国際観測網と気候モデルによる有機エアロゾルの紫外可視光吸収特性に関する研究の推進

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H04235
• 研究機関: 千葉大学
• 研究代表者: 入江 仁士 千葉大学, 環境リモートセンシング研究センター, 准教授 (40392956)
• 研究分担者: 須藤 健悟 名古屋大学, 環境学研究科, 教授 (40371744)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 有機エアロゾル / 光吸収特性 / 国際観測網 / 全球化学気候モデル

研究実績の概要

本研究では、実大気中の有機エアロゾルの光吸収特性(340-870 nm)に関する新たな定量的な観測的知見（Aerosol Absorption Optical Depth (AAOD; 吸収エアロゾル光学的厚さ)やAbsorption Angstrom Exponent(AAE; 吸収オングストローム指数）)を得るとともに、その光吸収特性の変動要因を明らかにする。独自に世界展開している国際観測網を活用し、エアロゾル特性が明瞭に異なる５つもの主要な観測地点 (日本３地点、タイ１地点、インド１地点)に焦点を当てる。独自の紫外～可視の光吸収特性の長期連続観測技術、および、その変動要因の重要なフィンガープリントをもたらす有機ガス濃度等の観測技術の両方を世界で唯一有する本研究グループのみが可能な研究である。全球化学気候モデル・衛星データも援用した研究体制で相乗的な研究成果を挙げ、有機エアロゾルの光吸収特性に関する研究を推進する。
R02年度は、当該国際観測網サイトにおいて連続観測を継続する計画だったが、海外サイトでは新型コロナウイルスの影響で断片的になってしまった。しかし、現地協力者の協力でR03年度に連続観測再開の見通しを得た。国内外全サイトにおいて、AAODとAAEを定量的に見積もり、観測的知見を蓄積すると共に、先行研究との相違を明らかにした。AAODやAAEを様々な時間スケールで明らかにし、変動要因の解明を念頭に考察を行った。また、MAX-DOAS観測から、光吸収特性の変動要因のフィンガープリントをもたらすガス濃度や濃度比を求めた。ガス・エアロゾルの観測情報について、全球化学気候モデルCHASERを用いて、バイオマス燃焼等からの有機エアロゾルの発生起源・寄与を解析した。さらには、観測から特定されたブラックカーボンとブラウンカーボンのイベントを比べ、両者の光吸収の強さを比較した。

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

計画通り、当該研究が対象とするユニークな５つの観測地点（千葉、福江島、春日、タイ・ピマイ、インド・パンテナガール）それぞれにおいて、必要な地上リモートセンシング観測装置（スカイラジオメーターとMAX-DOAS）を整備し、長期連続観測を開始した。しかしながら、うち２つの国際サイトについては、新型コロナウイルスの影響のため、現地でのメンテナンスができていない状況である。他方、並行して、全球化学気候モデル(CHASER)の計算に不可欠な、揮発性有機化合物(VOCs)等のエミッションインベントリー等の整備を行った。バイオマス燃焼等からの有機エアロゾルの発生起源・寄与を解析し、さらには、観測から得られたAAEで特定されたブラックカーボンとブラウンカーボンのイベントを比べ、両者の光吸収の強さを比較した。

以上より、おおむね順調に進展していると評価した。

今後の研究の推進方策

本研究で対象とする５地点で長期連続観測を継続する。そのために、とりわけ２つの国際サイトについては、現地協力者の協力を得るなどして早急に対応する。そのうえで、各地点において、AAODとAAEを定量的に見積もり、観測的知見を蓄積するとともに、先行研究との相違の理解を一層高める。エミッションとの関連については、比較的エアロゾルの変動要因が分かっている日本３地点のデータや過去データをリファレンスにし、また、前年度までの結果に基づき、ピマイやパンテナガールのAAODやAAEの評価を高精度化させる。複数年にわたる長期連続観測を活かし、AAODやAAEを様々な時間スケールで明らかにし、変動要因の解明を念頭に考察を行う。また、MAX-DOAS観測をもとに、光吸収特性の変動要因のフィンガープリントをもたらすガス濃度や濃度比を算出し、光吸収特性の変動要因解析に活用する。
観測で得られるガス・エアロゾルの濃度情報について、全球化学気候モデルCHASERを用いて、バイオマス燃焼等からの有機エアロゾルの発生起源・寄与を解析する。さらには、観測から得られたAAEで特定されたブラックカーボンとブラウンカーボンのイベントを比べ、両者の光吸収の強さを比較する。このようなエアロゾルの光学特性に関する新たな定量的な観測的知見を拘束条件とし、CHASERモデル内のパラメータを修正するなどして放射強制力の再評価を行い、これまでの知見（例えば、IPCC-AR5,6）からの更新として整理するなど、放射強制力の議論を行う。ひいては、気候モデルでの有機エアロゾルの取り扱い方法の改善を提案する。

