ISSN 2189-8839











Archivesof Atmospheric Chemistry Research






















 44 

目次

総説―トピックス：「雪氷圏と大気化学」―

Article No.

アイスコア-極域海氷-海洋エアロゾル研究の新展開································································································ 飯塚 芳徳，的場 澄人，宮﨑 雄三

044A01

積雪中のブラックカーボンの北極広域分布 ···································································· 森 樹大

044A02

気象研究所における積雪モデリング研究··············································· 庭野 匡思，青木 輝夫

044A03

第 16 回日本大気化学会奨励賞受賞記念論文
気球観測と流跡線解析による対流圏−成層圏間物質輸送の研究 ·························· 稲飯 洋一

044A04

Source apportionment of carbonaceous aerosols in land based on observations,remote sensing and transport models ·············································································· 朱 春茂

044A05

会員からのお知らせ
書評 『Atmospheric Multiphase Chemistry: Fundermentals of Secondary Aerosol Formation 』··················································································································································· 江波 進一

044N01

フランス滞在記 ······················································································································ 岡本 祥子

044N02

学会からのお知らせ
女性活躍推進 WG の最近の活動と第 3 回女性会員の集いオンライン開催報告·································································· 江口菜穂，猪股弥生，大森裕子，岡本祥子，山地一代

044N03

学会開催時の保育支援に関するアンケート結果について ······························································································································· 岡本祥子，猪股弥生，江口菜穂，大森裕子，山地一代

044N04日本地球惑星科学連合 2021 年大会（JpGU2021）での大気化学セッション開催のお知らせ··············································································································· 日本大気化学会 運営委員会

044N05

第 16 回日本大気化学会奨励賞の選考結果について ··········· 日本大気化学会 運営委員会

044N06

日本大気化学会会員集会プログラム ·········································· 日本大気化学会 運営委員会

044N07

第 18 回日本大気化学会運営委員会議事録···························· 日本大気化学会 運営委員会

044N08ÌÌÌÌÌÌÌÌÌÌÌ   §Qò£ïåM÷åg¢æöëáõSðėî`¥Å0ñéðT`,m2 ·!0ñìå¦æáÞÌ
Ì,m2Å0Ęf` ĕÅÀĖė8& ĕÅÀĖė©Qė3ËÄÌÌT`,m2 ·!0ĕ ÏÏÌ ^ėÐÎÏ× @ ÕÌ \ ÏÌ TãôĖĘÌ
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総説 ―トピックス： 「雪氷と大気化学」―

Research Focus

Article No. 044A01

アイスコア-極域海氷-海洋エアロゾル研究の新展開
New perspective of studies on ice core–polar sea ice–marine aerosols
飯塚芳徳 1 *，的場澄人 1 *，宮﨑雄三 1
雪氷圏は地球表層の面積の大きな割合を占め，気候変動・大気汚染等の影響で急速に変化している。
極域を中心とした雪・氷床の表面は大気組成と直接相互に作用し，古環境アーカイブとしてのアイスコ
アに記録され，大気境界層における大気微量成分の反応諸過程に影響を及ぼす。さらに極域における季節海氷域は，海洋表層－大気間の気体（反応性気体や温室効果気体）・エアロゾル収支及び雲の生成を通した放射収支を理解する上で重要な場である。本稿では，日本における近年のアイスコア
研究の動向と成果およびグリーンランド氷床での雪氷研究のレビューとともに，北海道大学の研究グループが関わる，極域における大気—雪氷—海洋間の物質・水循環に関する研究プロジェクトと今後の研究計画についても紹介する。

１．はじめにの動向と成果について，大気化学との関連も含めレ

地球表層において，雪氷圏は大きな面積割合をビューする。さらに，北海道大学の研究グループが占め，気候変動・大気汚染等の影響で急速に変化し参画する関連研究プロジェクトについても紹介する。

ている。地球温暖化に伴い，北極域では近年，全球

2．古環境媒体としてのアイスコアの長所

平均の 2 倍のペースで急激な気温上昇が進行している。この気温上昇は，氷河・氷床の融解や季節積雪

アイスコアとは南極・グリーンランド氷床や山岳氷の根雪期間の減少を加速する。その結果として，雪河などで掘削された円柱状の氷試料のことをいう（図氷・アルベドフィードバックを助長し，更なる海水準の1）。アイスコアは 10 m 程度の浅層コアから全長 3 km

上昇や周辺環境及び気候状態の変化を引き起こすと予測されている。極域を中心とした雪・氷床の表面は大気組成と直接相互に作用し，古環境アーカイブ（媒体）としてのアイスコアに記録される。また，雪氷
表面と大気との相互作用は大気微量成分（ガス・エアロゾル）の反応過程に影響を及ぼす。極域での季節
海氷域における海洋表層－大気間のガス・エアロゾ
ル収支は大気光化学反応や，雲の生成を通した放射収支に影響を及ぼすと考えられるため，諸過程の定量的理解が重要である。

図 1 掘削したてのアイスコア グリーンランド南東部で2015 年 5 月に撮影。アイスコアの中央付近に見える黒層は 2006 年夏の融解再凍結層。アイスコアの下に映っているらせん状の筒は掘削機の一部。

本稿では，日本国内における近年のアイスコア研
究とグリーンランド氷床における雪氷・気象観測研究1

大気化学研究 第 44 号 (2021)

以上にもなる深層コアまで様々な長さをもち，過去の代はすでに二酸化炭素濃度の増加期にあり，増加

大気成分（大気気体成分）やエアロゾル（大気液体・傾向が人為的な寄与であるのか確証はえられなかっ固体成分）を保存しているという長所があるため，そた。アイスコアを用いて 1950 年以前の二酸化炭素濃れらの発生源である海洋・陸域，輸送経路である大度を復元した結果，近年の二酸化炭素濃度の増加

気の古環境記録媒体として用いられる。世界各国には 1850 年ごろから起きたことが明らかになり，1850 年

よって多くの掘削が行われているが，本稿では近年より以前の歴史時代の大気中の二酸化炭素濃度は10 年間に絞り，日本のアイスコア研究の動向と成果

約 280 ppm と一定であった[例えば Friedli et al.,をまとめる。それ以前のアイスコアの研究歴史・背景

1986]。このようにアイスコアによる古環境解読の利点などを 日 本 語 で ま と め たも の と しては 藤 井 と 本 山の一つに過去の大気環境を復元できることが挙げら[2011], 飯塚[2015]などがある。

れ，大気化学分野との親和性が極めて高い分野であアイスコアが多数掘削されてきた背景として，アイる。

スコアには古環境アーカイブとしていくつかの長所が3．近年 10 年間の日本のアイスコア研究

存在することが挙げられる。氷河氷床が発達する地域は寒冷なため、夏でも涵養（積雪が堆積）する。積過去 10 年間で氷河氷床のアイスコアを掘削してい雪が季節を問わず降雪により堆積していくので，連る主な日本の研究機関として，国立極地研究所・名続した降水という古環境媒体を得ることができる。年

古屋大学・千葉大学・北海道大学の 4 機関をあげる

涵養量が少ない南極内陸などでは数十万年間ということができる。各機関の最近の研究内容については

古い過去まで復元することができる。現在の南極内

以下の引用を参照してほしい。名古屋大学・千葉大

陸では年降雪量が 50 mm 以下であり，サハラ砂漠の学のアイスコア掘削は中央アジア地域を中心とする

年間約 130 mm の降水量と比較しても少ない。涵養

高山で行っている特色がある（図 2）。名古屋大学の量の少なさは１年間に降り積もる雪が薄くなることにアイスコア研究はヒマラヤ地域を主フィールドとしておつながり，相対的により古い過去まで遡れることになり，世界的にみても高山域のアイスコアは稀有である。

る。

人の生活に近い地域の気候がどのように変化していアイスコアは過去の大気成分（気体成分）やエアロ

たか？という特色で氷河湖形成・自然災害・地球温ゾル（液体・固体成分）を保存しているという長所があ

暖化に関する研究を進めている[Fujita et al., 2011;

る。樹木年輪，海底堆積物コアなど様々な古環境媒

Nakazawa et al., 2011; Okamoto et al., 2011]。千葉大

体があり，それぞれが有する古環境プロキシーとして

学では，グリーンランド，中央アジアやアラスカなどのの長所・短所があるが，これらの古気候媒体の中で広域にわたる氷河の雪氷上に生息する微生物に着連続的な数十万年間の大気成分やエアロゾルを保目した研究を中心に進めている。アイスコア中に保存存しているのはアイスコアのみである。あくまで個人された微生物や花粉の定量分析によって過去の生的な意見として，19 世紀末に浅層コアが，1950 年代

態環境を復元し，さらに微生物の DNA 分析から微生に深層コア掘削が始まったアイスコア分野を歴史的物の種類だけでなく進化速度や分散過程などに注にみて，最も大きな成果としては地球温暖化に人為

目 し た 研 究 を 行 な っ て い る [Uetake et al., 2011;

的な温室効果ガスが貢献していることを明確にしたこ

Takeuchi et al., 2014; 2019; Segawa et al., 2018]。

とであると思う。温室効果ガスの代表的な成分は二酸

北海道大学のアイスコア研究は過去カムチャッカ・化炭素であるが，大気中の二酸化炭素濃度を連続

アラスカ氷河などで掘削されてきた[Matoba et al.,的に測定したのは 1950 年代からであった。1950 年

2011; Tsushima et al., 2015; Sasaki et al., 2016;2

大気化学研究 第 44 号 (2021)

Pokhrel et al., 2014; 2020]が，ここ 10 年はグリーンラ

4．近過去の沈着エアロゾルフラックスの変動

ンド氷床での掘削が多い（図 2）。グリーンランドは欧要因と公開データベース

州や北米などの人為起源物質の発生源に近く，氷床

ここで，グリーンランドアイスコアによる過去のエア

高地は山岳氷河と比べて比較的広範囲の大気環境

ロゾル復元に関する研究を紹介する。北極グリーンラの代表となりやすい特徴があり，近過去のエアロゾル

ンド氷床は欧州や米国などの人為起源 SOx や NOx

復元とい う目的で研究 を進め ている [Iizuka et al.,の排出源地域と近いことから，人為起源エアロゾル変2017; 2018; Furukawa et al., 2017; Pavin et al., 2018;

遷の評価に最適な地域であり，過去から現在にかけ

Kurosaki et al., 2020; Amino et al., 2020]。国立極地ての人為起源排出物の変遷を解読し，そのメカニズ

研究所は日本のアイスコア掘削研究の総本山ともい

ムを理解することで将来予測に役立てることができる。

える。大学のような教育機関では予算的に不可能なアイスコアから古環境情報を抽出するのには大きく

深層コア掘削（深さ 1000 m を越えるような長いアイス

2 つの問題がある。一つは，ある深さのアイスコアがコアの取得）を実施できることができる国内唯一の共何年前に降った雪か精度よく知ることが難しいこと，も同利用研究機関である。長年，南極内陸での深層コ

う一つは硝酸エアロゾルなどの反応性の高いエアロ

ア掘削を牽引しており，これまで南極内陸ドームふじ

ゾルは揮発や日射で分解しやすいため，積雪が堆地域で 2 回の深層コアを採取し，過去 72 万年間の積した後に変質し，降雪時の情報が損失してしまうこ

古環境を復元できるアイスコアを取得している[Fujitaとである。そこで，年降雪量が 1000 mm を超える涵養

et al., 2016; Kawamura et al., 2017; Uemura et al.,

量 が多い グリー ン ラン ド氷 床南 東部 [Iizuka et al.,2018; Goto-Azuma et al., 2019; Oyabu et al., 2020]。

2016] に着目した。涵養量が多い地域は古い過去に

今後，150 万年間の古環境復元を目的に 3 回目の深さかのぼることができないので，これまで掘削候補地層掘削が計画されている。

として敬遠されてきたが，他方でアイスコアの 1 年あたりの長さが長くなり，精度の良い年代決定を行える
利点がある。さらに，たくさん雪が降るということは，次々と新しい雪が堆積するので，雪が空気にさらされている時間が短くなるため，アイスコアに含まれている物質が揮発や日射などの再配分の影響を受ける
時間が短くなり，物質の保存状態が良くなる。
そういった好条件のグリーンランド南東ドームアイ
スコア（図 1）を分析したところ，長さ 90 m のアイスコ
アに過去 60 年間の環境変動が記録されていることがわかり，同位体モデルとアイスコアの水同位体比をマ
ッチングさせるという新しい方法で氷床ドームアイスコ
アとしてのこれまでの最高精度（誤差 2 か月以内）で氷の年代決定を可能にした[Furukawa et al., 2017]。
また，硝酸エアロゾルが積雪堆積後に変質をほぼ受けていないことが確認され，反応性の高いエアロゾル

図２ 北半球で行われてきた日本のアイスコア掘削地域。各掘削サイトの標高と掘削年が記されている。中央
アジアは名古屋大学・千葉大学，カムチャッカ・アラスカ・
グリーンランドは北海道大学による。

の季節変動スケールの古環境復元が可能になった。
復元した結果，硫酸イオンフラックスは 1980 年から減3

大気化学研究 第 44 号 (2021)

図３ グリーンランド南東ドームアイスコアから復元された硝酸イオン，硫酸イオンフラックス（黒）と後方流跡線解析と各地域からの排出量を加味して推定された南東ドームにおける NOx, SOx の変動割合（赤線）の比較。Iizuka et al. [2018]を基に作図。

少傾向を示した。他方で，硝酸イオンフラックスはまでのエアロゾルの季節フラックスデータベース構築

1990 年代が最も高く，2000 年以降（21 世紀）は 1960-を目的とした新しいアイスコア掘削する予定である。

80 年代よりも高い[Iizuka et al., 2018]。グリーンランド

大気化学を専門とされる読者の皆様とそのアイスコア

南東ドームに到達するであろう SOx や NOx の量を計を用いて，共同で研究できる機会があることを期待し算し，SOx 排出量とアイスコアの硫酸イオンフラックスている。

