CO2 通年観測の本格運用の開始とこれまでのデータの特徴
須永温子、向井人史、寺尾有希夫、野尻幸宏（独）国立環境研究所地球環境研究センター
１．はじめに国立環境研究所（以下 NIES）地球環境研究センターでは地上観測ステーション、定期船舶、民間航空機などを用いて、温室効果ガスの長期モニタリングを実施している。アジアの中緯度帯における観測は重要であるが、その地域的特長を示す代表的な濃度を捉え長期で継続的に観測を行なえる適当な観測地点が無かった。
NIES は富士山測候所の一角を借りて 2009 年7 月より二酸化炭素濃度の通年観測を開始した。しかし、遠隔地であり寒冷な富士山頂での観測には多くの問題や課題があるため、最初の約 2 年間は装置の開発と試験的運用に費やし、2011 年にようやく定常的な運用に移行した。日本列島上空の自由対流圏内の空気を継続して測定することが可能な富士山頂では、日本を含む東アジア圏の経済活動がどのように大気中の CO2 濃度に影響を与えているのか理解するうえで重要な拠点になることが期待される。
２．方法
NIES が開発した寒冷地仕様の小型で省エネの CO2 濃度自動測定機を 3 号庁舎の 1 階に、大気採取口とデータ通信用の衛星アンテナを庁舎北側の貯水タンク雪囲い内に設置した。室内空気・屋外空気な
らびに 3 本の標準ガスを連続 4 回繰り返し測定することで、測定の安定化と高精度の維持を実現した。最低気温が零下 20 度以下になる室内で測定システムを低温から守るために、低温時に装置内を零度以上に昇温させる小型のヒーターを装備した。また装置自体の発熱を逃がさずに自身の保温に利用するために、冷蔵庫と断熱材で測定装置本体を囲っている。冬期の電力源には低温用の鉛蓄電池100個を採用し、測候所で商用電源が利用できる夏期開所中に充電を行なっている。今年度は、充電・放電の際に配線交換が必要だった充電システムに充放電切り替えスイッチを導入し、越冬前後に行う電源関係の作業の簡略化を行った（写真１、写真２）。

写真１、CO2 測定システム

写真 2、充放電切替え装置と自動充電器

また、御殿場市内に設けられた NPO 御殿場事務所に小型の CO2 連続測定機を設置し、7 月と 8 月の間山頂での測定と並行して CO2 濃度を観測し、その結果を比較した。8 月 23 日から 25 日には御殿場市内に設置した測定機を太郎坊（標高約 1300m）に移し、太郎坊と山頂の日内の CO2 濃度を同時に測定した。
得られた富士山頂（35.21N, 138.48W, 標高 3776m）のデータは、NIES の沖縄県波照間観測ステーション（24.3N, 123.48W, 標高 10ｍ）, 北海道落石観測ステーション（43.9N, 145.3W, 標高 45m）, そして米国立海洋大気庁のハワイのマウナ・ロア観測所(19.53N, 155.57W, 標高 3397m)で得られたデータと比較し、富士山頂の CO2 の濃度変動の特徴を理解するための解析を進めている。

