Construction of world’s most reliable deposited-aerosol database on the Anthropocene (from 1850 to 2020)

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18H05292
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 飯塚 芳徳 北海道大学, 低温科学研究所, 准教授 (40370043)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 植村 立 名古屋大学, 環境学研究科, 准教授 (00580143) ; 関 宰 北海道大学, 低温科学研究所, 准教授 (30374648) ; 的場 澄人 北海道大学, 低温科学研究所, 助教 (30391163) ; 大島 長 気象庁気象研究所, 全球大気海洋研究部, 主任研究官 (50590064) ; 服部 祥平 東京工業大学, 物質理工学院, 研究員 (70700152) [Withdrawn] ; 藤田 耕史 名古屋大学, 環境学研究科, 教授 (80303593) ; 大野 浩 北見工業大学, 工学部, 准教授 (80634625)
• Project Period (FY): 2018-06-11 – 2023-03-31
• Keywords: アイスコア / エアロゾル / 人新世

Outline of Annual Research Achievements

本プロジェクトの目的は産業革命から現在までの高確度エアロゾルデータベースの構築とアイスコアの新規分析手法から人新世の大気環境復元を高度化することである。最初の目的のために、グリーンランド南東ドームでの250mのアイスコア掘削した。2020年度では、コロナ禍でデンマークやグリーンランドは通年レベル3の渡航禁止下であり、2021年度（本年度）に計画を延期していた。2021年度もデンマークやグリーンランドは通年レベル3の渡航禁止下であり続けたが、4―7月に困難な状況のもとで掘削を決行し、250mのアイスコアの取得に成功した。11月にアイスコアが輸入され、2021年度末現在、そのアイスコアの初期解析を実施している。
第2の目的達成のために、すでに本プロジェクトで公開済のエアロゾルデータを参考にしつつ、1)衛星による近過去の雲量との統計的解析（主担当：藤田）、2)氷晶核能測定装置の開発、3)ダストデータの高精度解読、4)電子顕微鏡による硝酸塩組成の復元（主担当：大野）、5）過酸化水素分析法の確立（主担当：服部）、6）硫酸エアロゾル中の酸素同位体比を用いた大気酸化力の復元（主担当：服部）、7）メタンスルホン酸による海氷面積・海洋生物活動の復元（主担当：的場）、8）過去の硫酸エアロゾルの粒径復元、9）ラマン分析によるアンモニウム塩・硝酸塩の組成復元、10）放射光によるカルシウムエアロゾルの化合物同定のなどの分析に着手してきた。
このうち、硫酸エアロゾル中の酸素同位体比を用いた大気酸化力の復元から、1980年以降の二酸化硫黄排出規制にもかかわらず、硫酸エアロゾルの減少が鈍化しているメカニズムを解明し、論文にまとめた。アンモニアなどのアルカリ性物質の増加による大気の酸性度低下が原因で、大気化学過程が変化し、結果的に硫酸生成効率が上昇することを突きとめた。今後の北極域の環境変動予測に重要な成果である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

新規解析法確立を目的とした既存の90mのアイスコアの解析は順調に進んでおり、試行錯誤しながらも独創性の高い成果を創出することができた。特に硫酸エアロゾル中の酸素同位体比を用いた大気酸化力の復元に関する成果は2021年に「Science Advances」誌に公開されるなど、高IFジャーナルに成果を創出した。これは、本プロジェクトの研究進捗が順調であることを示すとともに、高度な研究を推進できてきたと自負している。
新しいアイスコアを低温実験室で解析しており、アイスコアの年代推定を試みている。連日、低温実験室で氷を切断し、火山シグナルなどを復元できる氷の非破壊測定を行いつつ、年代決定やエアロゾルデータベースに必要な分析試料をそれぞれ約5000試料作製している。
また、アイスコアの掘削に関する論文を2021年8月に公開し、このアイスコアの配分計画を話し合うためのオンライン研究発表会を2021年9月に実施した。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度と同様にプロジェクトの目的達成に向けて、これまでに得られた成果をもとに、着実に研究を進めていく。2022年度前半は、2021年11月に輸入された250mのアイスコアの年代決定、涵養量復元を行う。2022年度後半は、アイスコアのイオン・ダスト濃度を分析し、硫酸・硝酸・アンモニア・ダストなどの高確度エアロゾルデータベースを構築する。令和4年度は本プロジェクトの最終年度であり、アイスコアの掘削自体が1年遅れたために、エアロゾルデータベースの構築が間に合うか難しいところではあるが、全力で迅速に分析と解析をすすめていく。

Research Products

• [Journal Article] Contributions of anthropogenic aerosol forcing and multidecadal internal variability to mid-20th century Arctic cooling CMIP6/DAMIP multimodel analysis (2022)
  • Author(s): Aizawa, T., Oshima, N., and Yukimoto, S.
