多波長ライダーと化学輸送モデルを統合したエアロゾル５次元同化に関する先導的研究

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25220101
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 鵜野 伊津志 九州大学, 応用力学研究所, 教授 (70142099)
• 研究分担者: 岡本 創 九州大学, 応用力学研究所, 教授 (10333783) ; 原 由香里 九州大学, 応用力学研究所, 助教 (30462493) ; 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) ; 弓本 桂也 気象庁気象研究所, 環境・応用気象研究部, 主任研究官 (50607786) ; 金谷 有剛 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, 分野長代理 (60344305) ; 杉本 伸夫 独立行政法人国立環境研究所, 環境計測研究センター, フェロー (90132852) ; 長田 和雄 名古屋大学, 環境学研究科, 准教授 (80252295) ; 安永 数明 富山大学, その他の研究科, 教授 (50421889)
• 研究期間 (年度): 2013-05-31 – 2018-03-31
• キーワード: エアロゾル / ライダー / 化学輸送モデル / データ同化 / 越境汚染

研究実績の概要

開発された多波長ライダーシステムの九州大学、沖縄県辺戸岬、富山大学（当初の札幌設置を変更した）への設置が完了した。九州大学と辺戸岬のライダーはほぼ完成状態であるが、レーザー発信器の動作不良が多く、本格運用は平成27年度を予定している。また、富山大学設置のライダーは平成27年度5月頃に本格稼働の予定である。ライダーの設置と平行して、実測データの処理アルゴリズム開発と自動化を進め、エアロゾルの消散係数、後方散乱係数、偏光解消度のリトリーバルモデルをほぼ完成し、九大の観測をもとに検証を進めている。特に、九州大学に設置・稼働中のMAAP BC計、ACSA-12エアロゾル化学成分連続自動分析装置、偏光光学粒子計によるエアロゾルキャラクタリゼーションの結果をもとに、リトリーバル手法の検証・改良を進めている。また、導入された地上エアロゾル分析装置を用いて、黄砂飛来時に粗大モードの硝酸塩が越境輸送されていることを明らかにした。
モデル研究では、CMAQ とGEOS CHEM 9-2の環境整備を進め、昨年度にほぼ完成した多成分同時同化モデル本体と最適化モジュールを既存のエアロゾルの観測結果に適用している。利用可能なエアロゾルの観測データは２０１１年から２０１４年を中心とした観測で、風上の離島と都市域をセットにした国立環境研と地方環境研の共同観測の結果を利用し、エアロゾルの観測結果に整合する排出量のインバース推定を開始した。

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

当初の計画に従って多波長ライダーシステムを国内3地点に平成26年度内に設置が完了した。レーザー発信器の動作不良などで本格運用が遅れているが、九大などでは既に高濃度のエアロゾルエピソード時の観測に成功しており、化学輸送モデルを同期したインバース研究が進んでいる。

今後の研究の推進方策

3地点のライダー観測に基づいたエアロゾル成分のリトリーバルの精度検証を継続する。長期観測結果の揃った観測サイトからエアロゾル濃度の季節変動の特徴の解析をモデル解析とセットで進める。特に、九州大学のライダーサイトは、地上でのエアロゾル組成の分析結果がセットで得られている。また、MAX-DOASを用いた紫外域のエアロゾルの消散係数も得られつつあるので、これらのグランドツルースを用いたリトリーバル手法の完成を目指す。
モデル解析では、ライダーからの成分毎のリトリーバル結果を用いた同化実験を開始する。既存の排出量インベントリーの結果をライダー計測の結果でインバースして、最適化されたエアロゾル別の排出量の予備的評価を進める。モデル結果と観測結果の精度を確認しながら、同化システムを多成分同時同化システムに拡張しエアロゾル排出量インバースの精度を高める。モデルの検証はエアロゾル成分だけではなく、MAX-DOASで計測されるトレースガス成分についても行う。開発・検証されたモデル結果をもとに最終的に、エアロゾル再解析データを構築し、エアロゾルの気候影響評価の精度向上に貢献する。

