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越境大気汚染の日本への影響

Summary

 近年、光化学オキシダントの発生が広域化し、光化学オキシダント濃度が全国的に上昇している原因は、アジア地域から流れ込む汚染物質の可能性が高いと考えられます。アジア大陸からの越境汚染を検証するため、大気汚染物質排出量の推計や観測データの解析、コンピュータ・シミュレーションを行っています。


 地表近くのオゾンは、窒素酸化物(NOx)や揮発性有機化合物(VOC)などが大気中で光化学反応を起こして生成されます。オゾンは、人の健康に悪影響をおよぼしたり、農作物や森林の生育を阻害する物質です。光化学反応により生成される酸化性物質が光化学オキシダント(Ox)であり、その大部分はオゾンです。

 2007年5月8日から9日にかけて、九州をはじめ西日本の広い範囲で光化学オキシダント注意報が発令されました。2008年、2009年にも同様な現象が発生しました。光化学オキシダント意報は、光化学Oxの濃度が120ppbを継続して超えると判断される場合に発令されるものです。その発令地域は徐々に増加し、2007年には28都府県と観測史上最多の数に達しました。このように、光化学Oxの発生が広域化し、また、全国的にその濃度が上昇していることから、光化学Oxに対する社会的な関心が高まっています。

 アジア地域では、火力発電所、工場、自動車等による燃料燃焼などによって、NOxやVOCなどの大気汚染物質が大気に放出されています。一方、日本では、光化学Oxを生成する原因物質であるNOxやVOCは発生源規制により、年々減少しています。こうしたことから、日本で光化学Oxが増えているのは、経済成長が著しいアジア地域から汚染物質が流れ込んでいる可能性が高いと考えられます。そこで、アジア大陸からの越境大気汚染を把握するため、大気汚染物質排出量の推計や観測データの解析、コンピュータ・シミュレーションを行ってきました。今回はこれまでに判明した研究結果についてご紹介します。

光化学Ox の全国的な増加

 日本全国の大気汚染測定局で測定された光化学Oxの平均値は、1985年から2004年度の20年間に約0.25ppb/年(1%/年)の割合で増加しています。さらに国内の清浄地域の観測地点では、2000年から2005年の間に数ppb~10ppb程度の上昇が観測されています。これに対して、その原因物質であるNOxやNMHC(非メタン炭化水素:VOCの類似物質とみることができる)の濃度は、NOxは1991年をピークに年を追って減少し、NMHCは1980年以降、低下しています(図1)。

アジア地域の大気汚染排出量が増加

 アジア地域における多種類の大気汚染物質の排出量を1980~2020年について算定し、アジア域排出インベントリREASを開発しました。REASは、アジア各国の燃料消費量や自動車走行量などの統計データ、排出係数(排出原単位)などのデータをもとに、人間活動によって発生する大気汚染物質の排出量を計算したものです。

 1980年から2003年までのアジア全体の経年変化をみると、NOx、VOCの排出量とも年々増加を続けています。NOxは、アジア全体では2.8倍、東アジアでは2.6倍に増加しています。なかでも中国は3.8倍、平均年率6%と非常に大きくなっています。特に2000年以降は3年間で1.3倍と過去最高となっています(図5)。このような最近の増加傾向は衛星観測データによっても検証されています。VOCは、工場・火力発電所などの燃焼施設と自動車などの輸送機関が主要な発生源で、1980年と2003年との比較では、アジア全体では2.1倍、東アジアでは2.4倍、中国では2.5倍に増えています(図6)。

図5
図5 1980年~2003年の地域別NOx排出量の経年変化

図6
図6 1980年~2003年の地域別VOC排出量の経年変化

オゾンの越境汚染

 対流圏化学輸送モデル(シミュレーションモデル)を使って、アジア域における(対流圏オゾン)のシミュレーション研究を進めています。アジア大陸で排出されたNOxやVOCはオゾンを生成し、西風に乗って長距離輸送され、アジア大陸の風下に位置する日本に越境汚染を引き起こすと考えられます。

 1980~2003年のREASを使ってシミュレーション計算された、日本の地上オゾン濃度は年平均約0.2ppbの割合で上昇しており、図1の光化学Oxの観測結果とほぼ一致します。これに中国におけるNOx排出量の経年変化を重ね合わせると、日本の地上オゾン濃度と中国の排出量の増加傾向が酷似しています。シミュレーションによると、中国国内でのNOxの総排出量が年間100万トン増加すると、北京・華北平原から上海にかけて地上オゾンの年間平均濃度は1ppb増加し、夏季の平均濃度は1980年から2003年に約8ppb増加するという結果が出ています。(図8)。これらのことから、中国国内での排出量の増加によって、アジア大陸で生成されるオゾンが増加し、そのオゾンが日本に越境輸送された結果、日本の地上オゾンが上昇したと考えられます。

大気汚染排出量とオゾンの将来予測

 REASでは、将来の排出シナリオを設定して、排出量を予測しています。中国のシナリオについては、将来のエネルギー消費と対策の動向を考慮して、現状推移型(PFC)、持続可能性追求型(REF)、対策強化型(PSC)の3種類を設定し、中国以外の国については国際エネルギー機関(IEA)のエネルギー需要予測に基づく排出シナリオを設定しています。

 予測結果(図7)によると、2020年における中国のNOxの排出量は、PFCシナリオでは、2000年に比べて2倍以上に増加するが、PSCシナリオではわずかではあるが減少するという結果が示されています。しかし、2000年以降の燃料消費量の増加傾向や衛星観測結果などから、現在のNOx排出量はすでに、PFCシナリオの2020年予測値近くに達している可能性があります。一方、VOC排出量は、いずれのシナリオでも2000年に比べ、大幅に増加すると予測されています。

 次に、将来の光化学オゾンの変化を見るために、2000年と2020年のPFCシナリオの排出量を使って計算した地上オゾン濃度を比較してみますと、2020年のオゾン濃度は、東アジアの広い地域で急激に上昇し、日本への影響も増大します(図8)。西日本一帯で年平均濃度が環境基準レベル(60ppb)に近づき、九州では環境基準を約40%も超過するという結果が示されています。このように、近い将来、越境汚染により日本のオゾン濃度が高くなる危険性を示唆しています。

図7
図7 中国におけるNOx排出量の経年変化と将来の動向
 赤色で示すように、中国のNOx排出量は急増し、1980年~2003年の間に約4倍になりました。また、図には3種類のシナリオを設定した場合の、2020年までのNOx排出量の予測結果も示します。現状維持型(緑色)と持続可能性追求型(黄緑色)のシナリオでは、2020年のNOx排出量は2000年に比べて増加します。一方、対策強化型(黄色)のシナリオでは、NOx排出量はわずかですが減少します。2000年以降の排出量(赤色)や燃料消費量の増加傾向、衛星観測の結果(青色)などから判断すると、現在のNOx排出量はすでに現状維持型の2020年予測値付近にまで達している可能性があります。

図8
図8 東アジアにおける地表面近くのオゾン年平均濃度の変化(計算結果)。2020年は現状維持型シナリオでの予測結果を示す[Yamaji et al.(2008)を参照]。