を比較したところ，両者の過去 60 年間の変動はよく

5．グリーンランドにおける日本の雪氷研究一致した（図 3）。これは，硫酸イオンの起源がおもに上述した周辺国からの SOx 排出によると考えられる。

グリーンランド氷床は，世界最大の島であるグリー

米国や欧州は SOx 排出量の削減に取り組んでおり，ンランドの 80%を覆う平均厚さ 2 km の氷体である。こ

その効果が北極大気でもよく表れていることを示しての量は，地球上の淡水の 7%を占め，仮に全て解けいる。しかしながら，NOx 排出量とアイスコアの硝酸イ

ると 7 m の海水準上昇を引き起こす量に相当する。

オンフラックスの過去 60 年間の変動はあまり一致して1990 年代までは降水量，氷床の融解量，氷山としていない（図 3）。特に，NOx 排出量は 1970-80 年以降，流れ出す量など氷床の質量収支を決める要素の定減少傾向を示しているが，アイスコアの硝酸イオンフ

量的な見積もりの精度が低く，温暖化下における氷

ラックスは 1990 年代が最も高く，2000 年以降（21 世

床質量の増減は不明であった。2000 年代になり，グ紀）は 1960-80 年代よりも高いという特徴がある。北極

リーンランド氷床の顕著な質量損失が確認され，北大気の硝酸イオンフラックスが，周辺国の NOx の排半球最大の淡水リザーバーであるグリーンランド氷床

出抑制による減少割合を反映せず高い値を維持しての気候変化に対する応答やその応答が地球環境にいることを示している[Iizuka et al., 2018]。

与えうる影響への懸念が高まっている。

上記の研究は近過去であること，季節フラックスとグリーンランド氷床における雪氷・気象観測研究はしてエアロゾル成分のデータを構築していることなど

1900 年代初頭のアルフレッド・ウェゲナーによる観測から，大気化学分野とアイスコア分野との連携の橋渡まで遡るが，本格的な観測が開始されたのは第二次

しとして好例である。本研究のいわゆる基本解析デ世界大戦後である。冷戦下において，アメリカ合衆国

ータセットは北海道大学の図書館のサイト

は軍事的な需要性が高くなったグリーンランドに軍事

HUSCAP(http://hdl.handle.net/2115/67127) に 公 開 さ

基地やレーダーサイトを展開し[高橋, 2010]，それにれており，誰でも自由に解析に利用することができる。

付随して，グリーンランド氷床の雪氷・気象学的な観

また，2021 年には同じ地域で産業革命以前から現在

測が広域に行われた[例えば Benson, 1962]。その後，
4大気化学研究 第 44 号 (2021)

グリーンランドを領有するデンマーク王国を始め欧米

Metamorphism and Albedo Process, SMAP）を結合さ各国がグリーンランド氷床における雪氷・気象学的研

せ た 極 域 気 候 モ デ ル NHM-SMAP が 構 築 さ れ

究やアイスコアを用いた古環境研究を開始し[例えば[Niwano et al., 2018]，氷床の表面質量収支が精度よOhmura and Reeh, 1991]，現在では，現地での観測，く再現されるようになり，氷床の表面融解面積は雲量

リモートセンシング，領域気候モデルなど様々な研究の増加によって，氷床の質量損失量は雲量の減少にが行われている。

よって増加することが示された[Niwano et al., 2019]。

雪氷学者の中谷宇吉郎は，1950 年代後半にグリ2011 年からは，日本の北極政策のもと大規模な北ーンランド北西部の氷床内に構築された Site2 基地

極域研究事業（GRENE 北極気候変動研究事業・において氷の弾性と粘性に関する実験を行い，試料2011〜2015 年度，北極域研究推進プロジェクト／を日本に持ち帰った。その後，グリーンランドにおけ

ArCS・2015〜2019 年度）が実施された。これらの事

る日本の研究機関による研究は，降雪結晶形状に関業においてグリーンランド氷床は研究対象とされ，する研究[Harimaya et al., 1993]，氷床アイスコア掘削

2012 年からグリーンランド氷床の末端における氷河[Kameda et al., 1995]，氷河上の雪氷微生物の群衆

力学と周辺海域との相互作用に重点をおいた研究

組成に関する研究[Uetake et al., 2010]，積雪中の化が実施され[Sugiyama et al., 2020]，氷床が流入する

学成分の広域空間分布に関する研究[Matoba et al.,

フィヨルド内での特異的な物質循環によって生態系

2002; 2014]など短期間で小規模ながら様々な分野が維持されている実体が明らかになった[Kanna et al.,の研究が行われた。

2020]。

日本の研究機関が主体となった継続的な大型観

warming in the Arctic）プロジェクト（代表：青木輝夫・

6．北極域研究加速プロジェクト（ArCS II）と季
節海氷域における雪氷-海洋大気エアロゾル
研究

現国立極地研究所：科研番号 23221004，16H01772）

SIGMA プロジェクトと ArCS で行われたグリーンラによって開始された[例えば青木ら，2021]。このプロ

ンド氷床に関する研究は，北極政策事業の第 3 フェジェクトでは，近年の温暖化下におけるグリーンランド

ーズとなる北極域研究加速プロジェクト（ArCS II・

氷床の質量損失のプロセスに着目した。グリーンラン

2020〜2024 年度）において継続し実施されている。

ド北西部のカナック村に観測拠点を設立し，長期観

さらに ArCS II では，季節海氷域における大気—雪氷

測のための自動気象観測装置を氷床上に設置した間の物質・水循環に関する研究課題が採択された。

[Aoki et al., 2014]。氷床上での観測と衛星観測から，

グリーンランド北西部ではいくつかの居住地域にお気温の上昇によって生じる積雪粒径の増大化によるいて，2000 年代以降，気温と海水温の上昇が原因と近赤外域のアルベド低下と微生物が大量に含まれるされる海氷の脆弱性が顕著になり，冬期間にもかか

不純物が氷河表面を覆うことで暗色化域が拡大してわらず海氷が流出し，地域住民の生活が影響を受けいる実体が明らかになった[例えば Shimada et al.,る事例が報告されている[的場と山崎, 2018]。海氷の2018; Onuma et al., 2020]。特にシアノバクテリア等の流出と新氷の再形成の頻出は自然環境にも影響を微生物の繁殖の効果による雪氷表面のアルベド低与えうる。冬季に海氷が割れた時，海氷の割れ目の下現象を先駆けて指摘したことは特筆すべき成果と上空で雲が形成されることは現地でよく観測される現いえる[Takeuchi et al., 2018]。また，気象庁非静力学象であり局所的な水循環への寄与が示唆される。まモ デ ル （ JMA-NHM ） に 積 雪 変 質 モ デ ル （ Snow

た，新氷の形成時には新氷上に形成されるフロストフ

測研究は，2011〜2019 年度に行われた SIGMA（Snow impurity and Glacial Microbe effect on abrupt5大気化学研究 第 44 号 (2021)

ラワー表面に海水成分が選択的に濃縮され，その成明らかになっている[Miyazaki et al., 2018; 2020]。

分の中のハロゲンが極夜明けに大気中の酸化還元

ArCS II における本研究課題の中では，北極域での反応に関与している可能性が示唆されている[Hara海洋表層に由来する大気エアロゾルについて，硫酸

et al., 2018]。

塩と比べ観測データがほとんど得られていない有機

ArCS II における関連研究課題（図 4）においては，物の生成プロセスと制御要因，放出フラックスを明ら

季節海氷域の局所的な水循環と海氷域からの物質

かにすることも目的としている。これは北極域での海放出に関わる大気化学プロセスの定量的な把握と諸氷面積の減少，すなわち開水域の面積の増大に伴う過程を各種モデルへの組み込むためのデータベー

海洋表面からのエアロゾル有機物の生成放出フラッス構築を目的としている。具体的には，グリーンランド

クスの定量的理解と変動要因，雲生成への影響解明

季節海氷域沿岸部でのエアロゾル，水蒸気，気象モに繋げるものである。さらに，前述のアイスコア解析に

ニタリングとアイスコア掘削により，温暖化下におけるよる過去数十年スケールでのエアロゾル組成（有機

諸過程の経年変化を明らかにする。この研究課題で

物と硫酸塩の存在比）の時間変動とのリンクや氷晶

はグリーンランド北西部のシオラパルク村に観測拠点

核能との関係の解明もターゲットとしている。このようを設け，気象要素，水蒸気の水同位体比などのモニに本研究プロジェクトは，国際研究計画である

タリングとエアロゾル採取，海氷上でのエアロゾル生

CATCH（Cryosphere and Atmospheric Chemistry）や成過程の観測などを 2021 年冬季より実施し，冬季のSOLAS（Surface Ocean–Lower Atmosphere Study）等

季節海氷域における諸過程の解明に取り組む。

にも深く関連し，季節海氷域が放出する物質が大気
化学場や雲核・氷晶核生成へ与える影響，季節海氷
域の物質・水循環プロセスの解明を目指す。

謝辞
本稿は JSPS 科研費（JP18H05292，JP19H04233）及び 北 極 域 研 究 加 速 プ ロ ジ ェ ク ト ArCS II（JPMXD1420318865）のもとで実施中の研究活動を含む。図 2 は藤田耕史博士（名古屋大学）に提供い
ただいた。

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図４ ArCS II 関連課題における季節海氷域での雪氷-大気化学研究の模式図。

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6

大気化学研究 第 44 号 (2021)

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原稿受領日: 2020 年 11 月 6 日
掲載受理日: 2020 年 12 月 15 日

著者所属：
1. 北海道大学 低温科学研究所* 責任著者:
Yoshinori Iizuka < iizuka@lowtem.hokudai.ac.jp>
Sumito Matoba < matoba@lowtem.hokudai.ac.jp>

9

総説 ―トピックス： 「雪氷圏と大気化学」―

Research Focus

Article No. 044A02

積雪中のブラックカーボンの北極広域分布
Black carbon in the Arctic snowpack
森樹大 1 *
ブラックカーボン（以下, BC）粒子は，太陽放射の可視部を強く吸収し，大気を加熱する。さらに，雪氷面に沈着すると，雪氷面の反射率を低下させ，雪面の融解を加速させる。特に雪氷面の多い北極圏
では，その雪面反射率の低下が顕著になるため，BC 粒子による加熱効果が北極圏の温暖化要因の一つとして考えられている。その影響を正しく評価するためには，北極圏に沈着した BC 質量濃度や粒径の広域分布を明らかにする必要がある。2012 ~ 2016 年の積雪時期に，北極圏の 6 つの領域（フィンランド，アラスカ，北シベリア，南シベリア，グリーンランド，スピッツベルゲン）で積雪調査が行われ，
約 300 の積雪試料を採取した。本稿では，1) 積雪中の BC 質量濃度の測定法と，2) 積雪中の BC 質
量濃度，沈着量，粒径の北極広域分布について紹介する。

１． 研究背景験しない BC 粒子は自由対流圏へと輸送される。降近年，北極圏の温暖化が急速に進行しており，その水を介さず，粒子のまま地表面へと沈着するプロセス

進行度合いやその要因の科学的，且つ定量的な解（乾性沈着）もあるが，その沈着量は湿性沈着量に比明が求められている。その要因の一つに，ブラックカ

べて十分に少ない[Sinha et al., 2018]。

ーボン（以下，BC）粒子による影響が挙げられる。BCBC 粒子が積雪や海氷面に沈着すると，表面の反粒子は，直径 ~40 nm の炭素球から成る凝集体で射率が低下し，雪面の融解を一層加速させる。特にあり，個々の炭素球がグラファイト様構造をするため，雪氷面の多い北極圏では，その表面の融解の影響

他の光吸収性粒子（鉱物粒子，光吸収性有機エアロが大きいため，BC 粒子による加熱効果が北極圏のゾル，黒色酸化鉄粒子など）に比べ，遥かに高い光吸収効率を持つ[Bond et al., 2013; Liu et al., 2020;
Moteki et al., 2017]。
図 1 に，BC 粒子が北極圏に輸送されるまでの概念図を示す。BC 粒子は主に，化石燃料やバイオマス
燃料の不完全燃焼によって発生し，その排出量は中緯度で多く，北極圏に向かうにつれて少なくなる。排出された BC 粒子は，輸送時にガス成分の凝結や他のエアロゾルとの凝集により，親水性の被膜を持つようになる（変質過程）。内部混合した BC 含有粒子の一部は，主に雲凝結核として働き，雲・降水過程を経

図 1 北極圏に輸送されるブラックカーボン (BC) 粒子。
発生から沈着までの一連の過程を含む。

て大気から除去される（湿性沈着）。一方，降水を経1大気化学研究 第 44 号 (2021)

温暖化を促進させることが知られている。

[Kondo et al., 2011]。このように，BC 質量濃度の定量

最先端の気候モデルによると，北極圏における BC

性に大きな系統誤差があるため，これまで推算した

粒子は二酸化炭素についで 2 番目に高い正の放射雪面反射率にも波及的に大きな誤差が生じた可能

強制力を持つと推算されている[Oshima et al., 2020]。

性がある。したがって，BC 粒子の雪面反射率を正し

しかしながら，その推算過程にある BC 粒子の雪面反く推算するには，まず，積雪中 BC 質量濃度を高い精射率の推算値には，大きな不確かさがある。その雪度で測定する必要がある。

面反射率の推算は，雪面に沈着した BC 質量濃度や本稿では，従来と現在（本研究）の測定法についその微物理量（粒径，屈折率など），雪質，氷粒子のて紹介したあと（2 章），積雪試料の採取方法（3 章）

微物理量（粒径や形状など）など，複数の物理量にについて述べる。最後に，最先端の測定法を用いて支配されるため，非常に複雑である[AMAP 2015;

分析した，積雪中 BC 質量濃度，沈着量，粒径の北Hadley and Kirchstetter, 2012; Wang et al., 2020]。特極広域分布（4 章）について述べる。

に BC 粒子の雪面反射率の推算値は，雪面の BC 質

2. 積雪中 BC 質量濃度の測定法
2.1 従来の分析法

量濃度の影響を強く受けるため，北極圏に沈着したBC 質量濃度を定量的に理解することが重要になる。
これまで多くの研究グループが北極広域で積雪を従 来 の 積 雪 中 BC 質 量 濃 度 の 測 定 に は ，採取し，北極圏に沈着した BC 質量濃度を調査してIntegrating Sphere/Integrating Sandwich spectrometer

きた[Carmagnola et al., 2013; Clarke and Noone,（ISSW） method と Thermal-Optical Transmittance

1985; Doherty et al., 2010; Forsström et al., 2013;（TOT） method の 2 つが使用されてきた。従来の測Meinander et al., 2013; Pedersen et al., 2015;