  • Journal Title: Geophysical Research Letters Volume: 49 Pages: e2021GL097093
  • DOI: 10.1029/2021GL097093
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Changes in anthropogenic precursor emissions drive shifts in the ozone seasonal cycle throughout the northern midlatitude troposphere (2022)
  • Author(s): Bowman, H., Turnock, S., Bauer, S. E., Tsigaridis, K., Deushi, M., Oshima, N., O'Connor, F. M., Horowitz, L., Wu, T., Zhang, J., Kubistin, D., and Parrish, D. D.
  • Journal Title: Atmos. Chem. Phys. Volume: 22 Pages: 3507-3524
  • DOI: 10.5194/acp-22-3507-2022
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Arctic warming and associated sea ice reduction in the early 20th century induced by natural forcings in MRI-ESM2.0 climate simulations and multimodel analyses (2021)
  • Author(s): Aizawa, T., Ishii, M., Oshima, N., Yukimoto, S., and Hasumi, H.
  • Journal Title: Geophysical Research Letters Volume: 48 Pages: e2020GL092336
  • DOI: 10.1029/2020GL092336
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Comparison of three aerosol representations of NHM-Chem (v1.0) for the simulations of air quality and climate-relevant variables (2021)
  • Author(s): Kajino, M., Deushi, M., Sekiyama, T. T., Oshima, N., Yumimoto, K., Tanaka, T. Y., Ching, J., Hashimoto, A., Yamamoto, T., Ikegami, M., Kamada, A., Miyashita, M., Inomata, Y., Shima, S., Khatri, P., Shimizu, A., Irie, H., Adachi, K., Zaizen, Y., Igarashi, Y., Ueda, H., Maki, T., and Mikami, M.
  • Journal Title: Geosci. Model Dev. Volume: 14 Pages: 2235-2264
  • DOI: 10.5194/gmd-14-2235-2021
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Isotopic evidence for acidity-driven enhancement of sulfate formation after SO2 emission control (2021)
  • Author(s): S. Hattori, Y. Iizuka, B. Alexander, S. Ishino, K. Fujita, S. Zhai, T. Sherwen, N. Oshima, R. Uemura, A. Yamada, N. Suzuki, S. Matoba, A. Tsuruta, J. Savarino, N. Yoshida
  • Journal Title: Sci. Adv. Volume: 7 Pages: eabd4610
  • DOI: 10.1126/sciadv.abd4610
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Estimates of mass absorption cross sections of black carbon for filter-based absorption photometers in the Arctic (2021)
  • Author(s): Ohata, S., Mori, T., Kondo, Y., Sharma, S., Hyvarinen, A., Andrews, E., Tunved, P., Asmi, E., Backman, J., Servomaa, H., Veber, D., Eleftheriadis, K., Vratolis, S., Krejci, R., Zieger, P., Koike, M., Kanaya, Y., Yoshida, A., Moteki, N., Zhao, Y., Tobo, Y., Matsushita, J., and Oshima, N.
  • Journal Title: Atmos. Meas. Tech. Volume: 14 Pages: 6723-6748
  • DOI: 10.5194/amt-14-6723-2021
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Arctic black carbon during PAMARCMiP 2018 and previous aircraft experiments in spring (2021)
  • Author(s): Ohata, S., Koike, M., Yoshida, A., Moteki, N., Adachi, K., Oshima, N., Matsui, H., Eppers, O., Bozem, H., Zanatta, M., and Herber, A. B.