研究成果

• [国際共同研究] NASA/メリーランド大学(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: NASA/メリーランド大学
• [国際共同研究] チュラロンコン大学(タイ)
  • 国名: タイ
  • 外国機関名: チュラロンコン大学
• [国際共同研究] IMD/IITM/ARIES(インド)
  • 国名: インド
  • 外国機関名: IMD/IITM/ARIES
• [国際共同研究] CNR-ISAC(イタリア)
  • 国名: イタリア
  • 外国機関名: CNR-ISAC
• [国際共同研究] University of Bremen/Heidelberg University(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: University of Bremen/Heidelberg University
• [国際共同研究]
  • 他の国数: 6
• [雑誌論文] Ground-based validation of the Copernicus Sentinel-5P TROPOMI NO2 measurements with the NDACC ZSL-DOAS, MAX-DOAS and Pandonia global networks (2021)
  • 著者名/発表者名: Verhoelst, T., H. Irie, et al
  • 雑誌名: Atmospheric Measurement Techniques 巻: 14 ページ: 481～510
  • DOI: 10.5194/amt-14-481-2021
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Intercomparison of NO2, O4, O3 and HCHO slant column measurements by MAX-DOAS and zenith-sky UV-Visible spectrometers during CINDI-2 (2020)
  • 著者名/発表者名: Kreher, K., H. Irie, et al.
  • 雑誌名: Atmospheric Measurement Techniques 巻: 13 ページ: 2169～2208
  • DOI: 10.5194/amt-13-2169-2020
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Development of on-site self-calibration and retrieval methods for sky-radiometer observations of precipitable water vapor (2020)
  • 著者名/発表者名: Momoi Masahiro、Kudo Rei、Aoki Kazuma、Mori Tatsuhiro、Miura Kazuhiko、Okamoto Hiroshi、Irie Hitoshi、Shoji Yoshinori、Uchiyama Akihiro、Ijima Osamu、Takano Matsumi、Nakajima Teruyuki
  • 雑誌名: Atmospheric Measurement Techniques 巻: 13 ページ: 2635～2658
  • DOI: 10.5194/amt-13-2635-2020
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Investigation of Aerosol Climatology, Optical Characteristics and Variability over Egypt Based on Satellite Observations and In-Situ Measurements (2020)
  • 著者名/発表者名: Abou El-Magd Islam、Zanaty Naglaa、Ali Elham M.、Irie Hitoshi、Abdelkader Ahmed I.
  • 雑誌名: Atmosphere 巻: 11 ページ: 714～714
  • DOI: 10.3390/atmos11070714
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Ground-based retrievals of aerosol column absorption in the UV spectral region and their implications for GEMS measurements (2020)
  • 著者名/発表者名: Go Sujung、Kim Jhoon、Mok Jungbin、Irie Hitoshi、Yoon Jongmin、Torres Omar、Krotkov Nickolay A.、Labow Gordon、Kim Mijin、Koo Ja-Ho、Choi Myungje、Lim Hyunkwang
  • 雑誌名: Remote Sensing of Environment 巻: 245 ページ: 111759～111759
  • DOI: 10.1016/j.rse.2020.111759
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Aerosol size distribution using Thailand ground-based instruments and climate variables (2020)
  • 著者名/発表者名: Kumharn Wilawan、Janjai Serm、Irie Hitoshi、Pilahome Oradee
  • 雑誌名: Theoretical and Applied Climatology 巻: 142 ページ: 599～611
  • DOI: 10.1007/s00704-020-03328-8
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] An overview of and issues with sky radiometer technology and SKYNET (2020)
  • 著者名/発表者名: Nakajima, T., M. Campanelli, H. Che, V. Estelles, H. Irie, S.-W. Kim, J. Kim, D. Liu, T. Nishizawa, G. Pandithurai, V. K. Soni, B. Thana, N.-U. Tugjsurn, K. Aoki, M. Hashimoto, A. Higurashi, S. Kazadzis, P. Khatri, N. Kouremeti, R. Kudo, F. Marenco, M. Momoi, S. S. Ningombam, C. L. Ryder, and A. Uchiyama
  • 雑誌名: Atmospheric Measurement Techniques 巻: 13 ページ: 4195～4218
  • DOI: 10.5194/amt-13-4195-2020
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Primary Evaluation of the GCOM-C Aerosol Products at 380 nm Using Ground-Based Sky Radiometer Observations (2020)
  • 著者名/発表者名: Hoque Hossain Mohammed Syedul、Irie Hitoshi、Damiani Alessandro、Momoi Masahiro
  • 雑誌名: Remote Sensing 巻: 12 ページ: 2661～2661
  • DOI: 10.3390/rs12162661
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Validation of tropospheric NO2 column measurements of GOME-2A and OMI using MAX-DOAS and direct sun network observations (2020)
  • 著者名/発表者名: Pinardi, G., M. V. Roozendael, F. Hendrick, N. Theys, N. Abuhassan, A. Bais, F. Boersma, A. Cede, J. Chong, S. Donner, T. Drosoglou, U. Friess, J. Granville, J. R. Herman, H. Eskes, R. Holla, J. Hovila, H. Irie, et al.
  • 雑誌名: Atmospheric Measurement Techniques 巻: 13 ページ: 6141～6174
  • DOI: 10.5194/amt-13-6141-2020