定法の本質的な問題点を下記に記す。

Svensson et al., 2013]。ここで示す北極広域とは，フィISSW 法とは，吸収のオングストローム指数を仮定

ンランド，アラスカ，カナダ，グリーンランド，ノルウェ

し，特定の波長域（420 ~ 730 nm）でフィルター上にー，スピッツベルゲン，ロシア，北極海の 8 つの領域捕集された粒子の光吸収係数を測定する方法である。

である。特に，Doherty et al.[2010] は 1998 年と 2005

さらに粒子の質量吸収断面積（6.3 m2 g−1）を仮定す~ 2009 年の積雪時期に積雪を採取し，その積雪時ることで，積雪中の BC 質量濃度を算出する。しかし期に採取した雪の分析から，沈着した BC 質量濃度ながら，BC 粒子以外の光吸収性粒子（例えば，鉱物の北極広域分布を初めて明らかにした。これらの観粒子）がフィルターに捕集されることや，フィルター上

測データをもとに，気候モデルで計算した積雪中 BCに堆積した粒子による多重散乱の干渉から，BC 質

質量濃度の検証が行われ，その推算値から BC 粒子

量濃度を約 40 % も過大評価してしまう[Schwarz etの雪面反射率の推算も行われてきた[Dou and Xiao,al., 2012]。その他にも，BC 質量濃度の校正に使用さ2016; Jiao et al., 2014; Lee et al., 2013]。しかしながら，れる標準粒子（Fullerene soot や Monarch 71）の光学

積雪中 BC 質量濃度の測定には，BC 粒子以外の光特性が，標準粒子間で大きく異なることも大きな系統

吸収性粒子（例えば，鉱物粒子）の同時計測や，フィ誤差を生む要因の一つである。

ルター上に堆積した粒子の多重散乱の干渉から約TOT 法とは，フィルター上に捕集した炭素成分を40 % も BC 質量濃度を過大評価する問題があった

熱分離することで，有機炭素と BC の炭素量をそれぞ[Schwarz et al., 2012]。また，熱分離・光学補正法をれ定量し，さらにフィルター上に炭化した有機炭素量

用いた測定では，BC 粒子と有機炭素の判別の困難を補正する方法である（熱分離・光学補正法）。しかしさから数十%の系統誤差が生じる問題もあったながら，この手法には BC と有機炭素の判別の困難さ

2大気化学研究 第 44 号 (2021)

から，数十%の系統誤差が生じてしまう[Kondo et al.,

次にレーザー誘起白熱法を用いた SP2 について

2011]。さらに，分析には十分な水試料（~100 mL）

簡単に紹介する。エアロゾル粒子がレーザービームが必要であるため，限られた試料の分析には適さなを横断する際，粒子から散乱・白熱光が射出される。

い[Lim et al., 2014]。

SP2 は 2 つの異なる波長帯の白熱光を同時に測定し，上記のような不確かさはあるが，ISSW 法は主にワその強度比から粒子の沸点の指標となる黒体等価温

シントン大学の研究グループで，TOT 法は Finnish

度を測定する。BC 粒子の黒体等価温度は 4,200 ~Meteorological Institute や Norwegian Polar Institute4,300 K であり，他の光吸収性粒子の黒体等価温度など複数の研究機関で使用されている。

とは大きく異なるため，その白熱光の強度比から BC
粒子を選択的に区別することが可能である[Moteki

2.2 本研究の分析法

and Kondo, 2010]。個々の BC 粒子の質量を測定す

本 研 究 で は ， ネ ブ ラ イ ザ ー （ Marin-5; Cetac

るため，標準試料である Fullerene Soot（FS; Alpha

Technologies Inc.）と Single-Particle Soot Photometer

Aeser Inc., Wardhill, MA, USA）を用いて，白熱光強（SP2） を組み合わせた手法（図 2）を用いて，水試料度と BC 質量の関係を校正した。

に含まれる粒径別 BC 質量濃度を測定した[Katich etal., 2017; Mori, 2017; Mori et al., 2016; Moteki andMori, 2015]。
ネブライザーは，同軸型ネブライザー，加熱チャン
バー，冷却器の 3 つから構成される（図 3）。まず，積雪試料を常温で融解後，水試料を一定流量で同軸型ネブライザーに導入する。水試料は，同軸型ネブ
ライザーの先端で清浄空気によって加圧され，細か

図 2 本研究で用いている水中に含まれる BC 粒子の検出法の概念図。SP2: Single-Particle Soot Photometer

い液滴に噴霧される。直後の加熱部（300 ℃）で液滴が蒸発し，エアロゾル粒子と水蒸気を生成した後，ネ
ブライザーの下流部にある冷却器（3 ℃）で水蒸気を取り除くことで，エアロゾル粒子を抽出する。
水試料に含まれる BC 質量濃度を算出するため，ネブライザーの粒子抽出効率を実験的に決定した。
数濃度を調整した，単分散のポリスチレンラテックス
粒子の懸濁液をネブライザーに導入し，ネブライザ
ーの下流部でその粒子数濃度を測定した。その結果，
このネブライザーは水試料中に浮遊する 70 ~ 2,000
nm の粒子数を約 50 % の効率で，粒径に依存せずに抽出できることが分かった。残りの約 50 % の粒
子は，加熱部で蒸発しきれなかった液滴とともに排水されたと考えられる[Mori et al., 2016]。一方，2,000
nm 以上の粒子は配管内での粒子損失（主に重力沈

図 3 図 2 中の「ネブライザー」での，水中に含まれる粒子を抽出する原理。Mori et al. [2016] より一部変更。

降）により，粒子抽出効率は大きく減少した。

3

大気化学研究 第 44 号 (2021)

市販の SP2 の場合，BC 粒子の有効密度（1.8 g

2019; Konya et al., 2020; Marquetto et al., 2020; Moricm ）を仮定すると，70 ~ 500 nm の質量等価粒径を

et al., 2019; 2020; Moteki et al., 2019; Ohata et al.,持つ BC 粒子の検出が可能である。しかしながら，降2016; Sinha et al., 2018]。

-3

雪中には，直径 1,000 nm 以上の BC 粒子の存在が本測定法に関する，他の利点を下記に記す。

Schwarz et al.[2013] によって報告されている。そこで本研究では，積雪中 BC 質量濃度の過小評価を避

1. グリーンランドで採取したアイスコア試料を用いて，けるため，既存の SP2 に備わる散乱光の検出器を白

試料を融解した初日と融解後 10 カ月経過した熱光の検出器に変更し，さらにその検出感度を下げ

BC 質量・数濃度分布を比較した（図 4a，b）。さらることで，BC 粒子の検出粒径範囲を約 4,000 nm までに，ニーオルスンで採取した積雪試料を用いて，拡張させた[Mori et al., 2016]。この改良により，70 ~

試料の融解後 13 カ月と 42 カ月経過した BC 質

4,170 nm における粒径別 BC 数・質量濃度の測定を

量・数濃度分布も比較した（図 4c，d）。融解初日可能にした。

から長期の間（約 42 カ月間），水試料を冷蔵庫

水試料中の粒径別 BC 質量濃度は，ポンプやネブに保管しつづけても，BC 質量・数濃度分布とも

ライザーの流速，ネブライザーの粒子抽出効率，SP2に，ほとんど変化は見られなかった。水中ではで測定された粒径別 BC 質量濃度から算出され，そBC 粒子の分裂や凝集が起こらず，水中におけるの測定精度は約 16 %であった。高い測定精度で且BC 粒径分布は安定であることを示唆している。

つ，水試料中の BC 質量濃度や粒径分布の再現性もまた，水試料中の BC 質量濃度や数濃度の再現高いことから，この手法は北極圏や南極，東アジア域

性は 20 %以内であった。

で採取した様々な水試料（積雪・降雨・降雪・アイスコ

2. 個数（質量）濃度の高い試料を同軸型ネブライザア）の分析に，幅広く利用されている[Kinase et al.,ーに導入すると，噴霧時に 1 つの液滴に複数の

図 4 グリーンランドで採取したアイスコア中の (a) BC 質量濃度分布と (b) BC 数濃度分布。 融解 1 日目(●) と融解後 10
カ月 (〇) 経過した結果を示す。ニーオルスンで採取した積雪試料中の (c) BC 質量濃度分布と (d) BC 数濃度分布。試料の融解後，13 カ月 (●) と 42 カ月 (〇) 経過した結果を示す。測定された BC 質量濃度や数濃度も図中に示した。エラーバ
ーは，ポアソン分布を仮定した標準不確かさを表す。Mori et al. [2019] より一部変更。

4

大気化学研究 第 44 号 (2021)

BC 粒子が入り，液滴の蒸発時に BC 粒子同士が2018; Tollefson, 2009]。

凝集する可能性がある。室内実験や理論計算に捕集した試料は常温で融解し，ガラス瓶に移し替

よると，水試料に含まれる BC 質量濃度が 70 μg

えた後，国立極地研究所の冷蔵庫に保管された。試L–1以下であれば，BC 粒子同士の凝集は起こら

料採取後，27 カ月以内に分析を行ったため，試料保管中における BC 粒径分布の変化は小さい。

ない。
3. ネブライザーが高い粒子抽出効率（~50 %）を持

雪氷面が融解すると表層に BC 粒子が残り，BC 質

つため，少量（~5 mL）の水試料でも，統計的に量濃度が 3 ~ 20 倍も濃縮する[Forsström et al., 2013;

有意な BC 粒子数の分析が可能である。

Meinander et al., 2013]。本試料の採取場所の地上
気温は，降雪開始から積雪採取時まで（10 ~ 3 月）ほ3．積雪試料の採取方法

とんど 0 ℃以下であった。そのため，雪氷面融解によ2012 ~ 2016 年の積雪時期（10 ~ 3 月）に，フィンラ

る濃縮の影響は小さいと考えられる。

ンド，アラスカ，北シベリア，南シベリア，グリーンラン

4．北極圏に沈着した BC の広域分布

ド，スピッツベルゲンの 6 つの領域で積雪を採取した（図 5a; 白丸）。積雪試料の分類は，雪面（0 cm）から

この章では，北極圏に沈着した BC 質量濃度，沈2 cm もしくは 5 cm に積もった試料，2 ~ 10 cm まで

着量，粒径の広域分布を，BC 排出フラックスの広域積もった試料，積もり始めから積雪採取時までの全分布を用いて解釈する。

層試料の 3 種類である。合計で約 300 の試料を採取

降水中の BC 質量濃度は，地上から下部対流圏まし，分析に用いた（表 1）。全層の試料採取は，フィンでの BC カラム量を強く反映すると考えられている。

ランド，アラスカ，南シベリア，スピッツベルゲンの 4 つ実際，中国大陸からの汚染空気塊の下流域にあたるの領域で行われた。スピッツベルゲンでは 2 ~ 3 cm

沖縄県の辺戸岬において，地上大気中と降水中のの層ごとの試料を表層から最下層まで採取し，それBC 質量濃度の月平均値の間に高い相関が見られた以外の領域ではアクリル製のチューブサンプラーを[Mori et al., 2014]。しかしながら，北極圏において地用いて全層を採取した。0 ~ 10 cm までの試料につ上大気中と降水中の BC 質量濃度との関係を調べた

いては，ステンレス製の雪べらを使用し，固体微粒子例はない。そこで本解析では，BC 排出フラックスのの含有量が極めて少ないパウダーフリーのポリ袋に分布が地上大気中の BC 質量濃度の空間分布に影

試料を捕集した[Doherty et al., 2010; Sinha et al.,

響を与えると仮定し，北極圏に沈着した積雪中の BC
質量濃度と BC 排出フラックスとの関係を調べた。積表 1 年ごとに採取した場所の数と試料数

雪時期（10 ~ 3 月）におけるバイオマスバーニング起
源の BC 排出フラックスは非常に小さいため，人為起
源の BC 排出フラックスのみを考慮し，加えて，人為
起源の BC 排出フラックスの年々変化は非常に小さいため，本解析では 2013 年における人為起源の BC
排出フラックスのデータを用いた（MACC/CityZEN
EU projects（https://eccad3.sedoo.fr））（図 5a）。積雪中 BC 質量濃度の広域分布（カラープロット） と領域ごとの中央値を図 5b に表す。フィンランドや南シベリ
ア，アラスカの一部の領域では BC 排出フラックスが5大気化学研究 第 44 号 (2021)

図 5 (a) 積雪採取場所 (白丸) と 2013 年における人為起源の BC 排出フラックス (MACC/CityZEN EU projects) (カラープロット) の広域分布。白線で囲まれた領域は BC 排出フラックスが小さい領域 (≤ 0.1 ng m−2 s−1), 白の点線で囲まれた領域
は BC 排出フラックスが大きい領域 (> 0.1 ng m−2 s−1) を表す。(b) 積雪中 BC 質量濃度 (カラープロット) と領域ごとにおける積雪中 BC 質量濃度の中央値。Mori et al. [2019] より，一部変更。

高く（図 5a の白の点線領域），その領域に沈着したが低く，高緯度ほど積雪中 BC 質量濃度が減少した。

BC 質量濃度も高くなることがわかった。そこで下記の

これは，BC 発生源から離れるほど，大気中の BC 質

解析では，BC 排出フラックスが小さい領域（図 5a の量濃度が低くなり，BC カラム量も少なくなるためと考白線領域）に着目し，積雪中 BC 質量濃度や沈着量，えられる。

粒径の広域分布を調べた。ここで用いる「BC 排出フ
ラックスが小さい領域」を人為起源の BC 排出フラック
スが 0.1 ng m−2 s−1 以下を満たす領域と定義した。
ア ラ ス カ 北 部 に あ る Prudhoe Bay （ 70.2 °N,
148.5 °W）はアラスカ最大の油田地帯であり，航空機
観測から大気中の BC 質量濃度が高いと報告されている[Brock et al., 2011]。ローカルな影響を除くため，
Prudhoe Bay の積雪試料も下記の解析では除いた。

4.1 積雪中 BC 質量濃度
BC 排出フラックスが小さい領域において，領域平均した人為起源の BC 排出フラックスと積雪中 BC 質
量濃度の緯度分布を図 6a と図 6b に示す。左から，低緯度（南シベリア）から高緯度（スピッツベルゲン（以下，ニーオルスン））の順に領域平均値を示した。
図 6 (a) 人為起源の BC 排出フラックス，(b) 積雪中 BC
質量濃度，(c) 積雪水量，(d) BC 沈着量，(e) 600 nm 以
上の BC 質量濃度割合 (f600) の領域平均値。エラーバー
は，それらの平均値の標準不確かさを表す。Mori et al.
[2019] より，一部変更。