  • Journal Title: Atmos. Chem. Phys. Volume: 21 Pages: 15861-15881
  • DOI: 10.5194/acp-21-15861-2021
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Deep ice as a geochemical reactor: insights from iron speciation and mineralogy of dust in the Talos Dome ice core (East Antarctica) (2021)
  • Author(s): Baccolo G, Delmonte B, Di Stefano E, Cibin G, Crotti I, Frezzotti M, Hampai D, Iizuka Y, Marcelli A, Maggi V
  • Journal Title: CRYOSPHERE Volume: 15 Pages: 4807-4822
  • DOI: 10.5194/tc-15-4807-2021
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Pure rotational Raman spectroscopy applied to N-2/O-2 analysis of air bubbles in polar firn (2021)
  • Author(s): Ohno H, Iizuka Y, Fujita S
  • Journal Title: JOURNAL OF GLACIOLOGY Volume: 67 Pages: 903-908
  • DOI: 10.1017/jog.2021.40
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Physically Based Summer Temperature Reconstruction From Melt Layers in Ice Cores (2021)
  • Author(s): Fujita K, Matoba S, Iizuka Y, Takeuchi N, Tsushima A, Kurosaki Y, Aoki T
  • Journal Title: EARTH AND SPACE SCIENCE Volume: 8 Pages: e2020EA001590
  • DOI: 10.1029/2020EA001590
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Ice Core Drilling and the Related Observations at SE-Dome site, southeastern Greenland Ice Sheet (2021)
  • Author(s): Iizuka Y, Matoba S, Minowa M, Yamasaki T, Kawakami K, Kakugo A, Miyahara M, Hashimoto A, Niwano M, Tanikawa T, Fujita K, Aoki T
  • Journal Title: BULLETIN OF GLACIOLOGICAL RESEARCH Volume: 39 Pages: 1-12
  • DOI: 10.5331/bgr.21R01
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Anthropogenic impacts on tropospheric reactive chlorine since the preindustrial. (2021)
  • Author(s): Zhai ST, Wang X, McConnell JR, Geng L, Cole-Dai J, Sigl M, Chellman N, Sherwen T, Pound R, Fujita K, Hattori S, Moch JM, Zhu L, Evans M, Legrand M, Liu PF, Pasteris D, Chan YC, Murray LT, Alexander B
  • Journal Title: Geophysical Research Letters Volume: 48 Pages: e2021GL093808
  • DOI: 10.1029/2021GL093808
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] SIGMAと関連プロジェクトによるグリーンランド氷床上の大気・雪氷・雪氷微生物研究 - ArCS IIプロジェクトへのつながり - (2021)
  • Author(s): 青木輝夫, 的場澄人, 庭野匡思, 朽木勝幸, 谷川朋範, 竹内望, 山口悟, 本山秀明, 藤田耕史, 山崎哲秀, 飯塚芳徳, 堀雅裕, 島田利元, 植竹淳, 永塚尚子, 大沼友貴彦, 橋本明弘, 石元裕史, 田中泰宙, 大島長, 梶野瑞王, 足立光司, 黒﨑豊, 杉山慎, 津滝俊, 東久美子, 八久保晶弘, 川上薫, 木名瀨健
  • Journal Title: 雪氷 Volume: 83 Pages: 169-191
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 氷床表面質量収支の実態とそのモデリングの試み：2020年夏最新版 (2021)
  • Author(s): 庭野匡思, 青木輝夫, 橋本明弘, 大島長, 梶野瑞王, 大沼友貴彦, 藤田耕史, 山口悟, 島田利元, 竹内望, 津滝俊, 本山秀明, 石井正好, 杉山慎, 平沢尚彦, 阿部彩子
  • Journal Title: 雪氷 Volume: 83 Pages: 27-50
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Acidity-driven enhancement of sulfate formation after SO2 emission control evidenced by 17O-excess of ice core sulfate (2022)
  • Author(s): Shohei Hattori
  • Organizer: PAST GLOBAL CHANGES (PAGES) ICYS seminar series
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Ice Core Drilling Project at SE-Dome site, southeastern Greenland Ice Sheet (2022)
  • Author(s): Yoshinori Iizuka
  • Organizer: PAST GLOBAL CHANGES (PAGES) ICYS seminar series
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Atmospheric sulfate formation pathways from its 17O-excess signature: theory and cryospheric applications (2022)
  • Author(s): Sakiko Ishino and Shohei Hattori
  • Organizer: CATCH Seminar Series
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Global and Arctic effective radiative forcing of anthropogenic gases and aerosols in MRI-ESM2.0 (2021)
  • Author(s): Oshima, N., Yukimoto, S., Deushi, M., Koshiro, T., Kawai, H., Tanaka, T. Y., and Yoshida, K.