研究成果

• [雑誌論文] Long‐term Inverse Modeling of Asian Dust: Inter‐annual Variations of Its Emission, Transport, Deposition and Radiative Forcing (2015)
  • 著者名/発表者名: Yumimoto, K., and Takemura, T.
  • 雑誌名: J. Geophys. Res. Atmos. 巻: 120 ページ: 1582-1607
  • DOI: 10.1002/2014JD022390
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Detection of internally mixed Asian dust with air pollution aerosols using a polarization optical particle counter and a polarization-sensitive two-wavelength lidar (2015)
  • 著者名/発表者名: Sugimoto, N., T. Nishizawa, A. Shimizu, I. Matsui, H. Kobayashi
  • 雑誌名: Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer 巻: 150 ページ: 107-113
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.jqsrt.2014.08.003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evaluation of MAX-DOAS aerosol retrievals by coincident observations using CRDS, lidar, and sky radiometer in Tsukuba (2015)
  • 著者名/発表者名: Irie, H., T. Nakayama, A. Shimizu, A. Yamazaki, T. Nagai, A. Uchiyama, Y. Zaizen, S. Kagamitani, and Y. Matsumi
  • 雑誌名: Japan, Atmospheric Measurement Techniques Discussion 巻: 8 ページ: 1013-1054
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Record heavy PM2.5 air pollution over China in January 2013: Vertical and horizontal dimensions. (2014)
  • 著者名/発表者名: Uno, I., N. Sugimoto, A. Shimizu, K. Yumimoto, Y. Hara, and Z. Wang
  • 雑誌名: SOLA 巻: 10 ページ: 136－140
  • DOI: 10.2151/sola.2014-028
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Modeling investigation of controlling factors in the increasing ratio of nitrate to non-seasalt sulfate in precipitation over Japan (2014)
  • 著者名/発表者名: Itahashi, S., I.Uno, H.Hayami, and S.Fujita
  • 雑誌名: Atmospheric Environment 巻: 92 ページ: 171-177
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Trend analysis of tropospheric NO2 column density over East Asia during 2000-2010: multi-satellite observations and model simulations with the updated REAS emission inventory (2014)
  • 著者名/発表者名: Itahashi, S., I.Uno, H.Irie, J.Kurokawa and T.Ohara
  • 雑誌名: Atmos. Chem. Phys. 巻: 14 ページ: 3623-3635
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Long-term MAX-DOAS network observations of NO2 in Russia and Asia (MADRAS) during the period 2007--2012: instrumentation, elucidation of climatology, and comparisons with OMI satellite observations and global model simulations (2014)
  • 著者名/発表者名: Kanaya, Y., Irie, H., Takashima, H., Iwabuchi, H., Akimoto, H., Sudo, K., Gu, M., Chong, J., Kim, Y. J., Lee, H., Li, A., Si, F., Xu, J., Xie, P.-H., Liu, W.-Q., Dzhola, A., Postylyakov, O., Ivanov, V., Grechko, E., Terpugova, S., and Panchenko, M.
  • 雑誌名: Atmos. Chem. Phys. 巻: 14 ページ: 7909-7927
  • DOI: 10.5194/acp-14-7909-2014
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Long-term inverse modeling of Chinese CO emission from satellite observations (2014)
