度日本気象学会春季大会
• [学会発表] SAVER-Netライダーで観測されたアルゼンチン北部におけるダストおよびスモークの解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 神慶孝, 西澤智明, 清水厚, 杉本伸夫, 水野亮, Papandrea S.
  • 学会等名: 第38回レーザセンシングシンポジウム
• [学会発表] Development of Compact Backscattering Lidars for Aerosol Monitoring Applications Including Indoor Use (2020)
  • 著者名/発表者名: Sugimoto N.,Nishizawa T.,Jin Y.,Sanari N.,Itaya Y.,Yokokawa M.
  • 学会等名: OSA Optical Sensors and Sensing Congress
• [学会発表] Dual-wavelength high-spectral-resolution lidar using a scanning interferometer for monitoring aerosol profiles (2020)
  • 著者名/発表者名: Jin Y.
  • 学会等名: OSA Sensors and Sensing Congress
• [学会発表] 衛星搭載ライダー・雲レーダーによる雲・エアロゾル・対流の全球観測計画 (2020)
  • 著者名/発表者名: 西澤智明, 岡本創, 鈴木健太郎, 石井昌憲, 神慶孝
  • 学会等名: 第38回レーザセンシングシンポジウム
• [図書] 大気環境モデリング (2021)
  • 著者名/発表者名: 鵜野伊津志 (著, 編集), 弓本桂也 (著), 板橋秀一 (著)
  • 総ページ数: 320
  • 出版者: 森北出版株式会社
  • ISBN: 4627291019
• [備考] SAVER-Net
  • URL: http://www.savernet-satreps.org/en/