BC の排出フラックスがほぼゼロに近い領域（アラスカ，北シベリア，グリーンランド，ニーオルスン）では，
南シベリアやフィンランドに比べ積雪中 BC 質量濃度6

大気化学研究 第 44 号 (2021)

南シベリアやフィンランドでは，アラスカに比べ積均気温が−30 ℃まで冷え込み，カラム内の水蒸気量

雪中 BC 質量濃度はそれぞれ 5.1 倍，2.7 倍も高かっも非常に少なくなる。その結果，降水量が減少し，積た。その要因の一つに，人為起源の BC 排出フラック

雪水量も少なくなると考えられる。

スが領域規模で高く，大気中 BC 質量濃度も広範囲

4.3 BC 沈着量で高かった可能性がある。また，南シベリアの積雪採取場所は山脈に囲まれており，放射冷却による逆転

全層試料における積雪中 BC 質量濃度と積雪水層が形成されやすい地形であった。境界層内の濃度量の積から，一冬分の BC 沈着量を算出した（図 6d）。

増加に伴う，下部対流圏内の BC カラム量の増加も，

北シベリアとグリーンランドでは全層試料を採取して積雪中 BC 質量濃度の増加要因と考えられる。

いないため，BC 沈着量を算出していない。
フィンランドにおける一冬分の BC 沈着量は，積雪4.2 積雪水量

中 BC 質量濃度が高いため，アラスカよりも約 4 倍も一冬あたりに堆積した BC 量を推算するため，積雪高くなった。ニーオルスンでは積雪中 BC 質量濃度

深と積雪密度から，積雪に含まれる水の量（積雪水は低いが，降水量が多いため，BC 沈着量はアラスカ量）を推算した。領域平均した積雪水量の緯度分布よりもやや高くなった。

を図 6c に示す。ニーオルスンでは積雪水量が最も高4.4 積雪中の BC 粒径分布

く，南シベリアでは最も低くなった。
ニーオルスンでは，冬季にメキシコ湾流が北極圏領域平均した積雪中の BC 質量濃度分布を図 7 にまで達し，低緯度から暖かく湿った空気塊が多く流入示す。BC 質量濃度に重みが生じないよう，各々の積する[Maturilli and Kayser, 2017; Rinke et al., 2017]。

雪試料に対して全 BC 質量濃度で規格化した。

その結果，冬季に降水量が増加し，積雪水量も増加

これらの粒径分布の違いを比較するため，全 BCする。一方，南シベリアでは放射冷却により地上の平質量濃度（粒径: 70 ~ 4,170 nm の和）に対する 600

図 7 (a) 南シベリア，(b) フィンランド，(c) アラスカ，(d) 北シベリア，(e) グリーンランド，(f) ニーオルスンにおける領域平均
した BC 質量濃度分布。積雪中 BC 質量濃度 (CMBC) と 600 nm 以上の質量濃度割合 (f600) の領域平均値も図中に示した。
エラーバーはその平均値の標準不確かさ (±1σ) を表す。

7

大気化学研究 第 44 号 (2021)

nm 以上の BC 質量濃度（粒径: 600 ~ 4,170 nm の和）たことを示唆している。

の割合 （f600）を新たに導入した。この指標は，BC 粒

5. まとめと今後の展望

子 1 個あたりの平均 BC 質量と強い相関関係があり，
f600 値が高いほど積雪に含まれる大きな BC 粒径の寄北極圏での温暖化の寄与要因の一つである BC

与が高いことを表す。実際，f600 値が高い南シベリア

粒子の，特に雪氷面への沈着を評価するため，2012の粒径分布（f600 = 0.44）は，その他の領域の粒径分~ 2016 年の積雪時期に北極広域で積雪試料を採取

布（図 7b ~ 7f）に比べて右側（大きな BC 粒径側）にし，最先端の測定手法を用いて，積雪中 BC 質量濃広がっていることがわかる（図 7a）。

度，沈着量，粒径の北極広域分布を明らかにした。

図 6e に領域平均した f600 の緯度分布を示す。低

本稿ではまず，水試料中の BC 質量濃度の測定法

緯度（南シベリア）から高緯度（ニーオルスン）に向かを紹介した。従来のフィルターを用いた測定法では，

うにつれ，積雪中 BC 質量濃度とともに f600 値も徐々BC 質量濃度に ~40 % もの不確かさが生じる一方，に小さくなった（図 6b，e）。

本稿で使用した同軸型ネブライザーと SP2 を組み合わせた測定手法では，16 %の精度で粒径別 BC 質

東アジア域や北極域で行われた航空機観測によると，粒径の小さな BC 含有粒子は雲凝結核になりに量濃度を測定することが可能である。

くく，自由対流圏に輸送されやすいことが報告されて次に，積雪に沈着した BC 質量濃度，沈着量，粒いる[Kondo et al., 2016; Moteki et al., 2012; Yoshida

径の北極広域分布について紹介した。積雪中 BC 質

et al., 2020]。また，東京や沖縄で行った地上観測に量濃度や沈着量の広域分布は，地形や BC 排出量，

よると，東京のような発生源近傍では Aging の時間が降水量に強く依存することがわかった。低緯度領域

短いため，粒径の大きな BC 粒子が優先的に雲凝結

では，粒径の大きな BC 粒子が優先的に雲粒活性に核として作用し，大気から除去される。一方，遠隔地

より降水で除去される一方，発生源から離れるにつに輸送された BC 粒子は，輸送される間に Aging がれ，積雪中 BC 質量濃度や平均 BC 粒径が小さくな

進むため，粒径が小さくても容易に雲凝結核として作った。降水を経験しない粒径の小さな BC 粒子が高用し，大気から除去される[Moteki et al., 2019; Ohata

緯度まで輸送されることを示唆した。

et al., 2016]。このように BC 粒子の湿性除去の度合

本研究で得られた積雪試料中の BC 質量濃度やいは発生源近傍と遠隔地で大きく異なり，BC 含有粒

BC 沈着量の広域分布は，気候モデルで計算される子の微物理量（粒径や混合状態）に強く依存する。

積雪中 BC 質量濃度と BC 沈着量の広域分布の検証

南シベリアやフィンランドの積雪採取場所では，領に用いることができる。この比較により，BC の雪面反

域規模で人為起源の BC 排出フラックスが高く，大気射率への効果の推定の信頼性が向上すると期待さ中の BC 質量濃度が広範囲に高かった可能性がある。

れる。

Aging の時間が短いため，粒径の大きな BC 粒子が優先的に雲粒活性し，大気から除去されたと考えら謝辞れる。また，降雪粒子が大気中に浮遊する BC 粒子と衝突した可能性も考えられる。一方，発生源から最も国立極地研究所の東久美子教授をはじめ，多くの離れたグリーンランドやニーオルスンでは，積雪中の研究機関に所属される方々に積雪試料の採取や分BC 粒径は最も小さかった。これは，発生源から離れ析のご協力をしていただきました。また，国立極地研るほど空気塊は降水を多く経験するため，雲粒活性究所の近藤豊特任教授や東久美子教授，東京大学

能の低い，粒径の小さな BC 粒子が効率よく輸送されの小池真准教授に多大なる援助と助言をいただきま8大気化学研究 第 44 号 (2021)した。この場を借りて深く御礼申し上げます。本研究

simulations based on physical and chemical properties ofは ， 環 境省環 境 研 究 総合 推 進 費 （ JPMEERF2014

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本稿で紹介した積雪中 BC 質量濃度，BC 沈着量，Advances in Climate Change Research, 7, 115–122.

粒径分布のデータは，下記の URL から入手可能でForsström, S., Isaksson, E., Skeie, R. B., Ström, J., Pedersen, C.

す（https://ads.nipr.ac.jp/data/meta/A20190315-001）。

A., Hudson, S. R., et al. (2013), Elemental carbon

最後に本稿執筆にあたり，匿名の査読者からの建measurements in European Arctic snow packs, J. Geophys.

設的なコメントを頂きました。この場を借りて深く御礼

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申し上げます。

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11

総説 ―トピックス： 「雪氷圏と大気化学」―

Research Focus

Article No. 044A03

気象研究所における積雪モデリング研究
Snow modeling studies in Meteorological Research Institute, Japan
Meteorological Agency
庭野匡思 1 *, 青木輝夫 2,1
近年の地球温暖化に伴って世界各地で融雪が進みやすくなり，地表面のアルベドが従来よりも低くな
る期間と場所が経年的に増えている。このことは，地表面温度及び地上付近の気温の上昇を引き起こすことから，近年の気候システムに存在する重要な正のフィードバック機構のトリガーとして認識されている。気象研究所では，2000 年代初頭から，融雪に重要な影響を与える積雪アルベド及び関連する
積雪物理の理論・観測・モデル研究に着手した。現在，理解の深化が求められている気候システムにおける積雪の定量的役割を正確に評価するためには，理論・観測研究で得られる知見に立脚した信頼のおける数値モデルが必要不可欠である。本稿では，我々が近年開発してきた積雪変質モデルと極域気候モデルについて，その開発の背景と概要を紹介する。最後に，将来の積雪モデリング研究の方向性を議論する。

１．はじめに地上気象場の変動に応答して変化する雪面熱収

地球上には多種多様な陸面形態が存在するが，支は，積雪内部物理状態の変質を引き起こす。雪面

積雪はそれらの中でも非常に独特な特徴を複数有

熱収支は，雪面における短波放射収支，長波放射する個性的な一形態である。代表的な特徴は，非常

収支，顕熱，潜熱，降水による供給熱，及び雪中伝に高いアルベド（地表面に入射する短波放射フラック

導熱のバランスとして規定される[例えば，Armstrong

スと地表面から反射される短波放射フラックスの比），and Brun, 2008]。一般に，融雪期におけるこれらの熱非常に低い熱伝導率に起因する高い断熱性能，及フラックスの絶対値の中では，短波放射収支の値がび内部で相変化が引き起こされることが挙げられる。

相対的に大きい傾向があることが知られている[例えこれらの特徴は，大気－積雪間の熱のやり取り（雪面ば，Armstrong and Brun, 2008]。そのため，融雪を考熱収支）を支配するため，地球の気候システムに重える際には，積雪アルベドにまず着目することが必要

要 な 影 響 を 与 え る [ 例 え ば ， Armstrong and Brun,

不可欠である。1980 年前後から本格的に行われ始2008]。近年，地球温暖化に伴って世界各地で融雪めた理論的研究によると，積雪アルベドは，可視域が進みやすくなり，結果として積雪期間と積雪面積が（波長 λ = 0.4–0.8 μm）においては積雪内部に存在す減少してきていることが指摘されている[例えば，Hori

る光吸収性不純物（Light Absorbing Impurities; LAI,et al., 2017]。このことは，地表面のアルベドを大きく

例えば，ブラックカーボンやダスト）の濃度に依存し低下させるため，地表面温度の上昇を引き起こし，地[Warren and Wiscombe, 1980]，近赤外域（λ = 0.8–3.0

上付近の大気の加熱に繋がる。この正のフィードバッ

μm）においては積雪粒径に依存する[Wiscombe andク機構は，積雪アルベドフィードバックとして広く認識

Warren, 1980]。

されている[例えば，Budyko, 1969; Qu and Hall, 2007]。

気象研究所では，2000 年前後から，上述した積雪
1

大気化学研究 第 44 号 (2021)

アルベドの定性的な波長依存特性を詳細かつ定量に着任し，積雪が地球の気候システムに与える影響

的に計算することが可能な大気－雪氷系精密放射を陽にかつ正確に評価することを実現すべく積雪モ

伝達モデルを開発してきた[Aoki et al., 1999, 2000,

デリング研究に着手した。一口にモデリング研究とは2003]。ちょうど時を同じくした 2000 年代初頭頃にな言っても，プログラミングのみしていれば良いわけでると，融雪時期の変化が地球の気候システム（例えば，はなく，多角的な現地観測を同時並行で行って，モ

水収支や積雪アルベドフィードバックを介した気温変デルによる計算結果を観測結果と常に比較すること化など）に与える定量的影響を正確に評価することをが必要不可欠である。本稿では，まず，我々が札幌求める機運が世界的に高まってきた。Hansen andの北海道大学低温科学研究所露場で実施している

Nazarenko[2004]は，全球気候モデルによる過去気

気象・雪氷観測を概観する。その後，我々が開発し候シミュレーションを実施して，1880 年から 2000 年にてきた詳細な積雪変質モデル（積雪モデルの一種；

かけて観測された全球の気温上昇率の約 1/4 が雪氷

詳 し く は 後 述 ） SMAP （ Snow Metamorphism and

面に沈着したブラックカーボンの存在に起因するア

Albedo Process）[Niwano et al., 2012, 2014]と SMAP

ルベド低下によって説明可能である，と主張した。

が組み込まれた極域気候モデル NHM-SMAP（Non-Painter et al.[2007]は，簡易的な積雪モデル（大気モHydrostatic atmospheric Model and the Snow

デルと一体で使われることが多い陸面モデルの一種。

Metamorphism and Albedo Process ）[Niwano et al.,

計算コストをかけずに大気モデルに現実的な大気下

2018, 2019; 庭野, 2019]を紹介する。関連して，現在部境界条件を渡すことを主目的としており，必ずしもの世界の研究コミュニティにおける両モデルの立ち

積雪内部の物理過程を詳細に考慮しているわけで位置についても簡単に触れる。最後に，将来の雪氷はない。）を用いて，積雪内部のダストの存在が季節

モデリングの方向性について議論する。

積雪の融雪時期の変化に与える影響を定量的に見2．札幌における気象・雪氷観測

積もることに成功した。気象研究所では，その時点では，まずは上述の大気－雪氷系精密放射伝達モデ

気象研究所は，2000 年代初頭から，北海道大学

ルと多角的な気象・雪氷現地観測[Aoki et al., 2003;

低温科学研究所と共同で札幌における気象・雪氷観

2006, 2007; 青木と田中, 2008]の遂行に重点を置い測を開始した。札幌における観測は，大きく自動気象て，積雪が地球の気候システムに与える影響を具体

観測装置（Automatic Weather Station; AWS）による観的に解明することに挑戦することとした。この取り組み

測とマニュアルで実施している積雪断面観測から構を通して，積雪内部 LAI の存在が可視アルベドを低成される。前者では，多種多様な地上気象・雪氷要

下させて融解の端緒となり，融解・再凍結による積雪

素が 1 分間隔で取得されている。一方，後者は，1 週

粒径増加を誘発して近赤外アルベドを低下させ，融間に 2 回の頻度で実施され，積雪内部物理量測定

解を一層加速する，という正のフィードバックプロセス

や積雪サンプリングが実施されている。積雪サンプル（Aoki et al., 2007; 青木と田中, 2008）の重要性をいは気象研究所に冷凍で輸送され，ブラックカーボン・

