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アジアの大気環境評価手法の開発(平成 18年度)
Development of Evaluation Methods of Atmospheric Environment in Asia

予算区分
AA
研究課題コード
0610AA401
開始/終了年度
2006~2010年
キーワード(日本語)
アジア,大気環境,環境評価手法
キーワード(英語)
ASIA, ATMOSPHERIC ENVIRONMENT, ENVIRONMENTAL EVALUATION METHOD

研究概要

東アジアを中心としたアジア地域について、国際共同研究による大気環境に関する科学的知見の集積と大気環境管理に必要なツールの確立を目指して、観測とモデルを組合せ、大気環境評価手法の開発を行う。具体的には、
(1) 広域越境大気汚染観測のための多成分・連続観測を含む地上観測拠点を確立するとともに、黄砂についてのライダー観測・地上観測ネットワークをモンゴル及び東南アジアへ拡大する。
(2) 中国・日本における航空機観測を含む集中観測を実施する。
(3) 本プロジェクト及び国内外の機関の共同研究により得られる観測データをデータベース化する。
(4) 数値モデルのマルチスケール化と観測データベースの活用により、広域大気汚染の全体像を把握する手法を確立する。
(5) ボトムアップ的手法による精緻化と、観測データ及び数値モデルを用いたトップダウン的手法を組合せ、大気汚染物質の排出インベントリを改良する。
(6) 化学気候モデルを開発し、2030 年までのアジアの大気環境の将来予測を行う。

研究の性格

  • 主たるもの:応用科学研究
  • 従たるもの:技術開発・評価

全体計画

エアロゾルおよびガスの大気汚染物質と黄砂の地上観測、航空機観測、ライダーネットワーク観測等を行い、国際的にも観測の連携を進めるとともに、モデルと排出インベントリの精緻化を進めて、観測データ・モデル解析の両面から日本国内を含むアジア地域の大気環境施策立案に必要な科学的知見とツールを提供する。以下の3つのサブテーマについて研究を進める。
(サブテーマ1:アジアの広域越境大気汚染の実態解明)沖縄辺戸ステーションをベースにした地上通年観測による、長距離輸送されたガス・エアロゾルの解析を行うとともに、辺戸を中心として対流圏大気変化観測の連携を進める。また、航空機観測による広域汚染分布の解明とモデルとの突き合わせを行って、東アジア地域全体の広域大気汚染の実態把握を行う。さらに大気観測の国際協力を推進し、これによるアジア域の大気環境のデータベース化を行う。
(サブテーマ2:アジアの大気環境評価と将来予測)マルチスケール大気汚染モデルと化学気候モデルを開発し、観測データをもとに検証するとともに、観測データや数値モデルを用いて大気汚染物質の排出インベントリを改良する。開発・改良したモデルと排出インベントリおよび観測データベースを活用して、アジア広域から国内都市域における大気汚染の全体像を把握する手法を確立する。更に、将来シナリオに基づく排出予測結果と化学気候モデルを使って、2030 年までのアジアの大気環境(気候と大気汚染)変動を予測する。
(サブテーマ3:黄砂の実態解明と予測手法の開発)東アジア地域で増大している黄砂の発生から輸送・沈着を把握するための、ライダーを中心とするリアルタイム観測ネットワークを展開・整備すると同時に、化学分析のための黄砂サンプリングも行う。これらのリアルタイムデータをモデルに取り込むデータ同化手法を確立し、黄砂予報モデルの精度を向上する。また、黄砂による汚染物質の変質過程をモデリングする。最終的に、砂漠化や気候変動などによる黄砂の将来変動を予測する。   

