グローバル化する大気汚染
近藤豊
先端科学技術研究センター

小林和彦
農学・生命科学研究科

2007年5月12日‡：このマークが付してある著作物は、第三者が有する著作物ですので、同著作物の再使用、同著作物の二次的著作物の創作等については、著作権者より直接使用許諾を得る必要があります。引用情報のない図版は、講演者の有する著作物の中から引用されたものです。

二酸化炭素の増加（化石年燃料の消費による）

IPCC 4th assessment report WG1 SPM‡

CO2は100年近く大気中に存在し、地球規模でほぼ一様の濃度
近年濃度が急増

アジアにおける大気汚染物質の放出量の増加
Ohara, 2007

Richter et al., Nature, 2005
NO2 全量の衛星観測 (03年12月-04年11月)‡• アジアにおける大気汚染物質の放出量は大きく増加してきた。
• NOx, オゾン、エアロゾルの滞在時間は１週間程度→ 発生源近傍で高濃度

エアロゾル・オゾンの気候・生態系への影響

CO2
アジアでの放出

エアロゾル

オゾン

温室効果

水の供給光散乱・吸収

気候変動

農作物・樹木の被害

農業・生態系

NO
NOxx ++ VOCs
VOCs （揮発性有機化合物）+（揮発性有機化合物）+ SO
SO22 →→O
O33 ++ aerosol
aerosol

エアロゾルとオゾンは共通の発生源を持つ
オゾンの生成がエアロゾルの生成を促す（光化学スモッグ）
気候・水の供給・食料生産・健康など、人間の生存基盤に影響エアロゾル 大気中の微粒子 (PM)

一次放出

ブラックカーボン（黒色） (20 nm程度のナノ粒子が凝集)

電子顕微鏡写真[Li et al., 2003]

硫酸塩（白色）+ 二次生成エアロゾルの粒径と健康影響

粒径別濃度

ナノ粒子数濃度
重量濃度

呼吸器への沈着率は粒径に依存

101021031041051001

10102103104105

沈着率 (%)

18060

呼吸器への沈着率
エアロゾル粒径気管支(nm)

肺や気管支に効率的に沈着する粒径1 μm以下の微小粒子(PM1)が重要鼻・喉40

肺20110102

103

104

エアロゾル粒径 (nm)105

エアロゾル(PM2.5)の健康影響
1) 喘息など呼吸器への影響
2) 毒性
多環芳香族炭化水素
PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbon)
特に(Benzo [a] pyrene)など
ブラックカーボン（すす）に付着
１）発癌性
2) DNAの異常を起こし、新生児に異常PM2.5の規制が検討されている（環境省）

ブラックカーボン粒子計測データをweb公開• ディーゼル車などから排出されるすす粒子の計測データをweb公開(世界初)• SPM総量ではなく、成分毎のモニターを展開することが必要

http://www.rcast.u-tokyo.ac.jp/ja/research/blackcarbon/

エアロゾル (0.01-10 μmの微粒子)の気候影響
光散乱
太陽光

硫酸塩(SO42-)
有機成分

冷却

光吸収
加熱

ブラックカーボン(BC)冷却

上空は加熱・地表は冷却され大気安定度が増す

エアロゾルの光散乱・吸収効果モルジブ島の青空

北京の光化学スモッグ

西安における黄砂

エアロゾル → 太陽可視光線の吸収・散乱を決める重要な要素

エアロゾルの温暖化影響
放射強制力 (W m-2): 1850-2000 (IPCC 2001; Hansen, 2000)2

準直接効果
10-1-2••エアロゾル(直接効果)
CO2

ブラック カーボン

1.4±0.2

0.8±0.4-1.3±0.5

エアロゾル(間接効果)-1(+0.5/-1)

ブラックカーボン(すす)が地球大気を加熱する効果は、CO2の1/3程度に匹敵するという見積もりがある。この削減は、都市における健康影響と地球温暖化の両方にメリットがある。
逆に、硫酸塩や有機物は地球大気を冷却する効果があるが、その定量的評価は不正確である。