  • 著者名/発表者名: Yumimoto, K, Uno I., and Itahasi S.
  • 雑誌名: Environ. Pollut. 巻: 195 ページ: 308-318
  • DOI: 10.1016/j.evcpol.2014.07.026
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 地上観測PM2.5と衛星観測AODの対応関係 (2014)
  • 著者名/発表者名: 板橋秀一、速水洋、嶋寺光、鵜野伊津志
  • 雑誌名: 大気環境学会誌 巻: 49 ページ: 149-156
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] PM2.5大気汚染とその越境輸送をモデルで捉える (2014)
  • 著者名/発表者名: 鵜野伊津志
  • 雑誌名: 化学と教育 巻: 62 ページ: 424-427
• [雑誌論文] エアロゾルライダー :データ品質保証と観測の整合性の確保 (2014)
  • 著者名/発表者名: 杉本 伸夫、西澤 智明、清水 厚、松井 一郎
  • 雑誌名: エアロゾル研究 巻: 29 ページ: 166-173
  • 査読あり
• [学会発表] On validation for GCOM-C atmosphere products (2015)
  • 著者名/発表者名: Irie, H.
  • 学会等名: Joint PI Meeting of Global Environment Observation Mission 2014
  • 発表場所: TKP Garden City (Tokyo)
  • 年月日: 2015-01-16
• [学会発表] Inter-annual variability of air pollutants over East Asia: an integrated analysis using satellite, lidar and numerical model (2014)
  • 著者名/発表者名: Yumimoto K.
  • 学会等名: AGU Fall Meeting
  • 発表場所: San Francisco(USA)
  • 年月日: 2014-12-12 – 2014-12-19
• [学会発表] The physical and chemical characteristics of long-lasting trans-boundary mixed pollutants over East Asia (2014)
  • 著者名/発表者名: Hara Y., I.Uno
  • 学会等名: AGU Fall meeting
  • 発表場所: San Francisco(USA)
  • 年月日: 2014-12-12 – 2014-12-19
• [学会発表] Temporal variations of aerosol, glyoxal, and formaldehyde at urban sites of Japan as observed by MAX-DOAS based on detailed error analysis (2014)
  • 著者名/発表者名: Irie, H., S. Chin, W. Ni, T. Nakayama, A. Shimizu, A. Yamazaki, T. Nagai, T. Takamura, and P. Khatri
  • 学会等名: AGU Fall Meeting
  • 発表場所: San Francisco(USA)
  • 年月日: 2014-12-12 – 2014-12-19
• [学会発表] Assimilation of aerosol information from Himawari-8 and other missions (2014)
  • 著者名/発表者名: Yumimoto K.
  • 学会等名: Joint Japan-Australia Workshop on Applications of Himawari 8/9 Satellite Data
  • 発表場所: Japan Meteorological Agency(Tokyo)
  • 年月日: 2014-11-28
• [学会発表] A comparison between GEOS-Chem simulated and satellite retrived NO2 column over East Asia for inversion of NOx emissions (2014)
  • 著者名/発表者名: Yumimoto K.
  • 学会等名: NOx workshop in Tokyo
  • 発表場所: JAMSTEC Tokyo office(Tokyo)
  • 年月日: 2014-11-14
• [学会発表] 全球エーロゾルモデルMASINGARを用いた黄砂同化予測システムの開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 弓本桂也
  • 学会等名: 日本気象学会秋季大会
  • 発表場所: 福岡国際会議場（福岡県福岡市）
  • 年月日: 2014-10-21 – 2014-10-23
• [学会発表] 衛星観測および地上観測による日本の対流圏NO2カラム濃度のトレンド解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 武藤拓也、入江仁士、板橋秀一
  • 学会等名: 日本気象学会秋季大会
  • 発表場所: 福岡国際会議場（福岡県福岡市）
  • 年月日: 2014-10-21 – 2014-10-23
• [学会発表] 二酸化窒素観測用差分吸収法ライダー（DIAL）の開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 永井智広、酒井哲、泉敏治、中里真久、内野修、入江仁士
  • 学会等名: 日本気象学会秋季大会
  • 発表場所: 福岡国際会議場（福岡県福岡市）
  • 年月日: 2014-10-21 – 2014-10-23
• [学会発表] MAX-DOAS法によるエアロゾル観測の評価：CRDS法・ライダー・スカイラジオメーター観測との比較 (2014)
