多種トレーサーおよび複数モデルを用いた温室効果気体の化学・輸送・フラックスの解明

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 22241008
• 研究機関: 独立行政法人海洋研究開発機構
• 研究代表者: PATRA Prabir 独立行政法人海洋研究開発機構, 地球表層物質循環研究分野, 主任研究員 (70392967)
• 研究分担者: 石島 健太郎 独立行政法人海洋研究開発機構, 地球表層物質循環研究分野, 研究員 (90399494)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: CO2 / ACTM / インバースモデリング / メチルクロロホルム / OH

研究実績の概要

大気中CO2濃度観測データと大気輸送モデル（ACTM）をもちいて全球84領域（陸上54、海洋30）のCO2フラックスを1990-2011の期間について推定するインバージョンシステムを構築し、初期結果を得た。細部は異なるものの他研究と比較して妥当な結果であった。
大気中メチルクロロホルム濃度観測データと大気輸送モデル（ACTM）をもちいて、大気中における微量成分の化学反応において極めて重要な役割を担うOHラジカルの南北半球比を最適化する手法を考案した。地上連続観測データや、航空機によるスナップショット観測のデータと、複数のOHラジカル分布で走らせたモデルによるメチルクロロホルムの計算結果を比較して、最も観測値をよく再現するOHラジカルケースを選び出した。その結果従来の気候化学モデルによる結果よりも南北比が小さい傾向が見られた。
日本海および東シナ海域において2002-2012年まで行われた温室効果ガス濃度観測データの解析を行った。メタン（CH4)、一酸化二窒素（N2O）、六フッ化硫黄（SF6）のデータについて全球モデル計算結果を併せて用いて主に緯度分布と季節変動について調べた。季節変動に関しては、CH4とSF6はモデルでよく再現され、計算に用いた地表フラックスは現実的、すなわち既存のインベントリーによりほぼ把握されているということが分かった。N2Oはよく再現されず、地表フラックスの改善が必要であることが分かった。CH4タグ付き計算による緯度分布解析からは日本海のデータは日本のローカルな放出源の影響を色濃く受けていることが示唆された。

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

当初予定通り過去20年に渡るCO2フラックスを推定することができた。事前に年々変動なしのインバージョンで予備実験を行っていたため、年々変動インバージョンへの移行が順調にできたものと考える。
OH推定について、これまでこのような形で全球モデルと大気観測データを組み合わせることによる推定方法はなかったので、新規性があり、またこのOH分布は重要な温室効果気体である大気中メタン濃度の変動に対して最大の影響力を持つ物質であるため極めて重要性が高い。このような手法を得るに至ったことは大きな成果と考えられる。

今後の研究の推進方策

構築したインバージョンシステムを用いて、インバージョンの入力するフラックス先験情報や観測データセットの違いが、推定されるCO2フラックスに与える影響を調べ、より現実的なCO2フラックスを推定する。
OH推定について、ほぼ推定結果や検証の解析結果が出揃ったため、Nature等のハイクラスの雑誌を考慮に入れて論文化を進める。

研究成果

• [雑誌論文] TransCom model simulations of methane: Comparison of vertical profiles with aircraft (2013)
  • 著者名/発表者名: Ryu Saito, Prabir K. Patra, Colm Sweeney, Toshinobu Machida, Maarten Krol et al.
  • 雑誌名: J. Geophys. Res. Atmos. 巻: 18 ページ: 3891-3904
  • DOI: doi:10.1002/jgrd.50380
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Interhemispheric gradient of hydroxyl (OH) in the troposphere (2014)
  • 著者名/発表者名: P. K. Patra, M. C. Krol, S. A. Montzka, T. Arnold, E. L. Atlas, B. R. Lintner, B. B. Stephens, B. Xiang, J. W. Elkins, P. J. Fraser, A. Ghosh, E. J. Hintsa, D. F. Hurst, K. Ishijima, P. B. Krummel, B. R. Miller, K. Miyazaki, F. L. Moore, J. Muhle, S. ODoherty, R. G. Prinn, L. P. Steele, M. Takigawa et al.
  • 学会等名: Quadrennial iCACGP Symposium and IGAC Science Conference on Atmospheric Chemistry
  • 発表場所: Natal、Brazil
  • 年月日: 2014-09-22 – 2014-09-26
• [学会発表] Ship Observation and Modeling of Atmospheric CH4, N2O and SF6 (2014)
  • 著者名/発表者名: Kentaro ISHIJIMA, Daisuke GOTO, Shigeyuki ISHIDOYA, Hisashi YASHIRO, Taku UMEZAWA, Satoshi SUGAWARA, Prabir PATRA, James ELKINS, Geoff DUTTON, Edward DLUGOKENCKY, Shinji MORIMOTO, Shuji AOKI, Takakiyo NAKAZAWA
  • 学会等名: Asia Oceania Geoscience Society 11th Annual Meeting (AOGS)
  • 発表場所: ロイトン札幌ホテル（北海道札幌市）
  • 年月日: 2014-07-28 – 2014-08-01
• [学会発表] Budgets of Major Greenhouse Gases (CO2, CH4 and N2O) from Tropical and Temperate Asia (2014)
  • 著者名/発表者名: Prabir K. Patra, Josep G. Canadell, R. Thompson, B. Poulter, H. Tian, F. Chevallier, P. Bousquet, M. Ramonet, P. Ciais, S. Makyutov, T. Machida, H. Mukai, Y.Tohjima, S. Nomura, I. Morino, A. Ito, S. Piao, S. Tao, E. Saikawa, M. Muntean et al.
  • 学会等名: Asia Oceania Geoscience Society 11th Annual Meeting (AOGS)
  • 発表場所: ロイトン札幌ホテル（北海道札幌市）
  • 年月日: 2014-07-28 – 2014-07-31
• [学会発表] Detection and attribution of changes in arctic (2014)
  • 著者名/発表者名: Prabir PATRA, Hideki KOBAYASHI and Tazu SAEKI
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2014年大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2014-04-30 – 2014-04-30
  • 招待講演
• [学会発表] Carbon Flux Estimation By Using AGCM-Based Chemistry Transport Model (2013)
  • 著者名/発表者名: Tazu Saeki and Prabir K. Patra
  • 学会等名: AGU fall meeting 2013
  • 発表場所: サンフランシスコ、米国
  • 年月日: 2013-12-08 – 2013-12-15
• [学会発表] Global inversions of atmospheric CO2 (and CH4): Major sources of uncertainty and way forward (2013)
  • 著者名/発表者名: P. K. Patra, T. Nakazawa, K. Miyazaki, T. Umezawa, K. Ishijima, D. Goto, S. Aoki
  • 学会等名: 9th International Carbon Dioxide Conference
  • 発表場所: Beijing, China
  • 年月日: 2013-06-03 – 2013-06-07