人工衛星から見た地球規模のエアロゾル（春季）

人為起源
森林火災

‡

アジアはグローバルに見ても、エアロゾル濃度が極めて高い
サイズ別のエアロゾル化学組成の正確な情報が必要

東京と中国での先端的なエアロゾル測定

東京大学駒場キャンパス

北京大学キャンパス

リアルタイム質量分析計 ブラックカーボン連続測定器

東京における観測結果
2003年8月 (PM1 平均17 μg/m3)

Fraction to total

1.0EC
Organics
SO4NO3NH4Cl

0.8
0.60.40.20.08/5/2003

8/9/2003

8/11/2003

8/13/2003

Date and Time2004年1-2月(PM1 平均20 μg/m3)

1.0

Fraction to total

8/7/2003

EC
Organics
SO4NO3
NH4
Cl

0.8
0.6
0.4
0.2
0.01/26/2004

1/28/2004

1/30/2004

2/1/2004

Date and Time•

エアロゾル化学組成の初めての系統的なデータ•

有機成分、硫酸塩、硝酸塩が主要である。

2/3/2004

北京周辺でのエアロゾルの化学組成 (Aug 2006)-3

Mass Concentration (µg m )60

北京

SulfateOrganics

5040302010東京平均値

0
2006/08/18

2006/08/19

2006/08/20

2006/08/21

2006/08/22

2006/08/23

Date and Time

• 国際共同観測 （中国、日本、韓国、ドイツ）• サイズ毎のエアロゾル化学組成の世界初の観測。衛星から見える“もや”の組成を明確にした。
• 北京オリンピックに向けての“大気浄化プロジェクト”に大きな貢献

長崎県福江島における観測結果

北京
東京福江

•

春季において中国の影響を強く受ける•

硫酸塩SO4、有機物が主要成分•

東京平均濃度 (2003年2月)
SO4 = 2.5 μg m-3，Org = 6.7 μg m-3-3

Mass (μg m )40

SulfateOrganics

30

20

10

00:00
2007/03/15

0:00
2007/03/16

0:00
2007/03/17

Date and Time

0:00
2007/03/18

0:00
2007/03/19

東京・北京のブラックカーボン（すす）濃度
北京
205

WinterSpring
SummerAutumn154-3

EC (μg m )3EC (μgC/m )東京

10

500:00

321

6:00

12:00

18:00

0:00

00:00

Local Time

6:00

12:00 18:00
Local time

0:00

• 北京では東京の約3倍の濃度• 規則的な日変化。東京6時にピーク、北京は0時にピーク。
春季・夏季の暖房使用はなく、夜間の工場排出も少ない。
⇒ ディーゼル車の寄与率が高いと考えられる

アジアにおけるブラックカーボン（すす）の測定
東京 （年平均 ~ 2 μg m-3
北京（年平均） ~ 6 μg m-3
済州島（春） ~ 2 μg m-3
福江島（春） ~ ?
広州 （夏）~ 5 μg m-3
バンコク（乾季）~ 6 μg m-3
アジアの主要都市と周辺での信頼性のあるデータが集まりつつある••

東京はアジアの主要都市の中では、エアロゾル濃度が低い→大気汚染低減対策
東京はアジアの主要都市の中では、エアロゾル濃度が低い→大気汚染低減対策のモデルケースのモデルケース••

これらの発生源から周辺域（東シナ海、九州・西日本など）にエアロゾルが拡散
これらの発生源から周辺域（東シナ海、九州・西日本など）にエアロゾルが拡散→広域大気汚染の正確な評価が今後必要→広域大気汚染の正確な評価が今後必要エアロゾルの高度分布（航空機観測）
排出

エアロゾル

気候

BC emission (ton/yr)
1000

5000

BC

高速（秒単位）の測定器の開発
高度の情報が不可欠

SO4

数値モデルによるブラックカーボンの気候影響評価
観測データ

モデル
少雨

著作権の都合により、下記の図版を削除しました。
中国北部の干ばつ、中国南部の洪水の数値モデル‡ 1960-79 → 1980-99年の多雨

降水量変化（％）(松本, 2005)
ブラックカーボンの効果を入れたモデルは中国北部の干ばつ、中国南部
ブラックカーボンの効果を入れたモデルは中国北部の干ばつ、中国南部の洪水の増加傾向を再現の洪水の増加傾向を再現 (Menon(Menon etet al.,al., 2002)
2002)

