〔短 報〕：（東アジア；エアロゾル；大気環境)

東アジアにおける人為起源エアロゾルによる光学的厚さの近年のトレンドの解析
原松

由 香 里 ・鵜 野 伊津志 ・清 水
厚 ・杉 本 伸 夫
井 一 郎 ・大 原 利 眞 ・Zifa Wang ・Soonchang Yoon
要 旨

急激な経済発展に伴う東アジア域の最近の大気環境の変化を明らかにするため, 地上および衛星搭載ライダー,衛星搭載イメージャー, 空港視程データなどの光学的観測データを中心として2004〜2011年における人為起源大気汚染による球形エアロゾルのトレンドを解析した. 2004〜2008年にかけ, 東アジアの広範囲において観測された球形エアロゾルの光学的厚さ（AOD）は増加トレンドを示し, 2008年以降は中国の北部を除き減少傾向に転じた.
東アジアにおける球形エアロゾルの主成分は硫酸塩であることから, 前駆物質である二酸化硫黄の発生量の減少が風下域における AOD 減少トレンドの要因の一つであると考えられる.

１. はじめに2000年以降, 急激な経済発展に伴い東アジア域にお（M ODIS）の東アジア域の海洋上のデータから, 小粒子エアロゾル光学的厚さ（AOD）は2005〜2006年をける大気汚染物質の排出量は劇的に増加した（Ohara

ピークに減少トレンドに転じたことを示したが, 東ア

et al. 2007). しかし, 2006年以降, 脱硫装置の普及により中国における SO 排出量は減少に転じたと報ジアの地上におけるエアロゾルの長期観測データは非告されている（Lu et al. 2010). 一方, 衛星観測から本などの人為起源エアロゾルの長期トレンドの実態は推定された東アジア域における NOx 発生量は増加の十 分 に 明 ら か に さ れ て い な い. 国 立 環 境 研 究 所（NIES）では, 2001年以降, 東アジア域の大気環境の連続的な監視を目的として地上ライダーネットワー

一 途 を た どって い る こ と も 明 ら か と なって お り（Lamsal et al. 2011), 東アジア域における人為起源エアロゾルの時空間変動は各国の経済発展と環境政策のバランスによって複雑に時々刻々と変化していると常に限られており, 特に中国の陸上域や風下である日クを展開してきた（Shimizu et al. 2008). 本研究で考えられる. Itahashi et al.（2012）は2000〜2010年

は, 中国における空港視程データや NIES 地上ライダー, 衛 星 搭 載 ラ イ ダーCALIOP, MODIS な ど のの Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer

様々な 光 学 的 観 測 データ と, 領 域 化 学 輸 送 モ デ ル
CM AQ（Community M ulti‑scale Air Qualitymodel）を用いて, 2004年以降の東アジア域における国立環境研究所（現 九州大学応用力学研究所).
九州大学応用力学研究所.

る.

国立環境研究所.
中国科学院大気物理研究所.

２. 領域化学物質輸送モデル・観測データの概要

ソウル大学.
―2012年４月２日受領――2012年６月12日受理―Ⓒ 2012 日本気象学会
2012年８月

人為起源エアロゾルの近年のトレンドについて報告す

本研究で使用した化学物質輸送モデルは, 米国環境
保 護 庁（EPA）に よって 開 発 さ れ た CM AQ ver.
4.4（Byun and Ching 1999）であり, 地形, 土地利702

東アジアにおける人為起源エアロゾルによる光学的厚さの近年のトレンドの解析用, 発生源, 気象その他の入力条件を基に, 様々な大気汚染物質濃度の分布や沈着量を計算するオイラー型

イ ン バージョン 法（Fernald 1984）に よ り532nm に大気質シミュレーションモデルである. アジア域の窒粒子偏光解消度を用いて球形・非球形成分を分離し球素 酸 化 物 （ N Ox ） や 非 メ タ ン 有 機 化 合 物（NMVOC）等 の 人 為 起 源 排 出 量 は REAS ver.1.1（Ohara et al. 2007）を使用した. 気象データとして形成分の解析を行った（Shimizu et al. 2004).