ち 早 く 提 唱 し た 。 こ の 世 界 的 潮 流 の 中 ， IPCC

オーガニックカーボン・ダストの各 LAI 濃度が定量さ（Intergovernmental Panel on Climate Change）第 4 次れる。観測拠点の整備以降，現在にかけて，測定技

評 価 報 告 書 （ AR4; 4th Assessment Report ） [IPCC,術の高度化や測器のメンテナンスが不断なく行われ，

2007]では，積雪中に存在する LAI の放射影響効果

日本を代表する気象・雪氷観測拠点となっている。

に関する記述が IPCC 報告書史上初めて加えられた。

AWS で取得されるデータは，冬期間（11～4 月）限定

本稿の責任著者（庭野）は，2008 年に気象研究所2大気化学研究 第 44 号 (2021)

図1

積雪変質モデル SMAP の概念図。詳細は本文を参照。

ではあるものの，Niwano et al.[2020]によって研究コミ

SnowMIP には，観測データのみならず SMAP による

ュニティに公開されている。一方，積雪サンプルを融シミュレーション結果も提出したが，その点について解して濾過することによりフィルターに捕集される LAI

は改めて後述する。

の重量を測定した結果（LAI の全濃度が得られる）と，

3．積雪変質モデル SMAP

カーボン分析装置において熱光学法を用いてフィル
ター上サンプルを分析した結果（ブラックカーボンと積雪が地球の気候システムに与える影響を陽にか

オーガニックカーボンの各濃度が得られる）を組み合

つ正確に評価することを目標に我々が着手した積雪

わせることで得られる積雪内部 LAI 濃度は Kuchiki etモデリング研究は，積雪アルベド物理モデル

al.[2015]によってまとめられ，現在も同様の手法での（ Physically Based Snow Albedo Model; PBSAM ）測定が継続されている。

[Aoki et al., 2011]の開発から本格的に始まった。

2018 年，IPCC AR6 に貢献することを目的として，

PBSAM は地球システムモデル（ESM; Earth System

国 際 積 雪 モ デ ル 相 互 比 較 プ ロ ジ ェ ク ト ESM-

Model）[Yukimoto et al., 2012]に組み込まれることを前

SnowMIP[Krinner et al., 2018]が実施された。本プロ

提として設計され，Aoki et al.[1999, 2000, 2003]によるジェクトは，世界の積雪モデルを多種多様な気候状（非常に精緻なものの計算コストが高い）精密大気－態で実行し，そのパフォーマンスを比較した。そのた

放射雪氷系放射伝達モデルに対して各種計算高速

めに，世界各国から 10 ヶ所の観測サイトが選定され，化を適用することで完成した。Aoki et al.[2011]は札

高品質なモデル駆動データとモデル評価データが幌で取得された積雪粒径と LAI 濃度観測データを入集められた[Ménard et al., 2019]。我々の札幌 AWS

力して PBSAM を駆動し，計算されたアルベドの精度

は，アジアから唯一，その観測サイト群に選定され，評価を行い，非常に高い再現性を示していることを本国際プロジェクトの推進に大いに貢献した。ESM-確認した。PBSAM が地球システムモデルに組み込3

大気化学研究 第 44 号 (2021)

まれる時は，雪面への LAI 沈着量は ESM に組み込

表 1 積雪変質モデル SMAP を駆動するために必要な要素。Niwano et al. [2012]を基に作成。

まれている化学輸送モデル MASINGAR[Tanaka andChiba, 2005]から与えることが出来るものの，積雪粒要素

単位

径は何らかの方法で別途モデル内部で計算する必

降水量

mm

要があった。

気圧hPa

そこで，積雪内部の粒径プロファイルの時間変化

風速

m/s

を計算することが可能な鉛直一次元モデル

気温°C

SMAP[Niwano et al., 2012, 2014]を開発した。SMAP

湿度%は，ESM において PBSAM に積雪粒径情報を渡す

下向き短波，可視，近赤外放射量

W/m2

コンポーネントの機能を持つだけでなく，PBSAM を

下向き短波，可視，近赤外放射量の散乱

内部に組み込んだスタンドアローンの積雪モデルとし

成分ても実行可能となるよう設計されている。さて，従来の下向き長波放射量W/m2

一般的な積雪モデルは，既に述べた通り，大気モデ（土壌表面における）土壌伝導熱

W/m2

ルに現実的なアルベドや雪面温度の情報のみを渡積雪内部に存在する LAI（ブラックカーボ

せば良いことから，積雪内部の物理過程はかなり簡

ンとダスト）重量濃度

W/m2

ppmw

略化されているのが一般的である。また，積雪アルベ
表 2 積雪変質モデル SMAP によって計算される代表的な物理量。Niwano et al. [2012]を基に作成。

ドは，計算コスト削減のため，気温，雪温，及び降雪後の経過時間などの関数（パラメタリゼーション）で計要素

単位

PBSAM で必要となる積雪粒径の計算には，非常に

積雪深m

詳細な積雪変質過程（積雪の温度構造や含水量変

可視アルベド化に起因する雪質変化）に関する知見が必要である。

近赤外アルベド

このような知見は，積雪内部の細かな層構造を計

短波アルベド

算されていた[例えば，Qu and Hall, 2007]。一方，

算して正確な雪崩予測を実現する積雪変質モデル

雪面温度

°C

の研究分野において発展していた。我々は，フランス（雪面における）短波放射収支

W/m2で開発されている積雪変質モデル Crocus[Brun et al.,

（雪面における）長波放射収支

W/m2

1989, 1982; Vionnet et al., 2012]とスイスで開発されて（雪面における）顕熱

W/m2

いる積雪変質モデル SNOWPACK[Lehning et al.,

（雪面における）潜熱

W/m2

2002a, 200b]を参考にして，我々が雪氷現地観測で（雪面における）降水による供給熱

W/m2

得ていた知見も加え，SMAP に積雪変質過程を実装（雪面における）雪中伝導熱

W/m2

した[Niwano et al., 2012]。SMAP は，気象場の変動

雪温プロファイル

°Cが駆動する雪面熱収支の変化に応答して時間変化

密度プロファイル

kg/m3

する積雪内部物理量（雪温，密度，含水量，粒径，積雪水当量プロファイル

kg/m2雪質）を，相変化，水分移動，圧密，及び積雪変質な

含水量プロファイル

kg/m2

どを考慮して多層計算する（図 1）。SMAP モデルは，

流出量kg/m2/s

従来，雪崩研究のために活用された積雪変質モデ

積雪粒径プロファイル

mm

ルを気候研究に本格的に適用した点で画期的であ

雪質プロファイル

4

大気化学研究 第 44 号 (2021)

図 2 積雪変質モデル SMAP によって計算された札幌の雪質の検証。(a)2007-2008 冬期及び(b)2008-2009 冬期の雪質観測結果と（c,d）同冬期間の SMAP モデル計算結果。色と記号は Fierz et al. [2009]による国際雪質分類を示し，左から新雪，
こしまり雪，しまり雪，こしもざらめ雪，しもざらめ雪，表面霜，ざらめ雪，及び氷板を示す。Niwano et al. [2012]より転載。背景のシェードは，地上気温が 0℃を越えた期間を示す。

る。その後，積雪内部の水分移動計算を Richards 式

新雪やこしまり雪の分布の様子，2007-2008 冬期のに基づく精緻な方式に高度化して[Niwano et al.,厳冬期におけるしまり雪の卓越，及び 3 月以降の融2014]，現在の最新版が構築された。モデルを駆動

雪期間におけるざらめ雪の卓越）は良く捉えられていするのに必要となる要素と，計算される代表的な物理

ることが分かる。一方で，しもざらめ雪や氷板の再現

量をそれぞれ表 1 と表 2 にまとめた。

性には課題が残っている。なお，氷板の再現性は，札幌における SMAP モデル検証結果の一部を紹

スイスの SNOWPAK モデルにおいても課題となって介する。図 2 に，2007-2008 及び 2008-2009 冬期のおり，その点の改良が試みられている[Wever et al.,

札幌で観測された雪質の季節変化と，そのモデルシ

2016]。

ミュレーション結果を示す。雪質は，Fierz et al.[2009]

このようにモデルは依然として完璧ではないものの，によって取りまとめられた最新の国際雪質分類に従

図 3 に示すように積雪深の季節内変化は良く再現しって評価する。2007-2008 冬期は，相対的に寒冷でていた。そこで，Niwano et al.[2012]は，Painter et

あったのに対し，2008-2009 冬期は相対的に温暖で

al.[2007]同様に LAI をモデル入力から外して，仮想あった。実際，後者の期間では，1～2 月の厳冬期に的に“pure snow”を仮定したモデル感度実験を行っ

おいても頻繁に気温が 0 ℃を越えていた（図 2）。両た（図 3）。この結果，札幌の融雪が LAI の存在によ

冬期間とも，SMAP は，観測で見られる特徴（例えば，って約 2 週間早められていたことを明らかにした。そ5

大気化学研究 第 44 号 (2021)

図 3 札幌の積雪に対する LAI のインパクト。(a)2007-2008 冬期及び(b)2008-2009 冬期の観測された積雪深（黒線），SMAP
によって計算された積雪深（緑色），LAI をオフにして行った SMAP 計算結果（青色）。Niwano et al. [2012]より転載。

の後，札幌の融雪に対するブラックカーボンとダスト

それらを観測で定量的に分離することは現状出来ての相対的寄与が広沢[2017]によって調べられ，前者

いない。この分離手法を，観測とモデルの両面で高の方がアルベド低下に対して相対的に大きな影響を度化することが必要である。
SMAP を札幌以外の場所にも適用する一環として，与えていたことが分かった。
現在，我々は，SMAP を札幌以外の場所にも適用

ESM-SnowMIP[Krinner et al., 2018]に参画し，世界する研究を進めている。そこでは，まず，国内屈指の各地の 10 ヶ所の観測サイト[Ménard et al., 2019]のデ

豪雪地帯を有する新潟県に SMAP を適用し評価をータを利用したモデルシミュレーションを実施した。

行った[庭野ほか, 2017]。地上気象要素は，気象庁

表 1 に示されている LAI を除く要素は，全てオーガのアメダス観測データを使用した。しかし，アメダスは，

ナイザーから提供された。その時点では，LAI の効果

降水量，気圧，気温，風速しか測定していないため，を陽に考慮して積雪アルベドの計算を行う積雪モデ

他の気象要素（表 1）は気象庁の領域非静力学大気

ルは SMAP 以外に存在しなかったためである。そこ

モデル NHM（Non-Hydrostatic atmospheric Model）

で，我々は，LAI 無し（pure snow）を仮定して，モデ[Saito et al., 2006]シミュレーション結果を使用した。ま

ル計算を行い，結果を提出した。なお，Krinner et

た，表 1 に示されている土壌伝導熱（積雪下部の熱al.[2018]が示している通り，ESM-SnowMIP には全に関する境界条件をノイマン境界条件とすることに対28 個の積雪モデルが参加したが，詳細な積雪変質

応）は使用せず，豪雪地帯ではあるものの濡れ雪がモデル（論文中では“snow physics model”と記されて卓越する比較的温暖な気候を考慮して積雪下部のい る ） と 分 類 さ れ て い る の は ， 上 述 の Crocus ，

温度を 0 ℃固定（ディリクレ境界条件）とすることで対SNOWPACK，及び SMAP のみである。近年は，（計応した。LAI 濃度については，長岡で取得した積雪

算コストの高い）詳細な物理過程を考慮するよりも，

サンプル分析結果を新潟県の代表値と仮定して，全多数のシンプルなスキーム群をアンサンブル的に組

アメダスサイトで同一に与えた。以上の設定で実施しみ合わせて再現性が最もよくなるモデル設定を機械

た SMAP モデル計算による積雪深シミュレーション結的に探るというコンセプトの，マルチ物理アンサンブ

果をアメダスで観測された結果と比較したところ，そルモデルも登場している。ESM-SnowMIP には，そのの結果は，モデルの中で計算する降水の雨雪分離

ようなモデルが 2 個参加していた。詳細なモデル間に大きく影響を受けることが明らかとなった。一般に，相互比較は，Menard et al.[2020]によって着手された観測される降水量は，雨と雪の水当量の総和であり，ばかりであるが，SMAP は概ね良好な結果を示して
6

大気化学研究 第 44 号 (2021)

いる。
近年は，SMAP を，国内のみならず，急激な雪氷融解が進行しているグリーンランド氷床にも適用する研究を行っている[庭野, 2019]。2012 年 7 月，グリー
ンランド氷床において，近年の衛星観測史上最大の表面融解面積が報告された[Nghiem et al., 2012]。その時，我々は，北西グリーンランド氷床上の SIGMAA サイト[Aoki et al., 2014a]に滞在して，AWS の設置と気象・雪氷集中観測を実施していた。我々がSIGMA-A に滞在していた 6 月～7 月を対象に，SMAP による積雪のモデルシミュレーションを実施し，現地で実際に我々が観測した急激な融解（積雪深の低下）をモデルで再現することに成功した[Niwano etal., 2015]。この時は，気象データは上述の AWS で観測された結果を与えた。一方，LAI 濃度は，採取した
積雪サンプルを現地で濾過して不純物をフィルターに捕集し，それを気象研究所に持ち帰って重量測定

図 4 極域気候モデル NHM-SMAP によってシミュレートされたグリーンランド氷床上表面融解エリアの検証。
(a)2012 年と(b)2013 年について，衛星観測結果（黒線）[Mote, 2007]とモデル計算結果（緑線）を示す。Niwano etal. [2018]より転載。

と熱光学法を組み合わせて分析した結果[Aoki et al.,2014b; Niwano et al., 2015]を用いた。この研究を通して，我々は，極域における SMAP の有効性を確認した。

ことで長期気候計算を実現する。一方，ブラックカー
ボンやダストといった LAI の濃度については，Aoki etal.[2014b]によって，グリーンランド氷床の涵養域（表4．極域気候モデル NHM-SMAP
以上で見てきたように，我々は，国内外における面は積雪で覆われる）においては中緯度に比べて非SMAP の有効性を実証してきたが，これらはポイント