エアロゾルのまとめ
アジアは世界的なエアロゾル汚染地域• アジアはグローバルに見て、極めてエアロゾルの濃度が高い。
• 日本は、アジア大陸のエアロゾルの影響をすでに受けている。
• アジアのエアロゾルは、今後一層拡大し、地球温暖化・水循環・人間の健康に大きな影響を及ぼす。
• ブラックカーボンの削減は健康・地球温暖化の両方に利点がある。
• エアロゾル対策にはアジア各国との協力が重要で、日本の貢献が期待される。

さらに詳細な情報・資料

Home page• http://www.atmos.rcast.u-tokyo.ac.jp/
Mail address• y.kondo@atmos.rcast.u-tokyo.ac.jp

エアロゾル・オゾンの気候・生態系への影響

CO2
アジアでの放出

エアロゾル

オゾン

温室効果

水の供給

光散乱・吸収気候変動

農作物・樹木の被害

農業・生態系

NO
NOxx ++ VOCs
VOCs （揮発性有機化合物）+（揮発性有機化合物）+ SO
SO22 →→O
O33 ++ aerosol
aerosol

エアロゾルとオゾンは共通の発生源を持つ
オゾンの生成がエアロゾルの生成を促す（光化学スモッグ）
気候・水の供給・食料生産・健康など、人間の生存基盤に影響東アジアの地表
オゾン濃度（シミュレーション）

オゾン濃度

オゾン生成量3月

4月

Tanimoto et al. (2006).
Geophys. Res. Let. 32,
L218055月

遠隔地でのオゾン濃度上昇

著作権の都合により、下記の図版を削除しました。
遠隔地でのオゾン濃度上昇(長崎新聞)

オゾンは強い酸化力で、植物の葉の組織を傷める‡‡‡

オゾン濃度が高いと、 植物の光合成速度が低下し、葉の老化が早まり

農作物収量が低下する
減収率（％）

70

コムギ
ダイズ

50

イネ(中国)

30

イネ（日本）
イネ（USA）

10０-10020

406080100

日中平均オゾン濃度（ppb）

小林和彦 (2007) 資源環境対策 2007年6月号（印刷中）‡アジアでは、今後も オゾン濃度が上昇して著作権の都合により、下記の図版を削除しました。
アジアにおけるオゾン濃度上昇(今後)
図版は下記のURLからご参照下さい。
・引用論文(Wang et al. (2004). Atmos. Environ 38, 4383-4402.)アブストラクト：
http://www.sciencedirect.com/science?_ob=ArticleURL&_udi=B6VH3-4CPKYT51&_user=136130&_coverDate=08%2F31%2F2004&_rdoc=13&_fmt=summary&_orig=browse&_srch=docinfo(%23toc%236055%232004%23999619973%23510535%23FLA%23display%23Volume)&_cdi=6055&_sort=d&_docanchor=&view=c&_ct=15&_acct=C000010979&_version=1&_urlVersion=0&_userid=136130&md5=748174
c3d5d9be5fe47fa7e3dd489fcf
・引用画像：
http://www.sciencedirect.com/science?_ob=MiamiCaptionURL&_method=retrieve&_udi=B6VH3-4CPKYT51&_image=fig5&_ba=5&_user=136130&_coverDate=08%2F31%2F2004&_rdoc=13&_fmt=summary&_orig=brow
se&_srch=docinfo(%23toc%236055%232004%23999619973%23510535%23FLA%23display%23Volume)&_cdi=6055&view=c&_acct=C000010979&_version=1&_urlVersion=0&_userid=136130&md5=e85b15e5b9b21f107996b8e5bd3a6f26

大きな農作物減収が予測される．

国

農作物

中国

日本

韓国

1990年の減収率 (%)

2020年の減収率 (%)