おける粒子消散係数を導出し（ライダー比は50sr),

地域気象モデルシステム RAMS ver.4.4（Pielke etCALIOP データ（Winker et al. 2007, 2010）については Level 2 ver.3.01プロダクトに含まれる粒子消散係数と粒子偏光解消度を用いて球形エアロゾルの消al. 1992）による計算結果を使用し, 境界条件は米国国立環境予報センターによる解像度2.5度の全球客観散係数を得た.
一方, 視程データはワイオミング大学サーバから入解析データ（NCEP‑DOE Reanalysis 2）を与えた（Kanamitsu et al. 2002). CM AQ の計算領域は第１図に示す領域であり, 水平解像度80km で78×68格子

手 し た（http://weather.uwyo.edu/surface/meteo ⬅ URL
ハイフンgram/). Che et al.（2007）を参照し, 視程データか 対処 SP
注意
ら地上付近の消散係数を導出し, 解析に使用した.

点, 鉛直方向は14層（上層23km まで）である. 使用
するモジュール構成の設定は鵜野ほか（2005）に従った.

b ＝1.9/V
b ：消散係数, V ：視程（km）(1)

REAS ver.1.1は正式には2003年までの排出量のインベントリーであり, その後経済指標をもとに2004か

降水, ダスト, 霧, かすみ, 強風などの自然現象による視程低下を除去するため, SYNOP 報（地上実況ら2006年まで外挿されている. REAS は現在, 次の気象通報式）の現在天気を使用した. 現在天気とは,バージョンの公開が予定されている（Kurokawa and

目視で観測された観測所付近の気象状態である. また, 相対湿度が90％を超える場合の視程データを除去

Ohara 2012）ため, 直近の計算は行われていない.
ここでは, 2006年まで外挿された REAS ver.1.1を利した.

用して2004〜2009年の計算を行っている. 2004〜2006

衛星 Terra に搭載された MODIS による Level 3

年までは各年のエミッションインベントリを用いて計Collection 5.1の550nm におけるエアロゾル光学的厚さ（AOD）と fine mode fraction を用いて fine mode算を行い, 2007年以降は2006年のエミッションインベントリを使用して計算を行った.
NIES 地上ライダーデータについては, Fernald のAOD を導出した（Remer et al. 2005). 第１図に解析で使用した観測地点と解析領域を示す.
３. 結果
本論文では, 観測をベースとして人為起源エアロゾ
ルの2004〜2011年の近年のトレンドを明らかにすること を 目 的 と す る. は じ め に, NIES ラ イ ダーネット
ワークから人為起源エアロゾルの発生源域付近に位置する北京, 風下域地点として沖縄県辺戸とつくばの球形エアロゾルの長期変動を明らかにしたのち, 衛星データ, 視程データを用いて領域的なトレンド解析を行う.
3.1 ライダー地点における球形エアロゾルの変動
第２図に(a)北京, (b)辺戸, (c)つくばにおける地
上ライダーと衛星搭載ライダーCALIOP, M ODIS,CM AQ による球形エアロゾルの AOD の月平均値の長期変動を示す. CMAQ による 球 形 エ ア ロ ゾ ル の

第１図

CM AQ の計算領域. ●は視程データを利用した空港地点, ▲は NIES 地上ライ ダー地 点, 矩 形 は MODIS 平 均 化 領
域.

AOD は, M alm et al.（1994）の方法により, モデル計算された硫酸塩, 硝酸塩, 黒色炭素, 有機炭素から求めた. 特に近年の球形エアロゾルの長期トレンドを〝天気" 59. 8.

東アジアにおける人為起源エアロゾルによる光学的厚さの近年のトレンドの解析

703

変動の有意性について, 式(2)の第２項がないという帰無仮説 H :β＝０に基づき５％の有意水準で F 検定を行い, 統計的に有意である数値は を添えている.
各観測から, それぞれの AOD の絶対値は異なるものの, その長期トレンドは良い一致を示す. 例えば, 北
京においては2004〜2008年まで AOD の増加トレンドが見られ, 2009年に一旦減少に転じる. しかし, 2010年以降, 再び高レベルの AOD が観測されており,2008〜2011年のトレンドは各観測共に正のトレンドである結果が得られた. 一方, 風下域である辺戸とつくばにおいては, 2004〜2008年まで増加トレンドである
ことは北京と共通しているが, 2008年以降 AOD は減少トレンドにあり発生源域と傾向が異なる.
3.2 中国各領域における球形エアロゾルの変動
続 い て, 第 ３ 図 の 下 段 に 中 国 の(a)北 部, (b)中部, (c)南部における空港視程データから導出した消散係数の月平均値の変動を示す. エラーバーは領域に第２図

お け る 最 大 値 と 最 小 値 と の 差 を 示 す. 上 段 に は,(a)北京, (b)沖縄県辺戸, (c)つくばにおける球形エアロゾル光学的厚さの月平均値の長期変動.