３．結果と考察
2011 年の測候所開所時には、2010 年夏から 2011 年の開所期間までに装置内に記録された測定の詳細データを回収し、測定装置の交換を行なった。また充放電切り替えシステムを導入したうえで 100 個の電池を約１月で効率よく自動で充電することに成功した。
３．１ 長期観測
通年観測が 2 年以上継続できたので、CO2 濃度の年々変動や季節変動の特徴を掴むことがでるようになってきた。例えば、2011 年 12 月時点の昨年からの山頂での濃度増加率は 1.75ppm/yr であり、計算方法は多尐異なるが、12 月 15 日時点の波照間ステーションでの濃度増加率 1.54ppm/yr と落石ステーションでの濃度増加率 1.87ppm/yr の間の値となっている。ここ数年の過去の濃度増加率と比べるとこれらの値は小さいが、依然濃度上昇が続いていることを示している。
富士山頂では主に冬期に高濃度が観測されている。後方流跡線解析によると、山頂に流れてくる気塊は大陸から朝鮮半島南部を通過していることが多かったが、その中には波照間ステーションや落石ステーションで同時期に高濃度が観測されないことがあった。これらの山頂での高濃度が観察される条件については今後更なる解析が必要であるが、アジアからの CO2 の発生の影響が反映されていると推測される。
富士山とマウナ・ロアで観測されたバックグラウンド大気濃度の比較から、その変動が良く合っていることが 2 年間の観測で分かった(図 1)。しかし富士山頂では、季節により支配する気団が変わり、東アジアの人間活動や植物応答がより近くで起こっているため、ローカルな影響が反映される可能性がある。よって、富士山頂で特徴的に見られる変化を小さな事象を含めて解析していく予定である。
410405CO2(ppm)

400
395
390
385
380

■

富士山 (35.21N, 138.48W, 標高3776m）

Jun
JulAug
Sep
Oct
Nov
Dec
Jan
Feb
Mar
AprMayJun
JulAug
Sep
Oct
Nov
Dec
JanFebMar
AprMayJunJulAug
Sep
Oct
Nov
Dec

マウナ・ロア(19.53N, 155.57W, 標高3397m)

375

図 1、富士山とマウナ・ロアでの観測データ比較
３．２ 夏期観測（1） 8 月 24 日と 25 日の太郎坊と山頂での同時測定期間のデータを見ると、富士山頂の日内変動はあまり大きくなかった。しかし、図 2 のように夕方に太郎坊で約 15ppm の濃度上昇が観測され、約 10 分遅れて山頂でも濃度上昇が始まり最終的には 2ppm 程度の変化が見られるという現象を捉えた。 鉛直方向の風が河口湖半のウィンドプロファイラで観察されていることから、下層の混合層が上昇したために、層内の比較的濃度が高い CO2 により、山頂において短時間での急な濃度上昇として観測されたと考えられた。

富士山頂(標高3776ｍ）■ ■富士山頂(標高3774ｍ）
太郎坊(標高約1300ｍ）● ●太郎坊(標高1500ｍ）

400
398

CO2(ppm)

396
394
392
390
388

20:00

19:30

19:00

18:30

18:00

17:30

17:00

16:30

16:00386

図 2、富士山頂と太郎坊での並行観測で捉えた濃度上昇（２） 御殿場事務所に設置した CO2 連続測定機と山頂での CO2 計の並行測定の実験では、7 月 21 日から 23 日かけて山頂で特異的に低濃度が観察された。同時に御殿場市内で山頂よりも 5ppm ほど濃度が低い空気が観測され、落石ステーションでは更に低い濃度が観察されていることが分かった（図３）。後方流跡線解析を見ると、この期間に針葉樹林帯が広がるシベリア地域からの空気塊が北方向から富士山付近に流れてきていることから(図４)、6 月 7 月に山頂で観測される低濃度は、CO2 濃度が低い大陸の空気塊に覆われた結果であることが推測されたが、同時に局地的な影響も考えられるため、今後詳しく解析を行ないたい。

● 富士山頂 （35°21N , 138°43E, 3776m）
・・ 御殿場市川島田 ( 35°18N , 138°56E 標高約500ｍ) 地上4階450440

420
410400390

図３、富士山頂と御殿場市内での並行観測で捉えた濃度上昇

8/278/25

8/23

8/21

8/19

8/17

8/15

8/13

8/11

8/9

8/7

8/5

8/3

8/1

7/30

7/28

7/26

7/24

7/22

380
7/20

CO2(ppm)430

図４、2011 年 7 月 22 日の後方流跡線解析の結果*連絡先： 向井人史 (Hitoshi MUKAI), lnmukaih@nies.go.jp
須永温子 (Atsuko SUNAGA), sunaga.atsuko@nies.go.jp