オゾン濃度の計算法

オゾン濃度の計算法

平均

累積

重み付き平均

累積重み付き冬コムギ

6131276341

春コムギ

11323022

2期作イネ１372期作イネ2510春トウモロコシ

8311639

24

夏トウモロコシ894166445

ダイズ

231915334537

冬コムギ

75691614

イネ

4ダイズ

243225

冬コムギ
イネ

51815

28

9843395947
Wang & Mauzerall (2004) Atmos Environ 38, 4383-4402
24

世界の穀物生産
コメ 6億トン（2000年)
Rice (year 2000)

コムギ 5.8億トン（2000年)
Wheat(year 2000)
World: 576 million tons

World: 599 million tons

中国
インド

タイ中国

ベトナム

アメリカ
カナダ

ロシア

フランス

バングラ インド
デシュ ネシアインド

FAOSTAT (http://faostat.fao.org/site/291/default.aspx)

オゾン濃度上昇の植物影響が東アジアで重要な理由• 人口増加と経済成長にともなって、大気汚染物質排出量が今後も増大する見込み• 中国東部は世界最大の農業生産地帯• 主要な農業生産地帯（中国東部）とオゾン濃度上昇地域が重なる• 日本の植生・農作物への影響

従来の農作物減収予測は、どのくらい確かか？

不確かさの要因• 将来のNOx, VOC 放出量予想• 地表オゾン濃度の予測• オゾン濃度から農作物減収を予測

オゾンによる農作物収量減少のしくみ
農作物収量

O3 吸収

抗酸化力

気孔生長-気孔開度

土壌水分

水利用時
間光合成速度オゾンの影響は、濃度でなく吸収量で決まる（はず）
オゾン濃度の高低≠
オゾン吸収量の多少

著作権の都合により、下記の図版を削除しました。
オゾンの影響は、吸収量で決まる(はず)図版は下記のURLからご参照下さい。
・引用論文(Emberson et al. (2000). Environ. Pollut. 109, 403-413.)アブストラクト：
http://www.sciencedirect.com/science?_ob=ArticleURL&_udi=B6VB5-405KDST5&_user=136130&_coverDate=09%2F30%2F2000&_rdoc=5&_fmt=summary&_ori
g=browse&_srch=docinfo(%23toc%235917%232000%23998909996%23191879%23FLA%23display%23Volume)&_cdi=5917&_sort=d&_docanchor=&view=c&_ct=19&_acct=C00001097
9&_version=1&_urlVersion=0&_userid=136130&md5=ce48986b20e7aa61ea821ac
3461314dc
・引用画像(2つ)：http://www.sciencedirect.com/science?_ob=MiamiCaptionURL&_method=retrieve&_udi=B6VB5-405KDST5&_image=figgr1&_ba=1&_user=136130&_coverDate=09%2F30%2F2000&_rdoc=5&_fmt=summary&_orig=browse&_srch=docinfo(%23toc%235917%232000%23998909996%23191879%23FLA%23display%23Volume)&_cdi=5917&view=c&_acct=C000010979&_version=1&_urlVersion=0&_
userid=136130&md5=34b228a41016adf4df6042aff82eed48
http://www.sciencedirect.com/science?_ob=MiamiCaptionURL&_method=retrieve&_udi=B6VB5-405KDST5&_image=figgr1&_ba=1&_user=136130&_coverDate=09%2F30%2F2000&_rdoc=5&_fmt=summary&_orig=browse&_srch=docinfo(%23toc%235917%232000%23998909996%23191879%23FLA%23display%23Volume)&_cdi=5917&view=c&_acct=C000010979&_version=1&_urlVersion=0&_
userid=136130&md5=34b228a41016adf4df6042aff82eed48

農作物収量が低下する
減収率（％）

70

N=15ダイズ
N=17コムギ50

イネ(中国)

