連携講座

Collaborative Divisions

地球環境変動学分野（国立環境研究所） Global Environment (National Institute for Environmental Studies)

グローバルな大気環境や炭素循環の変化を捉える
Observation of Global Atmospheric Environment and Carbon Cycle Changes

客員教授 中島 英彰
Professor

客員教授 町田 敏暢
Professor

Hideaki Nakajima

Toshinobu Machida

当講座では地球規模の大気環境変動に関わる大気化学成分の分布や経時変化を計測する観測技術、陸域における炭素収支の観測技術、なら灰色の連続値としてプロットしてあるのは、世界各地のバックグラウンびに地球温暖化を含めたグローバルな大気環境変動解析に関する研究と教育を行っている。具体的には、人工衛星、航空機、船舶、地上観測にド大気観測施設において、ガスクロマトグラフィー質量分析計によってよる大気成分や雲、エアロゾル、ならびにそれらの地表プロセスの観測技術、地上からの各種の遠隔計測技術の開発、アジアや南極、シベリア解析された同じガスの地表濃度である。

を含む北極など世界各地における観測活動ならびに取得したデータの処理アルゴリズム、データ解析を行うことによって地球規模での大気環境変動の原因究明に向けた研究を実施している。

両方のガスともに、1995 年から最近にかけて増加傾向が見て取れ、
FTIR による観測値は地上の観測値と良く一致している。また、HFC-In cooperation with the National Institute for Environmental Studies, we are carrying out research on the global atmospheric environment, such as global
warming and air pollution. For that purpose, we are developing measurement techniques on atmospheric composition changes and terrestrial carbon
budgets. We conduct research and education on measurement principles, data processing algorithm, field experiments, and data analysis on the basis ofspecific cases of remote sensing and in situ technologies. We also develop applications for atmospheric compositions/clouds/aerosols and their surface
processes, utilizing such instruments as satellite-borne, air-borne, ship-borne, and ground-based sensors. We conduct field measurements in Asia,Antarctica, and the Arctic including Siberia, and we study global atmospheric environmental change by analyzing these data.

23 に関しては地上観測が開始される前に遡って FTIR による解析が出来ていることが示されている。今後他の HCFC や HFC にも解析対象を拡張していく予定である。

アジア太平洋域上空における CO2 濃度の三次元構造
日本 航 空の旅 客 機 を利 用した 温 室 効 果 ガス観 測プ ロジェクト（CONTRAIL プロジェクト）で取得された 10 年間にわたる大量の観FTIR を用いた北海道・陸別、南極昭和基地及びつくば上空におけるフロン・代替フロン類の挙動解明
我々は、1990 年代半ばから北海道・陸別町において、また 2007、2011、2016 年の 3 年間南極昭和基地において、また 1 年前からは茨城県つくばにおいて、フーリエ変換赤外分光器（FTIR）による太陽光を光源にした赤外分光観測を行ってきている。この観測では、大我々は今回、モントリオール議定書で排出が規制された CFC の代替物質である HCFC-22 と HFC-23 の変動に着目した解析を行った。
NASA ジェット推進研究所の G. C. Toon 博士が公開している疑似ラインパラメータを用い、SFIT4 と呼ばれる解析ツールを用いた解析を行った。FTIR は晴天日に観測を行うことが出来るが、それぞれ観測様 子 を 調 べ た。Fig.1 に HCFC-22 の、Fig.2 に HFC-23 の 1995
年から現在までの鉛直カラム量変化を示す。緑が陸別の、青が昭和基地の、オレンジがつくばにおける観測値を示す。同じグラフに黒、水色、ていなかったアジア太平洋地域における大気中 CO2 濃度の分布の三次元構造とその季節変動を捉えた。アジア太平洋地域特有の CO2 濃度の分布には、シベリア域の森林による CO2 の吸収やアジアの化石燃料起源の排出の影響とともに、夏季のアジアモンスーンに伴う大気輸送が重要な役割を果たしていることが明らかになった。
Fig.3（左）は航空機の上昇・下降中に得られた鉛直分布と高度10km 付近の水平飛行中に得られた水平分布から作られた 8 月における CO2 濃度の三次元構造である。底面は 8 月の地表からの CO2 放出・吸収の強度を表している。8 月にインド周辺の光合成活動の影響を受けた低い CO2 濃度を伴った空気塊は、モンスーン循環によって地上付近から上部対流圏に輸送され、モンスーン高気圧の渦の中に隔離されていることがわかる。Fig.3（右）に示されるように 9 月になるとモンスーン高気圧の活動が弱まり、低濃度の CO2 が東アジアや太平洋域に流出する現象も明確に捉えられている。

