揮発性ビン・詳細反応モデル開発による二次有機エアロゾル計算の精緻化と生成機構解明（平成 23年度）
Development of volatility basis model and mechanical model for SOA simulation

研究概要

未解明かつ重要な大気汚染物質である、二次有機エアロゾル(SOA)の正確な動態把握と発生源解析を目的として、揮発性ビンモデル(VBSモデル)、及び詳細反応モデル(MCMモデル)を、世界に先駆けて三次元大気質モデル上で開発する。このモデルを用いて、従来研究で大気質モデルによる顕著な過小評価が明らかとなっている化石燃料起源SOAに対しては、VBSモデルの計算結果を解析して、同定されていない低揮発性の揮発性有機化合物(SVOC)のSOA生成への寄与を定量する。生物起源SOAに対しては、MCMモデルで計算される有機成分ごとの濃度を実測値と比較して、モデル中のSOA生成過程を精緻に検証するとともに、SOA成分濃度の支配要因を解明する。

研究の性格

• 主たるもの：基礎科学研究
• 従たるもの：応用科学研究

全体計画

平成23年度前半には、揮発性ビンモデル(VBSモデル)と詳細反応モデル(MCMモデル)をそれぞれボックスモデル上で開発する。また、VBSモデル上での粒径変化の解法、及びMCMモデル上での反応計算解法を最適化する。平成23年度後半には、これら２つのモデルを三次元大気質モデルに実装するとともに、モデル入力データを整備する。特に、VBSモデルの入力データであるSVOC排出量の揮発性分布を、国立環境研究所で実施予定の希釈率別の排出源測定結果や文献データを収集して整備する。平成24年度には、三次元モデル計算結果を関東での化石燃料起源・生物起源起源別SOA濃度、およびSOA成分濃度の実測データと比較する。この結果を基に、化石燃料起源・生物起源SOAに対するモデルの再現性能を精緻に検証するとともに、化石燃料起源SOA生成に対するSVOCの役割、および成分別SOA濃度の時空間分布を明らかとする。

今年度の研究概要

二つのSOAモデル(VBS、MCM)をボックスモデル上で開発し、室内実験データを用いた検証を第一に行う。VBSモデルについては、不連続的に分布する揮発性ビン、及び粒径ビンの間の質量移動を計算する解法の最適化が必要であり、ベンチマーク解法と比較して最適な解法を選択する。詳細反応モデルにおいては、多数の化学反応式による常微分方程式を計算するにあたり、正確かつ高速計算可能な解法の選択が必要であり、ベンチマーク解法などと比較することで、最適な解法を選択する。VBSモデル、 MCMモデルともに、ボックスモデル上で最適な解法を選択した後に、三次元モデル上への実装作業を行う。