常に低く積雪アルベドへの影響を無視しても大きなスケールでの研究であり，気候システム全体を俯瞰影響は無い，と報告されたことから，pure snow を仮定する研究をするには十分でなかった。そこで，我々は，して計算することとした。一方，グリーンランド氷床のSMAP を NHM[Saito et al., 2006]と組み合わせて雪周縁末端部分では，夏期に積雪が融解して裸氷面

氷 圏 の 計 算 に 特 化 し た 領 域 気 候 モ デ ル NHM-が露出する場所（消耗域）が広がっている。現状，

SMAP[Niwano et al., 2018, 2019]を開発することにし

PBSAM は裸氷面アルベドの計算には対応しておらた。この試みは最初にグリーンランド氷床を対象としず，モデル内部で計算される氷密度の関数とする経て開始したため，以下では，極域気候モデルと称す

験的なパラメタリゼーションによって計算している。関る。NHM によって大気場の三次元的な時間変化を連して，近年注目されている裸氷面上の光吸収性を計算し，そこで得られる地上気象要素（表 1）を SMAP持 つ 雪 氷 微 生 物 [ 例 え ば ， Shimada et al., 2016;に入力して，雪氷内部物理状態の時間変化を計算し，Takeuchi et al., 2018; Onuma et al., 2020]の影響も全得られる雪氷アルベドと雪氷面温度を大気の下部境く考慮されておらず，このプロセスを陽に考慮出界条件として NHM に返す。このサイクルを繰り返す

来る裸氷面アルベド物理モデルを開発して NHM7

大気化学研究 第 44 号 (2021)

SMAP に組み込むことが現在の課題である。

め，これらのモデルは，古気候などをターゲットとする

グリーンランドでの計算は，気象庁の最新の再解

超長期の計算において依然として有用であると考え析データ JRA-55[Kobayashi et al., 2015]を NHM-られた。なお，興味深いことに，13 個のモデルのアン

SMAP の側面境界条件に与えることで実行し，計算

サンブル平均値が対観測の最も良いパフォーマンス

された地上気象要素や雪氷物理量などでモデル精を示した。このことは，モデルのバイアスがモデル間度評価を行った[Niwano et al., 2018]。図 4 に，2012

で系統的に存在するわけではない（モデルの特性に年と 2013 年のグリーンランド氷床上における表面融は大きなバラつきがある）ことを意味する。

解面積割合の時間変化について，衛星観測による

5．雪氷モデリングの将来

結果[Mote, 2007]とモデルシミュレーション結果を比較して示す。Nghiem et al.[2012]が報告した 2012 年

Niwano et al.[2012]によって LAI を積雪変質モデ

7 月の記録的な表面融解イベントがモデルによってル内部で取り扱う試みがなされて以降，Crocus の開精度良く再現されていることは特筆される。一方で，発グループも，同様の研究開発に着手した。Tuzet et2013 年は相対的に寒冷な年で表面融解の頻度は低al.[2017]は，領域大気化学輸送モデル ALADIN-

かったが，その特徴もモデルは十分に表現すること

climate[Nabat et al., 2015]が計算する LAI 沈着量とに成功している。現在，NHM-SMAP シミュレーション

AWS で観測される気象データを Crocus の最新版（積結果を用いた様々な解析に着手したところである。そ雪アルベドを物理的に計算出来るよう高度化したバれと同時に，NHM-SMAP を南極氷床に適用する試ージョン）に入力し，積雪内部における LAI の移動と，みも行っている[Niwano et al., in preparation]。

アルベドへの影響評価を実施した。現在，我々は，2019 年，IPCC AR6 に貢献することを目的として，

気象研究所で開発された大気化学輸送モデル

グリーンランド氷床表面における雪氷質量変化を計

NHM-Chem[Kajino et al., 2019]と SMAP を組み合わ算する数値モデルの国際相互比較[Fettweis et al.,

せて，大気－雪氷系における LAI の挙動・影響をシ

2020]が実施され，我々も参画した。本プロジェクトにームレスに評価するモデルシステム構築を進めていは，世界の 14 個の数値モデルの計算結果が提出さる。

れた。ここでも，ESM-SnowMIP[Krinner et al., 2018]

また，積雪変質モデルの今後の開発の方向性の 1

同様に，いくつかのタイプのモデルが存在するが，最つとして，水分子の酸素と水素の安定同位体組成をも精緻な物理過程が考慮されていると評価されていシミュレートすることが挙げられる。これらは，過去のる 極 域 気 候 モ デ ル は ， デ ン マ ー ク の気候状態に関する情報を保持している[例えばHIRHAM[Langen et al., 2017] ， ベ ル ギ ー のKurosaki et al., 2020]ため，雪氷圏における従来にな

MAR[Fettweis et al., 2017] ， オ ラ ン ダ のい気候研究の新展開を拓ける可能性がある。この機

RACMO[Noël et al., 2018]，及び NHM-SMAP のみ

能は，Touzeau et al.[2018]によって Crocus に実装さである。なお，この中に，雪氷微生物の影響を陽に考れており，また，同様の試みは Jafari et al.[2020]によ慮しているモデルは無い。モデル相互比較の結果，って SNOWPACK においても実現されている。今後，全体としてみると，上記極域気候モデルの対観測パ

SMAP においても実現させることを検討している。

フォーマンスが，特に降水パターンの表現の点で最6．おわりにも良かった。しかし，他の相対的にシンプルなモデルや高速計算が可能な簡便なモデルも極域気候モデ

2000 年代前後から現在にかけて，気象研究所でルと同等と見なして差支えない精度を示した。そのた実施してきている積雪モデリング研究を概観した。

8

大気化学研究 第 44 号 (2021)

我々が，観測・理論・数値モデリングの三本柱でバラ

spectral albedo and bidirectional reflectance of snow

ンス良く研究遂行していることと，世界の研究コミュニ

surface, J. Geophys. Res., 105(D8), 10,219–10,236,

ティの中での存在感を確立した上で先端的な研究を

doi:10.1029/1999JD901122.

推進していることが少しでも伝われば幸いである。地

Aoki, T., A. Hachikubo and M. Hori (2003), Effects of snow

球温暖化が近い将来に渡って更に加速すると予測さphysical parameters on broadband albedos, J. Geophys.

れている今日，雪氷圏の将来変化を定量的かつ正Res., 108, 4616. doi:10.1029/2003JD003506.

確に予測・評価することが従来にも増して強く求めら

Aoki, T. et al. (2006), Atmospheric aerosol deposition on snow

れている。我々は，引き続き，積雪モデリング技術のsurfaces and its effect on albedo, SOLA, 2, 13–16,

高度化に資する研究を展開し，その要請に応えていdoi:10.2151/sola.2006-004.

く。前節で触れた雪氷モデリングの将来展望の内容

Aoki, T., H. Motoyoshi, Y. Kodama, T. J. Yasunari, and K.

は，「大気化学研究」誌読者諸氏の興味を惹くものでSugiura (2007), Variations of the snow physical parameters

はないか，と考える。（研究者・学生に関係なく）興味

and their effects on albedo in Sapporo, Japan, Ann. Glaciol.,を持たれた方は，是非，責任著者（庭野）に連絡を取

46, 375–381, doi:10.3189/172756407782871747.

って頂きたい。

青木輝夫，田中泰宙 (2008), 大気エアロゾルの沈着が積雪
アルベドに与える影響, 天気, 55, 538–547.

謝辞

Aoki, T. et al. (2011), Physically based snow albedo model for

本稿執筆の貴重な機会をご提供頂きました「大気calculating broadband albedos and the solar heating profile

化学研究」誌編集委員の山地一代博士（神戸大学）

in snowpack for general circulation models, J. Geophys.

に心より御礼申し上げます。1 名の匿名の査読者よRes., 116, D11114, doi:10.1029/2010JD015507.

り，貴重なコメントを頂きました。気象研究所に

Aoki, T., Matoba, S., Uetake, J., Takeuchi, N., and Motoyama,

おける積雪内部 LAI の分析は，以後崎正江さん（気H., (2014a), Field activities of the “Snow Impurity and象研究所）に全面的にサポートして頂いております。

Glacial Microbe effects on abrupt warming in the Arctic”

本研究は，北海道大学低温科学研究所・共同利用(SIGMA) Project in Greenland in 2011–2013, Bull. Glaciol.

研究（20G042 他多数），環境省地球環境保全試験

Res., 32, 3–20, doi:10.5331/bgr.32.3.

研究費，JSPS 科研費（JP17K12817，JP 18H05054，

Aoki, T. et al. (2014b), Light-absorbing snow impurity

JP17KK0017 ， JP20H04982 ， JP18H03363 ，concentrations measured on Northwest Greenland ice sheet

JP16H01772， JP15H01733），及び北極域研究加速in 2011 and 2012, Bull. Glaciol. Res., 32, 21–31,

プロジェクト（ArCS II）JPMXD1420318865 の助成を

doi:10.5331/bgr.32.21.

受けました。

Armstrong, R. L., and E. Brun (Eds.) (2008), Snow and Climate:
Physical Processes, Surface Energy Exchange and

参考文献

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Aoki, T., T. Aoki, M. Fukabori, and A. Uchiyama (1999),

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An energy and mass model of snow cover suitable foralbedo with multiple scattering radiative transfer model for

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原稿受領日: 2020 年 10 月 30 日
掲載受理日: 2020 年 12 月 4 日

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Region (SOWER) Ȩ ȳ Ș ȏ ȓ ȡ ǳ Cryogenic AirǛǠȆğƓƜƟǝ¹j)ǷďjƕĘğƓǷ

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Gathen et al. [1995]ȁ Rex et al. [1998]ǶȃȆĺŊǲ

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[Inai et al., 2012]ǓǪǷŠñȺTTL ǶǛǠȆǀǷ'ąƜƟǝHƖǥǱǘȆǫǿȺǢǷǆqǶǛǠȆŬįǵĠ¯ǝȺTTL ǶǛǠȆĴė¢ǶƵǥǱǘąƥŅȀ TTL .ǶǛǠȆąńďǶǙŬąƥŅǳ

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by AIrLiner (CONTRAIL; Machida et al. [2008])Ȩȳ

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4

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6 16 

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Awarded Accounts

Article No. 044A05

Source apportionment of carbonaceous aerosols in land based on
observations, remote sensing and transport models

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Chunmao Zhu

Carbonaceous aerosols are key components of atmospheric trace constituents affecting earth’s
environment. They could be emitted from fossil fuel combustions, biomass burning, biogenic sources,
and secondary oxidation in the atmosphere. Depending on regions, the sources of carbonaceous aerosols
varied largely. In this paper, examples are introduced regarding source apportionment of carbonaceous
aerosols based on ground-based observations in lands, open fire occurrences detected by satellites, andatmospheric transport models. Black carbon and organic compositions were quantified either by on-line
observations or laboratory analyses focusing on mass spectrometry technologies. Moreover, as open fires
are major natural sources of carbonaceous aerosols and remote sensing techniques have large uncertainties
of fire detection due to coarse resolution, the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS)
burned area was validated in the boreal Eurasia using higher resolution satellite products such as Landsat
7 ETM+, RapidEye, WorldView-2, and GeoEye-1. Lagrangian transport models, FLEXPART and
HYSPLIT were also used to investigate source regions and sectoral contributions to carbonaceous
aerosols in East Asia and the Arctic. The findings emphasize the importance to unveil the sources ofcarbonaceous aerosols to better understanding their variations and effects on climate and environment.


1. Introduction

the atmosphere. As one of the key components,

Aerosols affect climate change, biogeochemical

carbonaceous aerosols are of fundamental importance,

cycles of major nutrients such as nitrogen, phosphorous

yet our understandings are inadequate. Carbonaceousand iron, and human health. Progresses have been

aerosols are composed of black carbon (BC or

achieved

andelemental carbon, EC) and organic aerosols (OA, or

biogeochemical effects of aerosols, while largeorganic carbon, OC). BC has a large contribution to

uncertainties still exist due to the complexity of aerosol

globalcomposition, sources and transformation processes incomponents. In comparison, organic aerosols havetounderstandthe

climatic

1

warming

among

all

atmospheric

trace



  44  (2021)

been generally deemed to cause cooling effects (Penner

understand the characteristics of carbonaceous aerosols

et al., 1992), while the light-absorbing parts, brown

and the effects on climate, it is therefore advantageous

carbon aerosols, would result in global warming.

to investigate the chemical components and sources.

Carbonaceous aerosols are originated from various

Examples of aerosol source apportionments based on

sources. Specifically, fossil fuel combustion, biomass

chemical properties, validation of the Moderateburning, biogenic emissions and secondary formation

Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS)

are the major source streams. In East Asia, along withburned area in boreal Eurasia and simulation of Arctic

theBC sources are introduced in this paper.

rapid

growthofeconomy,emissionsofcarbonaceous aerosols from fossil fuel combustion had

2. Aerosol chemical properties and source
apportionments

been increased for the past decades, although a recent
study found decreasing trend of BC emission in China

Levoglucosan

since 2010 [Kanaya et al., 2020]. Meanwhile,
I IIemissions from biomass burning had large interannual

2.1. Transboundary pollution from residential burning,
forest fires and open crop residue burning

30

16

variations, depending on regulation policies on(a)(b)
Biomass
12burning largely affects the chemical

residential and open biomass burnings, as well ascomposition 8of carbonaceous aerosols. Study at Capeweather conditions. Biogenic emissions are changing

4 Island, from 2009 to 2012 indicated theHedo, Okinawa

0depending on seasons andyears as well, under the0abundances oflevoglucosan and its isomers, mannosan

global warming scenarios
1.5 with changing emissions of(d)
0.8 All of these anhydrosugars are tracersand (c)galactosan.