We have used ten years of measurements taken from commercial airliners(as part of the CONTRAIL (Comprehensive Observation Network forTrace gases by Airliner) Project) to uniquely reveal both the threedimensional distribution of atmospheric CO2 over the Asia-Pacific region
and the seasonality of that distribution. Asia receives only sparsemonitoring for atmospheric CO2 , despite the region’s growing importanceto the global carbon cycle.
The CONTRAIL data revealed clear seasonal pattern in CO2 distribution
over Asia that varies with latitude, longitude, and altitude. In particular,
we observed a distinct depletion of CO2 concentration over South Asia toSoutheast Asia in August to September (Fig. 3). The low-CO2 area wasconfined to the Asian summer monsoon anticyclone—persistentanticyclonic circulation in the upper layers of the atmosphere (above 10 kmaltitude) associated with the seasonally varying monsoon regime—and tobe imprinted by strong CO2 uptake by vegetation in South Asia. The Asiansummer monsoon efficiently conveys signals from South Asian groundvegetation upward, and it propagates eventually out to the Pacific Ocean
after being trapped within the anticyclone. Seasonal evolutions of CO2
uptake in South Asia and the dynamic development and decay of Asiansummer monsoon anticyclone have a remarkable impact on the distributionof atmospheric CO2 over Asia and to the Pacific.
Reference: Umezawa, T. et al. (2018), Atmos. Chem. Phys. doi: 10.5194/
acp-18-14851-2018.

参考情報：国立環境研究所報道発表

http://www.nies.go.jp/whatsnew/20181106/20181106.html

参考文献：Umezawa, T. et al. (2018), Atmos. Chem. Phys. doi: 10.5194/
acp-18-14851-2018.

Fig.1 Temporal variation of HCFC-22
measured by FTIRs at Rikubetsu, Syowa
Station, and Tsukuba together with groundbased air monitoring data since 1995.

Fig.2 Same as Fig. 1 but for HFC-23.

(left)(right)Department of Frontier Sciences for Advanced Environment

されたデータの月平均値を求め、1995 年から現在までの濃度変化のWe started taking solar infrared spectroscopic measurements using
ground-based Fourier-transform infrared spectrometers (FTIRs) at
Rikubetsu, Hokkaido, in 1995. We also conducted FTIR measurements at
Syowa Station, Antarctica, in 2007, 2011, and 2016. We began taking FTIR
measurements in Tsukuba, Ibaraki in 2018. We have retrieved several
atmospheric trace species from the measured spectra. We analyzed thechlorofluorocarbons (CFCs), hydrochlorofluorocarbons (HCFCs), andhydrofluorocarbons (HFCs) from the FTIR spectra using a pseudo-line listthat Dr. G. C. Toon of NASA’s Jet Propulsion Laboratory prepared using
the SFIT4 retrieval tool. We analyzed the monthly averages of the temporalvariations in CFCs, HCFCs, and HFCs. Figure 1 shows the monthly
temporal variations of HCFC-22 (in total column amounts) at Rikubetsu(green), Syowa Station (blue), and Tsukuba (orange), whereas Figure 2
shows the same variations for HFC-23. These figures also show with
continuous data points for independent measurements of these gases from

測データを解析することによって、これまでは断片的にしか理解されThree-dimensional distribution of
atmospheric CO2 over the Asia-Pacific region

先端環境創成学専攻

気中の様々な微量気体成分の量と高度分布を導出することが出来る。

Monitoring of chlorofluorocarbons,hydrochlorofluorocarbons, andhydrofluorocarbons over Rikubetsu, Hokkaido;
Syowa Station, Antarctica; and Tsukuba, Ibaraki
using a Fourier-transform infrared spectrometerground-based background atmospheric monitoring stations in Barrow,
USA; Trinidad Head, USA; Cape Grim, Australia; and the South Pole,Antarctica. There is good agreement between the FTIR measurements andthe ground-based air monitoring data. Figure 2 also shows the FTIR datafrom the time period before the air monitoring data were available. In thefuture, we plan to extend our analysis to include other HCFCs and HFCs.

Fig.3 3D-distrubutions of CO2 over Asia Pacific in August (left) and September (right). The upper panels show CO2
distributions and wind vectors at around 10 km altitude. The lower panels indicate CO2 emissions (red) and uptakes (blue)by the terrestrial biosphere. Vertical pillars are vertical distributions of CO2 over the airports.

56 Coexistence Activity Report 2018

Coexistence Activity Report 201857