  • 著者名/発表者名: 入江仁士、中山智喜、清水厚、山崎明宏、永井智広
  • 学会等名: 日本気象学会秋季大会
  • 発表場所: 福岡国際会議場（福岡県福岡市）
  • 年月日: 2014-10-21 – 2014-10-23
• [学会発表] Utilizing SKYNET for GEMS validation (2014)
  • 著者名/発表者名: Irie, H., T. Nakajima, T. Takamura, P. Khatri, H. Okamoto, O. Torres, and SKYNET International Committee
  • 学会等名: The 5th GEMS Science Meeting
  • 発表場所: Korea(Seoul)
  • 年月日: 2014-10-08
• [学会発表] Long-term MAX-DOAS network observations of NO2 in Russia and Asia (MADRAS) during 2007-2012: Climatology and comparisons with OMI satellite observations and global model simulations (2014)
  • 著者名/発表者名: Kanaya, Y., H Irie, H. Takashima, H. Iwabuchi, H. Akimoto, K. Sudo, M. Gu, J. Chong, Y.J. Kim, H. Lee, A. Li, F. Si, J. Xu, P. -H. Xie, W. -Q. Liu, A. Dzhola, O. Postylyakov, V. Ivanov, E. Grechko, S. Terpugova, and M. Panchenko
  • 学会等名: The 5th GEMS Science Meeting
  • 発表場所: Korea(Seoul)
  • 年月日: 2014-10-08
• [学会発表] 黄砂発生量の長期間逆推計 (2014)
  • 著者名/発表者名: 弓本桂也
  • 学会等名: 第55回大気環境学会年会
  • 発表場所: 愛媛大学（愛媛県松山市）
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-19
• [学会発表] 鳥取大学乾燥地研究センターでのアンモニア観測 (2014)
  • 著者名/発表者名: 長田和雄、黒崎泰典
  • 学会等名: 第55回 大気環境学会年会
  • 発表場所: 愛媛大学（愛媛県松山市）
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-19
• [学会発表] 2007-2013 年横須賀でのMAX-DOAS 連続観測から試験的に導出した大気中ホルムアルデヒド濃度の時間変動 (2014)
  • 著者名/発表者名: 金谷有剛, Oleg Postylyakov，入江仁士，高島久洋
  • 学会等名: 第55回 大気環境学会年会
  • 発表場所: 愛媛大学（愛媛県松山市）
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-19
• [学会発表] 色々な機関のエアロゾル観測を化学輸送モデルで統合した季節変化の解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 鵜野伊津志、弓本桂也、板橋秀一、山本重一、下原孝章、菅田誠治、兼保直樹、栗林正俊
  • 学会等名: 第55回大気環境学会年会
  • 発表場所: 愛媛大学（愛媛県松山市）
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-19
• [学会発表] NH3排出量がPM2.5環境濃度に与える影響のモデル感度解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 栗林正俊、鵜野伊津志、弓本桂也、山本重一、下原孝章、兼保直樹
  • 学会等名: 第55回大気環境学会年会
  • 発表場所: 愛媛大学（愛媛県松山市）
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-19
• [学会発表] 越境汚染時の硝酸塩濃度についての観測・モデル解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 板橋秀一、鵜野伊津志、Pan Xiaole、 栗林正俊、原由香里、山本重一、下原孝章
  • 学会等名: 第55回大気環境学会年会
  • 発表場所: 愛媛大学（愛媛県松山市）
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-19
• [学会発表] Comparison of single scattering albedo retrieved from PREDE sky radiometer and CIMEL sun photometer (2014)
  • 著者名/発表者名: Khatri, P., T. Takamura, H. Irie, H. Kuze, T. Nakajima, and B. Holben
  • 学会等名: The 2014 International Workshop on SKYNET and Asian Lidar Network
  • 発表場所: Hefei(China)
  • 年月日: 2014-09-10
• [学会発表] ライダーネットワーク(AD-NET)の高機能化とデータ利用研究の新展開 (2014)
  • 著者名/発表者名: 杉本伸夫, 西澤智明, 清水厚, 松井一郎, 神慶孝
  • 学会等名: 第32回レーザセンシングシンポジウム
  • 発表場所: 高山市民文化会館（岐阜県高山市）
  • 年月日: 2014-09-04 – 2014-09-05
• [学会発表] 偏光パーティクルカウンターとライダーによる黄砂の内部混合状態の推定 (2014)
  • 著者名/発表者名: 杉本伸夫，西澤智明，清水 厚，松井一郎, 小林 拓
  • 学会等名: 第31回エアロゾル科学・技術研究討論会
  • 発表場所: 筑波大学（茨城県つくば市）
  • 年月日: 2014-08-04