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Validation study of GCOM-C atmosphere products based on SKYNET for success criterion evaluation (2021)
  • 著者名/発表者名: Irie, H.
  • 学会等名: Joint PI Meeting of Global Environment Observation Mission
  • 国際学会
• [学会発表] Validation results of SGLI cloud and radiation budget products (2021)
  • 著者名/発表者名: Khatri, P., T. Hayasaka, H. Irie, and T. Takamura
  • 学会等名: Joint PI Meeting of Global Environment Observation Mission
  • 国際学会
• [学会発表] Introduction of Chiba (Japan) site (2020)
  • 著者名/発表者名: Irie, H
  • 学会等名: Pandora Asia Network (PAN) Online Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Model Evaluation of NO2 horizontal distribution with MAX-DOAS ground measurement during Chiba-Campaign 2015 (2020)
  • 著者名/発表者名: Itahashi, S., and H. Irie
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
  • 国際学会
• [学会発表] Utilizing continuous multi-component MAX-DOAS observations for the near-surface ozone sensitivity diagnosis at Tsukuba and Chiba, Japan for 2013-2019 (2020)
  • 著者名/発表者名: Irie, H., D. Yonekawa, A. Damiani, H. M. S. Hoque, K. Sudo, and S. Itahashi
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
  • 国際学会
• [学会発表] Validation of tropospheric NO2 column density data observed by TROPOMI: Comparison with 4AZ-MAXDOAS (2020)
  • 著者名/発表者名: Saito, H., and H. Irie
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
  • 国際学会
• [学会発表] Light absorption properties of organic aerosols at Fukue Island in 2018 spring (2020)
  • 著者名/発表者名: Zhu, C., T. Miyakawa, H. Irie, F. Taketani, and Y. Kanaya
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
  • 国際学会
• [学会発表] Sentinel-5p Tropospheric NO2 Data Assessment using MAX-DOAS and Direct Sun Measurements (2020)
  • 著者名/発表者名: Pinardi, G,, S. Compernolle, T. Verhoelst, M. Van Roozendael, F. Hendrick, H. Eskes, A. Piters, A. Cede, M. Tiefengraber, A. Richter, A. Bais, D. Κaragkiozidis, F. Gkertsi, Y. Kanaya, M. Grutter, C. Rivera, S. Niemeijer, P. Raptis, S. Kazadzis, X. Zhao, V. Fioletov, H. Irie, and the NIDFORVAL and PGN teams
  • 学会等名: DOAS Workshop 2020
  • 国際学会
• [学会発表] Long-term variation in the tropospheric nitrogen dioxide vertical column density over Korea and Japan from the MAX-DOAS network from 2007 to 2017 (2020)
  • 著者名/発表者名: Choi, Y., Y. Kanaya, H. Takashima, H. Irie, K.Park, and J. Chong
  • 学会等名: AGU Fall Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Validation of tropospheric NO2 column density data observed by TROPOMI: Comparison with 4AZ-MAXDOAS at Chiba, Japan (2020)
  • 著者名/発表者名: Saito, H., and H. Irie
  • 学会等名: AGU Fall Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Validation of MERRA-2 AOD and Seasonal Variation in Phimai, Thailand, and Factors that Affect AOD over Indochina Peninsula (2020)
  • 著者名/発表者名: Ohno, T., and H. Irie
  • 学会等名: AGU Fall Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Retrieval of Aerosol Optical Thickness with Custom Aerosol Model over Chiba Area from Satellite Images (2020)
  • 著者名/発表者名: Xue, Z., H. Kuze, and H. Irie
  • 学会等名: AGU Fall Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Evaluation of SGLI/GCOM-C observed cloud properties using surface-based sky radiometer and space-based MODIS and AHI cloud products (2020)
  • 著者名/発表者名: Khatri, P., T. Hayasaka, H. Irie, and T. Takamura
  • 学会等名: AGU Fall Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Observational study on the response of aerosol optical depth over Japan to springtime transboundary air pollution in 2011-2019, Japan (2020)
  • 著者名/発表者名: Cai, Y., H. Irie, and K. Yamaguchi
  • 学会等名: AGU Fall Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Assessment of light-absorbing organic aerosols based on ground observations at Fukue Island, Japan (2020)
  • 著者名/発表者名: Zhu, M., T. Miyakawa, H. Irie, Y. Choi, F. Taketani, and Y. Kanaya
  • 学会等名: AGU Fall Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Utilizing Continuous Multi-Component MAX-DOAS Observations for the Near-Surface Ozone Sensitivity Diagnosis at Chiba and Tsukuba, Japan for 2013-2019 (2020)
  • 著者名/発表者名: Irie, H., D. Yonekawa, A. Damiani, H.M.S. Hoque, K. Sudo, and S. Itahashi
  • 学会等名: AGU Fall Meeting
  • 国際学会