20
10

1.0

-3

1.0
biogenic volatile organic
compounds. To better
0.5
0.0

0.6
0.4
0.2
0.0
70 I
1.0
16
60
0.8
50
12
0.6

of biomass burning [Zhu et al., 2015]. A clear seasonal

I II

30
1.2

(e)
(a)

20
0.8
0.4
10
0.0
0
30
2.0

(g)
(c)

20
1.5

40
8
0.4
30
0.2
4
20
0.0
0
16
1.0 II70
120.8

Latitude (°N)

EC(µg m-3) Levoglucosan(ng m-3)Mannosan
Anhydrosugars
Levoglucosan
MannosanGalactosan) Concentrations (ng m

-3

)

2.0

25%

(f)
(b)

48%

27%
(I) November 2-9, 2010

(h)
(d)

13%

60

Galactosan

Anhydrosugars

Concentrations (ng m

63%
0.6
8
50
25%
0.4
4
40
0.2
dat
0
30
0.0
12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
12
4
8
12
4
8
12
20
1.0
(II) December 28, 2010-January 4, 2011
2010
2011
2010
2011
(e)
1.2
(f)
80
100
120
140
160
180
0.860
Year/Month
Month
Year/MonthLongitude (°E)
0.6
0.8
0.4
Figure 1. Seasonal variations
0.4 of levoglucosan and elemental carbon (left) at Cape Hedo, Okinawa, from October 2009 to February
0.2
0.0 I (November 2–9, 2010) and II (December 28, 2010–January
0.0
2012. Typical events marked
4, 2011) were analyzed in details for30
16
air mass origins (right). In the right panels, clusters of 5-day backward trajectories
arriving at 500 m a.g.l. at Cape Hedo, Okinawa,
(h)
(g)
12
20
are given. The numbers in each panel indicate the percentages of hourly trajectories
8 in the events with such origins. Fire spots in
10 28–November 9, 2010 and (II) December 23, 2010–January 4, 2011 are also shown. Reproduced
East Asia during (I) October4dat
0 the Creative Commons Attribution 4.0 License, and the0 copyright is belonging to the authors of thefrom Zhu et al. (2015) under
12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
12
4
8
12
4
8
12
2010
2011
original paper.

1.0
10
0.5
0
0.0

Year/Month

Month

2



  44  (2021)

trend of levoglucosan and EC with winter maxima andhigh eBC events were identified and the sources

summer minima was found (Figure 1). Levoglucosan

examined using the FLEXPART and HYSPLIT+

was also found to have a positive relation with nss-K

transport models supported by VIIRS fire hotspots.

(r = 0.38, p < 0.001), another biomass burning tracer.

These events were analyzed for the variations of AAE,

Air mass trajectories and fire hotspots indicated that theCO, and CH4, and the slopes of the BC–CO and CH4–

seasonal variations of anhydrosugars are associated

CO correlations were investigated under different

withburningemission source regimes. It was found that the highemissions from the Asian continent. Winter maxima ofeBC events in northern Japan are affected by long-anhydrosugars were related to open burning, andrange transport of pollutants emitted by different

domestic heating and cooking in northern andsources at different times of the year. Fossil fuelnortheastern China, Mongolia and Russia under the

combustion in China were affecting eBC at Rishiri

enhanced westerly winds. For example, as of event I in

throughout the year, while forest fires in Siberia andFigure 1, air masses were originating from northern tocrop residue burning on the Northeast China Plain were

northeastern China, along with high loadings of fire

important sources in summer and autumn, respectively.

spots. Of event II, relatively small number of fire spots

It was also found that the high eBC events caused bywere observed, and domestic burning for heating andfossil fuel combustion emissions were associated withcooking from a region of 30–60 °N, 80–120 °E was

low AAE values of ~1, a reasonably low BC–CO slope

likely the emission source.

of ~3–6 ng m–3/ppb, and a background levoglucosan

long-range

transportofbiomass

Furthermore, the ratio of anhydrosugar isomers islevel of <1 ng m–3. In comparison, high eBC events

inferable on the burning sources. The monthly averaged

caused by biomass burning emissions were associatedlevoglucosan/mannosan ratios were lower (2.1–4.8) inwith AAE values of ~1.5–2.0, a BC–CO slope of >7 ng

May–June and higher (13.3–13.9) in November–

m–3/ppb, and a notable increase of levoglucosan to >20

December. The lower values were related withng m–3. These results emphasize the effects of Siberian

softwood burning in northern China, Korea andforest fires and open crop residue burning in China on

southwestern Japan, whereas the higher values werecarbonaceous aerosols in the western North Pacific.

related with agricultural waste burning of maize straw
in the North China Plain. Based on a tracer method, it

2.2. Fungal spores dominant bioaerosol mass in mid-is estimated that residential burning in Northeast China

latitude forest

could contribute up to ~30% of aerosol OC, suggesting

In forested regions, both primary biological aerosol

an important source of transboundary pollution inparticles (PBAPs) and oxidation products of biogenic

winter.

volatile organic compounds (BVOCs) contribute

Similarly, equivalent black carbon (eBC) particle

significantly to organic aerosols (OAs). Biomarkers ofmass along with the absorption Ångström exponent

PBAP and secondary organic aerosols (SOAs) for their(AAE), atmospheric CO and CH4, as well as

diurnal variability in a temperate coniferous forest in

levoglucosan in total suspended particles wereWakayama, Japan were investigated [Zhu et al., 2016].

quantified on Rishiri Island in northern Japan from

Significantly higher levels of PBAP tracers, fungal

April 2014 to March 2015 [Zhu et al., 2019]. Sixteen

spores, trehalose, arabitol and mannitol, were observed

3



  44  (2021)

in nighttime than daytime (p < 0.05), associating with

To solve this point, a size-dependent validation of

the nocturnal sporulation under high relative humidity.

MCD64A1 with reference to higher resolution (betterOn the contrary, substantial photochemical SOA

than 30 m) satellite products (Landsat 7 ETM+,

formation was observed as BVOC oxidation products

RapidEye, WorldView-2, and GeoEye-1) for six

showed higher levels in daytime than nighttime. Using

ecotypes over 12 regions of boreal Eurasia weretracer-based methods, it was estimated that fungal

conducted [Zhu et al., 2017]. The 2012 boreal Eurasia

spores account for 45% of OC in nighttime and 22% inburning season were considered when severe wildfires

daytime, respectively. In comparison, the contributions

occurred and when Arctic sea ice extent wasfrom BVOC oxidation products were 15% and 19% in

historically low. Among the six ecotypes, it was foundnighttime and daytime, respectively. These resultsthat MCD64A1 burned areas comprised only 13% ofindicated that fungal spores overwhelmed BVOC

the reference products in croplands because ofoxidation products in contributing to OA, especially ininadequate detection of small fires (<100 ha) (Figure 2).

nighttime.

The results indicated that over all ecotypes, the actual
burned area in boreal Eurasia (15,256 km2) could have

3. Validation of burned area in boreal Eurasia

been ~16% greater than suggested by MCD64A1

Carbonaceous aerosols emitted from wildfires in(13,187 km2) when applying the correction factors. The

boreal Eurasia can be transported to the Arctic,

findings implied the effects of wildfire emissions inaccelerating global warming following subsequentboreal Eurasia on Arctic warming could be greater thandeposition. The MODIS burned area product,

current estimate.

MCD64A1, is the basis of fire emission products
GlobalFire

Emissions

Database.

4. Simulation of Arctic BC sources

However,

uncertainties due to the “moderate resolution” (500 m)

The Arctic environment is undergoing rapid changes

characteristic of the MODIS sensor could be introduced.

such as faster warming than the global average and§§exceptional melting of glaciers in Greenland. BC

MODIS (500 m)
Landsat 7 (30 m)

particles are one cause of Arctic warming and glaciermelting. However, the sources of BC particles are still
uncertain. The potential emission sensitivity of
atmospheric BC present over the Arctic (north of 66°N) were simulated using the FLEXPART Lagrangiantransport model (version 10.1) [Zhu et al., 2020]. Thisversion included a new aerosol wet removal scheme,
which better represents particle-scavenging processes
than older versions did. Arctic BC at the surface (0–500m) and high altitudes (4750–5250 m) was sensitive toemissions in high latitude (north of 60 °N) and mid-

Figure 2. Example burned area map showing a comparison

latitude (30–60 °N) regions, respectively. Geospatialof MODIS MCD64A1 and Landsat 7 ETM+ products forsources of Arctic BC were quantified, with a focus on

croplands.

4



  44  (2021)

emissions from anthropogenic activities (including

and staffs in each of the groups for their supervisions

domestic biofuel burning) and open biomass burningand supports. The author is grateful to professor(including agricultural burning in the open field) in

Michihiro Mochida (Nagoya University), Dr. Yoko

2010. It was found that anthropogenic sources

Iwamotocontributed 82% and 83% of annual Arctic BC at the

University now), professor Pingqing Fu (Tianjian

surface and high altitudes, respectively. Arctic surface

University) and Dr. Hiroshi Tanimoto (National

BC

Institute for Environmental Studies) for samplingcomes

predominantly

from

anthropogenic

emissions in Russia (56%), with gas flaring from the
Yamalo-Nenets

Autonomous

Okrug

and

(Nagoya

University

then,Hiroshimaassistances and fruitful discussions.

Komi

Republic being the main source (31% of Arctic surface

References

BC). These results highlight the need for regulations to

Kanaya, Y. et al. (2020), Rapid reduction in black carbon

control BC emissions from gas flaring to mitigate theemissions from China: evidence from 2009–2019

rapid changes in the Arctic environment. In summer,

observations on Fukue Island, Japan, Atmos. Chem. Phys.,combined open biomass burning in Siberia, Alaska, and20, 6339–6356.

Canada contributes 56%–85% (75% on average) and

Penner, J. E., R. E. Dickinson, and C. A. O’Neill (1992), Effects

40%–72% (57%) of Arctic BC at the surface and highof Aerosol from Biomass Burning on the Global Radiation

altitudes, respectively. A large fraction (40%) of BC in

Budget, Science, 256, 1432–1434.

the Arctic at high altitudes comes from anthropogenic

Zhu, C., K. Kawamura, and B. Kunwar (2015), Effect of biomass

emissions in East Asia, which suggests that the rapidly

burning over the western North Pacific Rim: wintertime

growing economies of developing countries could havemaxima of anhydrosugars in ambient aerosols froma non-negligible effect on the Arctic. This year-round

Okinawa, Atmos. Chem. Phys., 15, 1959–1973.

evaluation of Arctic BC sources being performed using

Zhu, C., K. Kawamura, Y. Fukuda, M. Mochida, and Y. Iwamoto

the new wet deposition scheme in FLEXPART provides(2016), Fungal spores overwhelm biogenic organic aerosolsa scientific basis for actions to mitigate the rapidly

in a mid-latitudinal forest, Atmos. Chem. Phys., 16, 7497–

changing Arctic environment.

7506.
Zhu, C., H. Kobayashi, Y. Kanaya, and M. Saito (2017), Size-Acknowledgement

dependent validation of MODIS MCD64A1 burned area

The results presented in this paper are based onover six vegetation types in boreal Eurasia: Largeseveral studies conducted by the author, with supports

underestimation in croplands, Sci. Rep., 7, 4181.

from a big list of people. Sincere gratitude is dedicatedZhu, C. et al. (2019), Sources of atmospheric black carbon andto professor Hisayuki Yoshikawa-Inoue, Graduate

related carbonaceous components at Rishiri Island, Japan:

SchoolThe roles of Siberian wildfires and of crop residue burningofEnvironmental

Sciences,

Hokkaido

University (then), professor Kimitaka Kawamura,in China, Environ. Pollut., 247, 55–63.

Institute of Low Temperature Sciences, Hokkaido

Zhu, C. et al. (2020), Flexpart v10.1 simulation of source

University (then, and now at Chubu University),

contributions to Arctic black carbon, Atmos. Chem. Phys.,

principal researcher Yugo Kanaya, Japan Agency for

20, 1641–1656.

Marine-Earth Science and Technology and colleagues

5



  44  (2021)

Received: 15 December, 2020
Accepted:23 December, 2020

Author Affiliation:
1. Japan Agency for Marine-Earth Science andTechnology (JAMSTEC)
* Corresponding author:
Chunmao Zhu <chmzhu@jamstec.go.jp>6

JpSAC news

Article No. 044N01

 Atmospheric Multiphase Chemistry: Fundamentals of

Secondary Aerosol Formation  
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2

学会からのお知らせ

JpSAC news

Article No. 044N03

女性活躍推進 WG の最近の活動と第 3 回女性会員の集いオンライン開催報告
江口菜穂 1 *，猪股弥生 2，大森裕子 3，岡本祥子 4，山地一代 5
１． 第 3 回女性会員の集い開催
2020 年 11 月 11～13 日にオンラインにて第 25回大気化学討論会 2020 が開催された。討論会の 2
日目の昼食時に Zoom を用いてオンラインで女性会員の交流会を開催した。博士前期課程の学生，機関研究員（外国国籍者含む），大学教員，さらに民間企業の研究員を含め計１5 名（途中入退室含む）の参加があった（写真 1）。
会の冒頭で，谷本会長より，学会として女性（や若写真 1. 女性会員の集いオンライン手）会員への支援などをより一層進めてくださる旨，
討論会時に対面とオンラインで実施したいと考お言葉を頂戴した。その後，女性活躍推進 WG からえている。

女性会員の研究環境整備に関する最近の活動の概要を説明した。これに関しては，次項で紹介する。

２． 女性活躍推進 WG の最近の活動

続いて，各参加者より簡単な自己紹介（研究内容

保育支援ガイドライン

等含む）と最近想うところを話していただいた。その中

育児中の学会員にも討論会に積極的に参加してで，話題として多く挙がったのが，コロナ禍におけるもらえるよう，2019 年の第 24 回大気化学討論会（蒲職場・家庭環境の変化についてであった。職場環境郡市）において，保育支援を試験的に実施した。今

では，オンライン講義への対応や学生とのコミュニケ

後も継続的に保育支援を実施していくことが決定し，ーション問題，観測・実験系の人は研究の進捗が鈍

保育支援ガイドラインを策定し，HP 上に公開しているった等の意見があった。家庭環境では，在宅で仕事（現在，新着欄に記載）。またよりよい保育支援実現

をしながら，家事・育児をできるといった利点が挙げらを目指して，2020 年夏季にアンケートを実施した。アれた。これに派生して，男女の家事育児分担につい

ンケート結果については，岡本ら（2021;本号）をご覧て話題がのぼった。この話題は特に女性だけで話をいただきたい。

せず，今後は男性も交えて話をしていくべきことでは女性会員メーリングリスト運用

ないかという意見がでた。
各人，自己紹介と想うところを話していただき，2020 年 8 月より女性会員のメーリングリスト （w-あっという間に時間が過ぎ，充実した時間を共有

member@jpsac.org）の運用を開始した。まだ登録がなされていない会員が近くにいればお声がけをお願できた。今回の集いは，オンライン開催のメリッいします。連絡先は女性活躍推 WG （江口） まで。

トを生かし，討論会参加有無に関わらず，学会員
であれば参加できるようにした。今後も継続して，

1

大気化学研究 第 44 号 (2021)