• [学会発表] Long-term MAX-DOAS network observations of NO2 in Russia and Asia (MADRAS) during 2007-2012: Climatology and comparisons with OMI satellite observations and global model simulations (2014)
  • 著者名/発表者名: Kanaya, Y., H Irie, H. Takashima, H. Iwabuchi, H. Akimoto, K. Sudo, M. Gu, J. Chong, Y.J. Kim, H. Lee, A. Li, F. Si, J. Xu, P. -H. Xie, W. -Q. Liu, A. Dzhola, O. Postylyakov, V. Ivanov, E. Grechko, S. Terpugova, and M. Panchenko
  • 学会等名: AOGS
  • 発表場所: Royton Sapporo Hotel (Sapporo)
  • 年月日: 2014-08-01
• [学会発表] A sensitivity study of UV surface albedo for spaceborne tropospheric ozone measurements over China (2014)
  • 著者名/発表者名: Noguchi, K., H. Irie, and K. Kita
  • 学会等名: AOGS
  • 発表場所: Royton Sapporo Hotel (Sapporo)
  • 年月日: 2014-07-31
• [学会発表] Development of validation methods for the EarthCARE ATLID using ground-based lidar and radiometer networks (2014)
  • 著者名/発表者名: Sugimoto N., Nishizawa T., Matsui I., Shimizu A., Higurashi A., Jin Y., Oikawa E.
  • 学会等名: AOGS
  • 発表場所: Royton Sapporo Hotel (Sapporo)
  • 年月日: 2014-07-28
• [学会発表] Continuous observation of aerosols in East Asia using a ground-based Lidar network (AD-NET) (2014)
  • 著者名/発表者名: Sugimoto N.
  • 学会等名: International Workshop on Air Quality in Asia Inventory, Modeling and Climate Impacts of Greenhouse Gas emissions (GHG’s) and Aerosols; Remote sensing applications and Integrated Technologies
  • 発表場所: Hanoi(Vietnam)
  • 年月日: 2014-06-24 – 2014-06-26
• [学会発表] 衛星と地上からのリモートセンシングの複合利用による大気中NO2とエアロゾルの時空間変動解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 入江仁士、倪聞涛、陳誠、武藤拓也、加藤知道、Pradeep Khatri、高村民雄
  • 学会等名: 日本リモートセンシング学会春季学術講演会
  • 発表場所: 産業技術総合研究所（茨城県つくば市）
  • 年月日: 2014-05-15
• [学会発表] MAX-DOAS法による大気汚染物質の水平分布観測 (2014)
  • 著者名/発表者名: 倪聞涛、入江仁士、陳誠、高村民雄、KHATRI Pradeep
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2014-04-28 – 2014-05-02
• [学会発表] エアロゾル・グリオキサール・ホルムアルデヒド濃度の時間変動： 詳細な誤差解析に基づいたMAX-DOAS法による観測 (2014)
  • 著者名/発表者名: 入江仁士、陳誠、倪聞涛、中山智喜、山崎明宏、高村民雄、Pradeep Khatri
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2014-04-28 – 2014-05-02
• [学会発表] 日中韓露MAX-DOAS 長期観測網によるNO2計測(2007-2012)：OMI 衛星データの系統的検証 (2014)
  • 著者名/発表者名: 金谷有剛、入江仁士、高島久洋、岩渕弘信、秋元肇、須藤健悟、Myojeong Gu、Jihyo Chong、Young-Joon Kim、Hanlim Lee、Ang Li、Fuqi Si、Jin Xu、Pinhua Xie、Wenqing Liu、Anatoly Dzhola、Oleg Postylyakov、Victor Ivanov、Evgeny Grechko、Svetlana Terpugova、Mikhail Panchenko
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2014-04-28 – 2014-05-02
• [学会発表] Visible and near-infrared measurements of tropospheric pollutants and carbon dioxide by means of long distance light transmission (2014)
  • 著者名/発表者名: Saito, H., Y. Mabuchi, I. Alimuddin, N. Manago, H. Irie, I. Harada, K. Kuriyama, R. Oda, and H. Kuze
  • 学会等名: ISRS 2014
  • 発表場所: Korea(Busan)
  • 年月日: 2014-04-16 – 2014-04-18
• [備考] JSPS科学研究費基盤研究Ｓ
  • URL: http://www.riam.kyushu-u.ac.jp/taikai/