MODIS fine mode AOD, CMAQ による球形エアロゾ ル の AOD, CALIOP に よ る 球 形 エ ア ロ ゾ ル のAOD の月 平 均 値 を 示 す. 視 程 データ に つ い て は,AOD がピークを持つ季節の視程データに着目しトレ評価するため, 2008年前後の期間を対象として季節変動と長期変動の項を持つ非線形回帰モデルで表した.
C (t)＝α＋βt/12＋γsin(2πt/12＋φ)t：延月数（1,2,...,.N ）(2)ンドの解析を行った. 中国北部と中部は夏季（６〜８月), 南部については春季〜秋季（３〜10月）について解析を行った. 第２表に視程データと M ODIS の回帰モデルの各係数を示す. 中国北部・中部・南部においては2004〜2008年まで, 視程ベースの消散係数のト右辺第２項が長期変動を, 第３項が季節変動を表しレンドは一様に増加傾向を示す. 一方, 2008年以降,ている. 第１表に2004〜2008年と2008〜2011年の期間

第２表に示 す よ う 中 国 南 部 に お い て は 消 散 係 数・についての回帰モデルの各係数を示す. AOD の長期

AOD 共に減少傾向を示すが, 中国北部では2010年以第１表
地係

NIES Lidar/CALIOP/M ODIS 月平均 AOD についての式(2)の各係数.

数
期間

αβγ

2004‑2008

2008‑20112004‑2008

2008‑20112004‑2008

2008‑2011NIES
CALIOP
MODIS

0.133―
0.233

0.286
0.243
0.273

0.028―
0.016

0.003
0.008
0.002

0.056―
0.183

0.069
0.085
0.185

戸NIES
CALIOP
MODIS

0.117―
0.148

0.205
0.147
0.162

0.031―
0.005−0.018−0.004−0.012

0.063
―
0.062

0.038
0.0380.066

つくば

NIES
CALIOP
MODIS

0.113
―
0.163

0.157
0.166
0.192

0.006
―
0.005

−0.014−0.023−0.013

0.068
―
0.112

0.048
0.060
0.087

域 観測
北京
辺は統計的に有意（５％有意水準).
2012年８月

東アジアにおける人為起源エアロゾルによる光学的厚さの近年のトレンドの解析

704

降再び高レベルの消散係数が観測されており, トレン
ド は 増 加 傾 向 と なって い る. 中 国 中 部 に お け る
2008〜2011年のトレンドは明瞭でない.
3.3 東アジア領域の球形エアロゾルのトレンドの水平分布
第４図に2004〜2008年と2008〜2011年の期間についての地上および衛星観測とモデル結果から得られた長期トレンドの傾き（式(2)の β）の水平分布を示す.
(a),(b)が2004〜2008年についての,(c)が2008〜2011
年につい て の ト レ ン ド で あ り, (a), (c)が M ODISAOD, NIES ライダーAOD, 空港視程データから算出した消散係数によるトレンド, (b)が CM AQ AODから算出したトレンドである. AOD の長期変動の有意性について, ５％の有意水準で F 検定を行い, 統計的に有意である数値のみ表示している. CMAQ による2008年以降のトレンドについては, 2008年と2009年の２年のみのデータを用いてトレンドを議論するのは適切でないため, 示さない.
観測によるトレンド解析から, 2004〜2008年については東アジアの広範囲において M ODIS AOD, NIESライダーAOD, 空港視程データ共に正のトレンドを示すことが判る（第４図 a). 一方, 2008年以降, 中国の北部などを除き, 概ね負のトレンドに転ずることが衛星と地上データで一致している（第４図 c).
CMAQ では, 2004〜2006年まで REAS 排出量の増加が考慮されているが, 2007年以降は2006年の排出量を使用している. モデル計算では, 2004〜2008年のAOD の増加トレンドの水平パターンは概ね一致する（第４図 b). 排出量を2006年に固定した2008〜2009年のモデル結果によるトレンドは, 観測による風下域の
第３図

第２表

中国(a)北部, (b)中部, (c)南部における球形エアロゾル光学的厚さと空港視程データから換算した消散係数の月平均値の長期変動.