今年度の研究概要

サブテーマ(1)では、中国および国内(主に東シナ海上空)における航空機観測を行って、中国における大気汚染物質の排出インベントリの検証、大規模発生源近傍におけるエアロゾルの高度分布の解明、東アジアから沖縄周辺に到達する気塊に含まれる大気汚染物質やエアロゾルの精細な空間分布などを解明する予定である。航空機観測に同期して中国国内における地上観測を行う。また国内観測では、本研究所が沖縄辺戸岬に整備した辺戸岬大気・エアロゾル観測ステーションを拡充し、最大限に活用してエアロゾル化学成分の地上観測やライダーによるエアロゾルの鉛直分布観測など大気汚染物質やエアロゾルの詳細な空間分布の観測を行う。同観測ステーションで進めているエアロゾルの物理や放射関連の共同観測とも連携して、気塊の由来に即した、気象条件を考慮した観測を行う。
1) 春季に中国北京・天津周辺における大気汚染・エアロゾルの航空機観測を中国の研究者と共同で行う(中国環境科学研究院)。これと同期して北京における炭素成分エアロゾルおよび一酸化炭素の測定(東京大学および北京大学)、韓国済州島における地上観測と黄海上空における航空機観測(韓国環境科学研究院)、長崎県福江島におけるエアロゾル化学成分の観測(本研究グループ)、沖縄におけるエアロゾル化学成分とライダーによる空間分布観測(本研究グループおよび琉球大学)およびガス状成分測定(首都大学東京、大阪府立大学、名城大学)、さらにエアロゾル物理および放射観測(千葉大学、総合地球学研究所)など、大規模な集中観測を中国北部→黄海・東シナ海→沖縄の流跡に沿った観測を行い、輸送過程とそれによる化学変化のプロセスを解析する。
2) 梅雨期に東シナ海を中心とした共同観測を実施し、前線に沿って、南方から輸送される汚染質の特性を把握する。また、エアロゾル化学成分の変動を測定して、エアロゾル化学成分の季節変化の中で、特にVOCの光化学酸化に由来する水溶性有機エアロゾルの挙動に関する解析を行う。
3) 辺戸岬大気・エアロゾル観測ステーションの拡充を進め、設置希望の出ている測定機器類を導入してデータの充実を図る。特に、超微量アンモニアガス測定装置を設置して、アンモニアガスの無人連続測定を開始し、SO2のデータとも合わせて、長距離輸送に伴うエアロゾルの酸性化現象の解明に端緒を開く。
 サブテーマ(2)では、アジア地域の排出インベントリと大気質モデルを用いて、過去四半世紀における大気質の再現実験を行う。この結果を既存観測データと比較して検証した後、広域大気汚染の空間分布と経年変化及び越境大気汚染による日本への影響を評価する。また、将来におけるアジア地域の気候と大気質変化を評価するために、化学気候モデルの開発に着手する。更に、大気質モデルと観測データを用いた、排出インベントリの検証・修正手法の開発に着手する。
1) 地球環境フロンティア研究センター等と共同で開発したアジア域エミッションインベントリ、全球化学気候モデル(CHASER)で計算される境界条件をもとに、領域大気汚染モデルを用いて、過去四半世紀におけるアジア大気質再現実験を実施する。
2) 既存の地上観測データや対流圏衛星観測データ等をもとに、再現実験結果を検証した後、
広域大気汚染の空間分布、その経年変化、越境大気汚染による日本への影響を評価する。
3) アジア地域の気候・大気質変動を評価するために、化学気候モデルの開発に着手する。
具体的には、全球化学気候モデル(CHASER)による過去四半世紀の再現実験結果をもとに、アジア域への適用性を評価する。さらに、領域化学気候モデルの構成を議論し、開発方針を決定する。
4) ボトムアップ的手法による精緻化と、観測データ及び数値モデルを用いたトップダウン的手法を組合せ、大気汚染物質の排出インベントリを改良する手法の開発を開始する。併せて、所内のシナリオ・ビジョン研究に連携しつつ、将来排出シナリオに関する検討も開始する。また、エミッションインベントリのマルチスケール化に関する基本設計を行う。
 サブテーマ(3)では、ライダーを中心とする黄砂のモニタリングネットワークを整備し、観測データベースを設計する。特に本年は、ゴビ砂漠近傍のモンゴル国サインシャンドにおいてJICAとの連携によるモニタリングステーションの完成を目指す。黄砂の発生源は、大きく分けて3地域に存在する。中国側ではタクラマカン砂漠、バダンジリン砂漠やトングリ砂漠、フンシャンダーク砂地など内モンゴルの砂漠地帯、黄土高原地帯である。モンゴルは、ゴビ砂漠地帯が発生源となっている。それらのうち、北京経由で日本に飛来する黄砂の最頻発生地域は、モンゴルゴビ砂漠地帯および内モンゴル砂漠地帯であることが過去の研究成果(モデルによる発生源推定)から判明している。しかしながら、そのような発生源推定モデルをはじめ、輸送モデルなど、様々なモデルの検証に役立つ観測データが極めて不足しており、モデルの改良のためにも確かなネットワークデータ収集が必要となっている。そのため、本中核プログラムの中で、発生源から日本までのライダーを中心とするネットワーク観測による黄砂の実態解明を最終目標の一つとして、ネットワークの増強を計画している。現在、日本には、札幌、仙台、富山、つくば、島根、長崎、福江島、辺戸の8カ所でライダー観測を行っている。黄砂の風送路の風上では、韓国にはソウル、スオンの2局、中国には北京、フフホト、合肥の3局が研究ベースでライダー観測を行っている。前述の、重要な発生源であるモンゴルゴビ砂漠周辺での観測が極めて脆弱であり、その増強をすることが、モデル検証のためにも重要なことである。JICAの気象支援プログラムの協力支援を行うことによって、モンゴル国ゴビ砂漠西端のサインシャンドにおいて初のライダーおよび地上黄砂濃度観測装置の導入を計画している。最低気温が−30℃以下にもなる厳冬期を挟むことから、定常的な運転を行うためには、導入システムについて装置工学的な検討を加える必要がある。本年は、モンゴル国ゴビ砂漠において黄砂のモニタリング局の構築と定常運転に関する基礎データの収集と装置改良を目指すことを主として行う。併せて、発生源地域別の表面土壌の化学分布マップの作製も開始する。また、ライダーネットワークデータを化学輸送モデルの検証、同化に用いるためのデータ処理手法の研究を行い、ライダーデータにおける雲の除去やインバージョン法で導出される黄砂の消散係数プロファイルの信頼できる高度範囲の判定など、モデルの定量的な検証や同化に不可欠なデータ処理手法および処理アルゴリズムの確立を目指す。

課題代表者

大原 利眞

  • 企画部
  • フェロー
  • 工学博士
  • 工学,地学,システム工学
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担当者