その他
男女共同参画学協会連絡会 （※） へのオブザー
バー学会として加入予定である。加入により男女共同参画に関する情報の入手や，学協会間の大規模なアンケートに参加でき，本学会に関する結果のみ抽出ができるようになる等のメリットがある。
※/https://www.djrenrakukai.org/
また，保育支援ガイドライン等，若手支援やダイバ
ーシティ・インクルージョン推進に関する活動を載せる web ページを学会 HP 内に作成していく予定であ
る。

著者所属：
1. 九州大学 応用力学研究所
2. 金沢大学 環日本海域環境研究センター
3. 筑波大学 理工情報生命学術院
4. LISA(Laboratoire Interuniversitaire des SystémesAtmosphériques)，UMR CNRS 7583
5. 神戸大学 大学院海事科学研究科* 責任著者:
Nawo Eguchi <nawo@riam.kyushu-u.ac.jp>2

学会からのお知らせ

JpSAC news

Article No. 044N04

学会開催時の保育支援に関するアンケート結果報告
岡本祥子 1 *，猪股弥生 2，江口菜穂 3，大森裕子 4，山地一代 5
１．はじめにまた，日本地球惑星科学連合（JpGU）が毎年主催す日本大気化学会では，本学会が主催・参画する学る連合大会にて保育支援が実施されていることも，お会時の保育支援の整備を進めています。現在，日本

よそ 8 割の回答者が知っているという結果でした。

大気化学会ホームページ上で公開されている「保育3．育児と学会参加

支援ガイドライン」もこの活動の一環となります。そして，女性活躍躍進ワーキンググループ（女性 WG）で次に，保育支援を必要とする子が「現在いる」あるは，育児中の会員が積極的に学会等に参加できるよいは「過去にいた」と回答した方々が，これまで学会

う，また，今後より良い保育支援を実施するため，に参加するために通常保育に加えて，どのようにして2020 年 9 月に「学会開催時の保育支援に関するアン

きたかをご紹介します（図 1）。この結果から，学会参ケート」を行ったので，その結果をご報告します。

加には親族や友人の協力と理解が不可欠であること

今回のアンケート回答者(回答者数 32 名)のおよそがわかります。また，「出張をしない」という選択が 2 番

8 割は，子育て世代の 30 代と 40 代の会員であり，こ目に多いという点も憂慮すべきポイントです。

の世代の保育支援への高い関心がうかがえました。
また，保育支援を必要とする子が「現在いる」，「過去にいた」，「いない」と回答した会員数がおよそ 3 分の1 ずつとバランスの良い回答が得ることができました。
ご多忙な中，回答してくださった 32 名の方には，この場を借りて御礼申し上げます。

2．保育支援制度の認知度

図 1. 学会参加時の通常保育以外の保育（複数回答可能）。

日本大気化学会では，2019 年 11 月に蒲郡市で開催された第 24 回大気化学討論会において，試験的保育支援を必要とする子が「過去にいた」回答者に保育支援を実施しました。アンケート結果によると，のうちの 3 割，「現在いる」回答者のうちの 7 割が，こ

回答者の保育支援が必要な子の有無にかかわらず，れまでに保育を理由に学会参加を断念した経験が保育支援実施が広く認知されていたことがわかりまし「ある」と回答しました（図 2）。ただし，今回のアンケー

た（表 1）。

トでは，アンケート回答者とパートナーのどちらが主表 1. 2019 年大気化学討論会（討論会）と地球惑星科学連合（JpGU）における保育支援制度の認知度。

に育児をしているのかという設問がなかったため，保保育が必要な

現在いる

過去にいた

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は，回答者のパートナーが主に育児をしている（いた）子の有無（11 名）（9 名）（12 名）

ためという可能性が含まれます。そして，保育支援を

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大気化学研究 第 44 号 (2021)

設を使用することが不安」など，保育支援では補いき

本大気化学会に期待する支援について自由に記載れない問題も浮き彫りになりました。保育支援ガイドラ

してもらいました。特に，学生，若手研究者への支援

インではこのような実態も踏まえて，常時利用していを望む声が多く，具体的には，キャリアパスの提示，る保育施設の延長等でも利用できるように整備され若手主催の研究集会開催への支援が期待されていています。

ます。また，育児中や会議，授業で現地に直接赴けない会員向けにオンライン参加のオプションを希望する意見も多く見られました。

6．まとめ
大気化学討論会及び JpGU における保育支援制
度の認知度は非常に高く，保育支援が必要な子がいる会員の学会参加の際の選択肢の一つになっていると思われます。しかしながら，より利用しやすい保育

図 2. 保育支援を必要とする子が「過去にいた」（a），あるいは「現在いる」（b）回答者のうち，保育を理由に学会参加を断念したことがある経験者の割合。

支援提供のための改善も期待されています。他方で，介護を担う会員向けにも支援を拡充していくことも必要であると考えています。さらに若手支援の希望も多4．期待する保育支援

く，キャリアと育児の観点からも，ロールモデルやキャ

過去に利用したかった保育支援および，今後学会

リアパスの提示が必要と考えられます。この課題は人に期待する保育支援としては，通常保育以外にかか材育成 WG と共同で実施していく必要があります。

る費用の一部補助以外に，会場内の一時保育施設

最後に，コロナ渦で学会がオンラインで開催される設置を希望する回答が多く見られました（図 3）。

ようになってきた現在，保育支援の一部としてまた通JpGU 連合大会では，毎年保育ルームが設置され，常業務で多忙でオンサイトの学会に参加しづらい会

英語対応も可能（別途相談）となっています。しかし員向けに，学会へのオンライン参加のオプション化をながら，大気化学討論会の場合，予算に限りがあるこ

検討するいい時期かもしれません。

とや，毎年開催地が変わることから，様々な状況に柔

女性 WG は，皆さんが利用しやすいように今後も軟に対応し，少しでも利用者に満足してもらえるよう

保育支援制度を改善していきますので，ご意見，要な保育支援が期待されていることがうかがえます。

望などがあれば，ぜひお気軽にご連絡ください。

著者所属：
1. LISA (Laboratoire Interuniversitaire des SystémesAtmosphériques)，UMR CNRS 7583
2. 金沢大学 環日本海域環境研究センター
3. 九州大学 応用力学研究所

図 3. これまでに利用したかった支援と今後期待する支援（複数回答可能）。

4. 筑波大学 理工情報生命学術院
5. 神戸大学 大学院海事科学研究科

5．保育支援以外の希望する支援* 責任著者:
Sachiko Okamoto <sachiko.okamoto@lisa.ipsl.fr>

今回のアンケートの最後には，保育支援以外で日2JpSAC news

Article No. 044N05

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学会からのお知らせ

JpSAC news

Article No. 044N06

第 16 回日本大気化学会奨励賞の選考結果について

受賞者氏名：稲飯洋一（気象庁）

2000 年にかけて増加傾向にあったことを推定し，そ受賞研究課題名：気球観測と流跡線解析による対流れが成層圏平均子午面循環速度とは独立に成層圏

圏-成層圏間物質輸送の研究

大気の年齢を変化させていた可能性を指摘した。ま

受賞理由 ：熱帯対流圏界層（TTL）は熱帯域におけた，この多粒子流跡線解析法と北極域上空におけるる対流圏と成層圏間の遷移層であり，平均子午面循

大気微量成分の航空機観測データとを組み合わせ環の観点から成層圏大気循環の最上流部に位置しることで，北極上部対流圏および下部成層圏におけている。TTL における大気の脱水過程は成層圏の水る大気力学場の季節変動と化学過程の季節変動を

蒸気量を支配する重要な要因でもあることから，成層分離してそれぞれを評価した。断片的な航空機観測

圏における物質循環を理解するうえで鍵となる領域

から連続的な時空間分布を復元し，六フッ化硫黄とである。

二酸化炭素は主に大気力学場の変動によって，メタ稲飯洋一会員は，TTL における物質輸送過程がン，一酸化二窒素，一酸化炭素は主に成層圏にお成層圏へ流入する大気化学種の量やその変動に重ける化学過程の変動によってそれぞれの季節変動ス

要な役割を持つ点に着目して気球観測や流跡線解

ケールの時空間分布が決定されていることを示した。

析を用いた研究を行い，以下の成果を得た。

以上のように，稲飯氏は気球観測および流跡線解析

まず，赤道域を中心に世界各地で気球観測を精を用いて対流圏－成層圏間の物質輸送に関する独力的に実施して水蒸気，オゾン，雲粒子，二酸化炭

創的な研究成果を上げ，大気化学分野で国内外の素などの成層圏における分布を明らかにした。特に高い評価を得ており，同氏が考案し確立した研究手

水蒸気ゾンデと衛星ライダー観測データまたは流跡

法は対流圏および成層圏の物質分布やその変動の線解析を組み合わせることによって，TTL に巻雲を解明に貢献することが期待される。以上の理由により，伴う過飽和層が形成されその雲微物理的特徴が熱日本大気化学会運営委員会は，稲飯洋一会員が同帯大規模擾乱の位相に依存すること，熱帯西部太平賞にふさわしい実績と将来性を有するものと認める。

洋域において下部 TTL を水平移流する大気が効率（日本大気化学会運営委員会）

的に脱水されていることを示した。
次に，気球観測誤差の新たな推定手法を考案し，成層圏のオゾンや気温の観測データにこれまで見落とされてきた誤差が含まれていることを指摘して，気球観測データの質的な改善に貢献した。
さらに稲飯氏は，成層圏平均子午面循環速度の指標とされる成層圏大気の年齢と中高緯度最下部成層圏－TTL 間の大気輸送との関係を明らかにした。
独自に考案した多粒子流跡線解析を用いて，中高
緯度成層圏から TTL への大気輸送量が 1980 年から

稲飯洋一氏

1

大気化学研究 第 44 号 (2021)

受賞者氏名：朱春茂（海洋研究開発機構）

化によって今後より顕著になりうる北方林野火災から受賞研究課題名 ：現場・リモート観測および大気輸のエアロゾル等排出量をより高精度に評価するうえで送モデルを用いた炭素性エアロゾル発生に関する陸重要な情報となった。さらに朱氏は，大気輸送モデ

域生態系変動との統合的研究

ル（Flexpart v10）を改良して北極地域 BC の発生源

受賞理由：大気エアロゾルは光の吸収・散乱によってを定量的に評価し，家庭部門による化石燃料・バイ

放射強制力を左右し，雲の凝結核や氷晶核として働

オマス燃料が従来の認識以上に大きな寄与を持つこ

くことで気候変動に影響を及ぼす。東アジア地域でとを明らかにした。

は人間活動や様々な自然過程によりエアロゾルの動以上のように，朱氏は様々な手法を駆使して炭素態が大きく変動することから，気候影響評価の不確性エアロゾルの動態と，その陸域生態系に関連した

実性を減らすためにエアロゾルの化学組成や発生源

発生源評価に関する統合的な研究を着実に進展さを解明することが求められている。

せ，大気化学分野で国内外の高い評価を得ている。

朱春茂会員は，化学的・光学的分析法やリモート

朱氏は現在，エアロゾルの光学的・化学的な計測法

センシング，大気輸送モデルなど種々の手法を駆使をブラウンカーボンの動態解析やマイクロプラスチッ

して有機エアロゾルおよびブラックカーボン（BC）のクの計測に応用し，新たな地球環境物質科学の開拓

動態を解明する研究を行い，以下の成果を得た。

にも挑んでいる。以上の理由により，日本大気化学

国内各地で採取されたエアロゾルの化学組成や会運営委員会は，朱春茂会員が同賞にふさわしい

ブラックカーボン（BC）の動態をガスクロマトグラフィ

実績と将来性を有するものと認める。

ー－質量分析計（GC-MS）などの高精度分析手法を（日本大気化学会運営委員会）

用いて解析した。沖縄のエアロゾル有機炭素の最大30%がシベリアおよび中国東北部の家庭部門によるバイオマス燃焼に起因していることを明らかにし，冬季のバイオマス燃焼が西部北太平洋地域のエアロゾ
ル組成へ与える重要性を初めて示した。利尻での観測から，秋の中国東北部の農業廃棄物の燃焼が北日本の大気エアロゾルの重要な発生源であることを初めて明らかにした。また，和歌山県の森林では，真菌の胞子を中心とした生態系から直接放出されるエ朱春茂氏

アロゾル（PBAP）が生物起源二次有機エアロゾル（BSOA）よりも有機エアロゾルの質量濃度に大きく寄与していること，および人為起源硫酸塩が移流される
場合，BSOA の生成が大きく促進されることを初めて現場観測から示した。
また，朱氏は超高解像度衛星（解像度 2–5 m 程度）の画像を用いて北方ユーラシアの植生に関する焼失面積を精密に評価し，従来用いられてきた衛星の画像解析に基づく焼失面積は過小評価となっていることを見出した。朱氏が提唱した修正係数は，温暖

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Article No. 044N07

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JpSAC news

Article No. 044N08

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大気化学研究 第 44 号 (2021)

編集後記
今号ではトピックスとして「雪氷圏と大気化学」をテーマに計 3 編の総説記事を掲載しています。極域を中心としたフィール
ド観測・数値モデル研究や今後の研究展開に関する内容を，それぞれの著者の方々に分かりやすく丁寧に解説して頂きました。総説記事の著者には学会員以外の方々も多く，まさに interdisciplinary なテーマとして，大気化学における今後の方向性の一つとして参考になれば幸いです。また，岡本様，江口様他の皆様からは，女性研究者の視点からの研究生活に関する貴重なご寄稿・情報提供を頂きました。全ての著者の皆様には，ご多忙のところ貴重な原稿をご執筆頂きましたこと，改めてお礼
申し上げます。今後も重要な情報発信の手段として，また会員間の情報共有・情報交換の場として本誌をご活用頂けるよう工夫して参りますので，学会員の皆様には引き続きご支援賜りますようお願い申し上げます。（YM）

大気化学研究 第44号 （2021年1月31日 発行）
編集兼発行： 日本大気化学会
編集委員： 森本真司（共同編集長），山地一代（共同編集長），竹谷文一，宮﨑雄三
連絡先： 〒162-0801 東京都新宿区山吹町358-5 アカデミーセンター 日本大気化学会事務局
電話： 03-5389-6237
FAX： 03-3368-2822
電子メール： jpsac-post@bunken.co.jp
ホームページ： https://jpsac.org/publications/aacr/《本誌掲載著作物の転載を希望される方へ》
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