係数
期間
域 観測

中部
南部

視算出する対象期間が短すぎるため, 更に計算期間を延長し AOD の減少トレンドに対する気象場の影響を評

中国における空港視程データ/MODIS から得られた領域・月平均消散係数についての式(2)の各係数.
α

地北部

有意な減少トレンドを再現しなかったが, トレンドをβγ

2004‑2008

2008‑20112004‑2008

2008‑20112004‑2008

2008‑2011

程0.279

0.254

0.005

0.015

−0.036−0.029

MODIS
視程

0.227

0.264

0.013

0.004

0.199

−0.199

0.302

0.305

0.001

0.001

−0.058−0.068

MODIS
視程

0.267

0.350

0.020

−0.0050.174−0.151

0.235

0.240

0.003

−0.001−0.031−0.030

MODIS

0.343

0.356

0.003

−0.006−0.113−0.072〝天気" 59. 8.

東アジアにおける人為起源エアロゾルによる光学的厚さの近年のトレンドの解析

705

価する必要がある.
Osada et al.（2007）で示されているように東アジ
ア域における球形エアロゾルの主成分は硫酸塩である. Lu et al.（2011）は, 中国における SO 発生量は大規模な発電所への脱硫装置の普及により2006年をピークに9.2％減少していることを報告している. これらのことから, 前駆気体である SO の発生量の減少が風下域でみられる最近の AOD の減少トレンドの要因の一つであると考えられる. 一方, 中国北部の視程データや AOD データは今なお増加トレンドを示しており, Lin et al.（2010）が示すように NOx や非メタン有機化合物（NM VOC）やアンモニア（NH ）を含む前駆物質から生成される二次生成エアロゾルの増加が中国北部における AOD や視程に寄与している可能性が高いが, この要因の解明は今後の課題である.
４. まとめ
本 論 文 で は , 2004〜2011年 の NIES 地 上 ラ イ
ダー・衛星観測による AOD, 空港視程データの光学的観測データを用いて, 東アジアにおける球形エアロゾルの近年のトレンドを明らかにした. 数値実験として2004〜2009年まで化学輸送モデル CMAQ による計算を行い, 2004〜2006年までは年々のエネルギー消費量の増加が考慮された REAS ver.1.1による人為起源大気汚染物質の発生量を使用し, 2007年以降は2006年の排出量を使用し実験を行った. 以下に解析された観測のトレンドの特徴をまとめる.
1) 東アジアの各領域において, 地上ライダーおよび衛星観測による AOD と空港視程データから換算した消散係数の月平均値の2008年前後の長期トレンドは概ね一致した.
2) 2004〜2008年については東アジア域の広範囲において球形エアロゾルの増加トレンドが見られた.
3) 2008年以降の長期トレンドには地域的な差異が見第４図

東アジア域における(a),(c)地上および衛星観測と,(b)CM AQ による球形エアロゾルの長期変動トレンドの水平分布.
(a)(c)の カ ラーが M ODIS AOD, ● は空 港 視 程 データ, ★ は NIES ラ イ ダー
AOD のトレンドを示す. (b)の カ ラー
が CM AQ AOD の ト レ ン ド を 示 す.
５％の有意水準で F 検定を行い, 統計的に有意である数値のみ表示している.

2012年８月

られ, 中国の北部では増加トレンド, 中国の南部や風下域である日本などでは減少トレンドが見られた.
4) 東アジアにおける球形エアロゾルの主成分は硫酸塩エアロゾルであることから, 前駆物質である二酸化硫黄の排出量の減少が2008年以降の風下域における AOD 減少トレンドの要因の一つであると考えられる.

東アジアにおける人為起源エアロゾルによる光学的厚さの近年のトレンドの解析

706

謝辞Lu, Z., D. G. Streets, Q. Zhang, S. Wang, G. R. Carmi-

本研究は, 環境省環境研究総合推進費による「数値モデルと観測を総合した東アジア・半球規模のオゾ

chael, Y. F. Cheng, C. Wei, M . Chin, T. Diehl and Q.
Tan, 2010: Sulfur dioxide emissions in China andン・エアロゾル汚染に関する研究」（S‑7‑1）の一部

sulfur trends in East Asia since 2000. Atmos. Chem.
Phys., 10, 6311‑6331.

として行いました. 関係各位に深く感謝いたします.
ま た, M ODIS 及 び CALIOP データ の 提 供 を 行ってい る M ODIS Atmosphere Discipline Group とNASA Langley Research Center Atmospheric Sciences Data Center に感謝の意を表します.
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