  • Organizer: Tri-MIPathlon-3
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 硫酸の三酸素同位体組成を用いたSO2排出抑制期におけるケミカルフィードバック機構の解明 (2021)
  • Author(s): 服部祥平、飯塚芳徳、Becky Alexander、石野咲子、藤田耕史、Shuting Zhai、Tomas Sherwen、大島長、植村立、山田明憲、鈴木希実、的場澄人、鶴田明日香、Joel Savarino、吉田尚弘
  • Organizer: 2021年度 日本地球化学会 第68回年会
• [Presentation] Acidity‐driven enhancement of sulfate formation after SO2 emission control evidenced by 17O‐excess of ice core sulfate, (2021)
  • Author(s): Hattori, S., Iizuka, Y., Alexander, B., Ishino, S., Fujita, K., Zhai, S., Sherwen, T., Oshima, N., Uemura, R., Yamada, A. Suzuki, N., and Yoshida, N.
  • Organizer: IGAC 2021 Virtual Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Importance of ammonium for atmospheric sulfate burden evidenced by 17O excess of ice core sulfate (2021)
  • Author(s): Shohei Hattori
  • Organizer: 第七届全国?定同位素生?学学?研?会,
  • Invited
• [Presentation] グリーンランド南東ドームにおけるアイスコア掘削と気象・雪氷観測 (2021)
  • Author(s): 飯塚 芳徳, 的場 澄人, 箕輪 昌紘, 山崎 哲秀, 川上 薫, 角五 綾子, 宮原 盛厚, 藤田 耕史, 橋本 明弘, 庭野 匡思, 谷川 朋範, 青木 輝夫
  • Organizer: 雪氷研究大会（2021・千葉-オンライン）
• [Presentation] グリーンランド氷床アイスコアを用いた融解再凍結層に含まれる不純物の解析 (2021)
  • Author(s): 川上薫，飯塚芳徳，的場澄人，青木輝夫，杉山慎，安藤卓人
  • Organizer: 雪氷研究大会（2021・千葉-オンライン）
• [Presentation] グリーンランド南東ドームアイスコアから復元する硫酸エアロゾル北半球中高緯度の雲量の関係 (2021)
  • Author(s): 渡利晃久、飯塚芳徳、藤田耕史、増永浩彦、河本和明
  • Organizer: 雪氷研究大会（2021・千葉-オンライン）
• [Presentation] グリーンランド南東ドームアイスコアに含まれる不純物の解析 (2021)
  • Author(s): 捧茉優、飯塚芳徳
  • Organizer: 雪氷研究大会（2021・千葉-オンライン）
• [Presentation] 北極浅層アイスコア用の近赤外反射率測定装置の開発 (2021)
  • Author(s): 松本真依、飯塚芳徳、斎藤健
  • Organizer: 雪氷研究大会（2021・千葉-オンライン）
• [Presentation] Inclusions in ice layers of an ice core, Greenland (2021)
  • Author(s): Kawakami, K., Iizuka, Y., Matoba, S., Aoki, T., Sugiyama, S., Ando, T.
  • Organizer: AGU fall meeting 2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The correlations between cloud amount over Northern mid-high latitudes and aerosol proxies preserved in the SE-Dome icecore (2021)
  • Author(s): 渡利晃久、飯塚芳徳、藤田耕史、増永浩彦、河本和明
  • Organizer: Japan Geosciece Union Meeting 2021
• [Remarks] SE-Dome アイスコアプロジェクト
  • URL: https://sites.google.com/elms.hokudai.ac.jp/se-dome/se-dome-website