30

N=1~3？

10０

イネ（日本）
イネ（USA）

-100

20

40

6080

オゾン吸収量

日中平均オゾン濃度（ppb）

100‡

小林和彦 (2007) 資源環境対策 2007年6月号（印刷中）東アジアのオゾン濃度上昇が植生に及ぼすリスクの予測(2) オゾン吸収のモデル

日本と中国の水田(3) 植生のオゾン吸収量推定

全球化学輸送モデル

気孔gs
東アジア

全球地

表
オゾン濃オゾン吸収モデル

将来の排出シナリオ

O3モデルの検証

植生のオゾン吸収量度

オゾン吸収[O東アジアの農作物生産に及ぼす3]オゾンの影響予測(5) 農作物生長モデル(4) オゾンの影響と防御

PARL
AGsPARi

O3up

抗酸化力

O3吸収
-光合成

気孔コンダクタンス

O3

CO2ルースケプアッPhotosynthesis

N

Water

Temp N

Senescence

Ｘ

LAI

Plantmass

HI

Water
Yield

ルーケス
プ
ッア

農作物の減収オゾンフラックス観測・オゾン増加実験

中国科学院の協力で2007年から実施．イネとコムギを対象

O3

研究の先にあるもの
ヨーロッパでは、多数の農作物について、オゾン濃度と農作物収量の関係を定式化

著作権の都合により、下記の図版を削除しました。
ヨーロッパにおけるオゾン濃度と農作物収量
図版は下記のURLからご参照下さい。

Mills et al. 2003
http://www.ivl.se/rapporter/sok/polydoc/download.asp

農作物の減収金額を推定
スペイン
スペイン

減収額の内訳

チェコ
チェコ

コムギ

80

バレイショ

60

ワタ
ベルギー
ベルギー

ビート
ブドウ
その他

ヨーロッパ全体の農作物
農作物減収額（億ユーロ）
減収額（単位：億ユーロ）

スェーデン
スェーデン

40
200

1990

Gothenburg
2010

Mills et al. 2003, http://www.ivl.se/rapporter/sok/polydoc/download.asp

長距離越境大気汚染防止条約（1979-）
Gothenburgプロトコル（1999）: 2010年の放出量を、対1990年比でS (-63%), NOx (-41%),
VOC (-40%), NH3 (-16%)

著作権の都合により、下記の図版を削除しました。
ヨーロッパの窒素効果量減少
図版は下記のURLからご参照下さい。

http://www.unece.org/env/eb/2004_lrtap_eng.pdf

まとめ１
アジアは世界的な汚染地域• アジアはグローバルに見て、極めて大気汚染のレベルが高い。
• 日本は、アジア大陸の大気汚染の影響をすでに受けている。
• アジアの大気汚染は、今後一層拡大し、地球温暖化、人間の健康、農作物や植物に大きな影響を及ぼす。

まとめ２
将来は（ある程度）選べる• 将来の気候変動や大気汚染は、今後われわれが選ぶ排出シナリオによる。
• 科学的知見の蓄積や環境技術の供与など、日本がアジアに貢献できることは多い。
• アジア各国の協力による国際的大気環境管理のしくみが必要（ヨーロッパの長距離越境大気汚染防止条約が好例）

温暖化将来予測

IPCC 4th Assessment Report WG1 SPM

1906-2005年で気温が0.74oC上昇した
2100年までに2oC近く上昇すると予測温度上昇は、排出シナリオにより変わる

大気の自然の 「温室効果」
正味の外向き放射

正味入射する太陽放射

太陽放射

240 Wm-2

240 W m-2

343 W m-2

反射される太陽放射
103 Wm-2

大気吸収・再放出-18 oC↓
15 oC

太陽放射の吸収

地表面からの赤外放射
地球ブラックカーボン（すす）の発生源分布
多様な発生源自動車

Wang, 2004

森林
火災
石炭かまど

• 放出量が多く、しかも不確定性が大きいアジアでのデータが特に重要ブラックカーボンによる大気の加熱（年平均）

中国・インドを中心にブラックカーボンによる加熱が大きい
高度分布やブラックカーボンの形状・形態の情報が必要

ブラックカーボンによる大気の加熱（年平均）

中国・インドを中心にブラックカーボンによる加熱が大きい
ブラックカーボンの高度分布や正確な濃度・形態の情報が必要