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

Hideaki Nakajima

客員教授 町田 敏暢
Professor

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、ならたため、HCl よりは ClONO2 への回復の方が早く認められた。このよ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、地上観測にうに、南極上空における高度によるリザボア種への回復の違いが初めよる大気成分や雲、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、シベリアて明らかにされた。また、秋季に ClONO2 がなくなった後も HCl が徐々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に減少を続ける原因がこれまで不明であったが、その原因が極渦境界動の原因究明に向けた研究を実施している。

における ClONO2 の再生産であることが明らかになった。

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 carbonbudgets. We conduct research and education on measurement principles, data processing algorithm, field experiments, and data analysis on the basis of
specific 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.

西シベリア上空におけるメタン濃度鉛直勾配の長期変動
ロシア連邦のシベリア地域には広大な森林や湿地帯が広がっており、地 球規模の二酸化炭素濃 度やメタン (CH4) 濃 度の変 動に大きな影響を及ぼしている。我々は西シベリア低地に位置するスルグート（1993 年から）とノボシビルスク（1997 年から）上空において航空

南極昭和基地上空における塩素化合物の挙動解明
我々は、2007 年及び 2011 年の南極昭和基地（69.0˚S, 39.6˚E）上空でのオゾン破壊に関連した塩素化合物微量気体成分の変動に着目した解析を行った。人工衛星 Aura/MLS, Envisat/MIPAS、及び地上設置 FTIR 分光器による ClO, ClONO2 , HCl, HNO3 , 及び O3 の観測値に注目し、高度 18 km 及び 22 km におけるこれら微量気体成伴い、昭和基地上空で極成層圏雲（Polar Stratospheric Clouds:PSC）が出現し、塩素化合物のリザボア分子である ClONO2 や HClが PSC 表面上の不均一反応によって減少を始める。やがて 7 月初旬に昭和基地上空に太陽光が戻ってくると、活性な ClO が増加し始め、触媒反応によるオゾン破壊が始まる。やがて 9 月初めには成層圏気濃 度が増加を始めるが、その様相が 高度 18 km と 22 km で異なることが判明した。図 1 及び図 2 に、18 km 及び 22 km における2007 年昭和基地上空の各種塩素化合物の変動の様子を示す。高度18 km ではオゾンがほとんど破壊されているため HCl への回復が顕著である。一方高度 22 km ではオゾンが一部破壊されずに残っていFig.1 Temporal variation of chlorine and related
species at 18 km in 2007 over Syowa Staion.

62 Coexistence Activity Report 2017

Fig.2 Same as Fig. 1 but for 22 km in 2007.

室効果ガスの長期観測を実施した。CH4 濃度の経時変動はどちらの観測サイトでも 2000 年から 2006 年における一時的な停滞が見られたものの増加傾向が観測された（Fig. 3）。季節変動は他のバックグラウンド観測地点で見られるのと同様に冬季に極大値を示すが、西シベリアに特徴的な夏季の極大値も観測されている。スルグート上空では高度 5.5 km と 1.0 km における CH4 の濃度差が 1995 年から1999 年の平均値である 64 ppb から 2009 年～ 2013 年には 37ppb へと明瞭に減少していることが観測でわかった。これに対してノボシビルスク上空では鉛直勾配の明確な変動は観測されなかった。大気化学輸送モデルを用いたシミュレーションを行ったところ、シベリアの風上に位置するヨーロッパからの CH4 放出量が経年減少し、東アジアや南アジアからの放出量が増加すれば観測と整合的であることが確認された（Fig. 4）。また、ノボシビルスク上空ではヨーロッパからの放出の影響は小さかった。さらに、西シベリアからの CH4 放出量の変化は鉛直勾配の変動に有意には影響していないことも確認できた。西シベリア上空における CH4 濃度鉛直分布の長期的な観測はシSiberia is one of the most important areas for controlling atmosphericlevels of greenhouse gases through activities in forests and wetlands. We
have carried out monthly flask sampling using aircraft in the altitude rangeof 0-7 km over the boreal wetlands in Surgut (61ºN, 73ºE; since 1993) anda pine forest near Novosibirsk (55ºN, 83ºE; since 1997), both of which arelocated in the West Siberian Lowland (WSL). The temporal variation ofmethane (CH4) concentrations at all altitudes at both sites exhibited anincreasing trend with stagnation during 2000-2006, as observed globallyfrom ground-based networks (Fig.3). In addition to a winter maximum, asseen at other remote sites in northern mid to high latitudes, anotherseasonal maximum was also observed in summer, particularly in the lower
altitudes over the WSL. Our measurements suggest that the verticalgradient at Surgut has been decreasing; the mean CH4 difference between
5.5 km and 1.0 km changed from 64±5 ppb during 1995-1999 to 37±3 ppb
during 2009-2013. No clear decline in the CH4 vertical gradient appeared
at Novosibirsk. Simulations using an atmospheric chemistry-transportmodel captured the observed decrease in the vertical CH4 gradient atSurgut when there was a decrease in CH4 emissions from Europe but anincrease in those from the regions south of Siberia, e.g., East and SouthAsia (Fig.4). At Novosibirsk, the influence of the European emissions wasrelatively small. Our results also suggest that the regional emissions
around the WSL did not change significantly over the period of ourobservations. Long-term monitoring of the CH4 vertical profile over West
Siberia is the key to detecting changes in CH4 emissions from the WSL andits surrounding land regions.
Reference: Sasakawa, M., et al. (2017). J. Geophys. Res., 122, 11,261–
11,273. doi.org/10.1002/2017JD026836

ベリアや周辺域からの CH4 放出量の変動を検知する上で重要な役割を果たしていると言える。

Fig.3 Temporal variation in CH4 concentrations (black dots) observed over Surgut andtheir long-term trend lines. Blue crosses denote STE-influenced samples that we did
not use for the trend calculation.

Department of Frontier Sciences for Advanced Environment

温の上昇とともに ClO 濃度は減少を始め、代わりに HCl や ClONO2

We analyzed temporal variation of ClO, ClONO2 , HCl, HNO3, and O3
measured by satellite sensors Aura/MLS, Envisat/MIPAS, and groundbased Fourier-Transform infrared spectrometer (FTIR) installed at Syowa
Station, Antarctica (69.0˚S, 39.6˚E) from March to December 2007 andSeptember to November 2011. Vertical profiles of O3, HNO3, and HCl anda vertical column of ClONO2 were retrieved from solar spectra taken witha ground-based FTIR. We analyzed temporal variation of these species at
18 and 22 km over Syowa Station. In early July, polar stratospheric clouds(PSCs) started to form over Syowa Station. With the return of sunlight toSyowa Station in early July, ClONO2 and HCl showed depleted values,
while ClO showed enhanced values. Figures 1 and 2 show the temporalvariation in chlorine species over Syowa Station in 2007 at 18 and 22 km,respectively. When ClO concentrations started to decline at these altitudes
in early September, HCl started to increase rapidly, while the increase inClONO2 was gradual. The Cly partitioning between HCl, ClONO 2 , andClO showed differences at different altitudes. At the altitudes of 18 km,
where ozone was almost depleted, ClO and HNO3 amounts were low, soconversion to HCl was favored rather than ClONO2 . In contrast, at 22 km,
sufficient ozone still remained, at a high enough amount that ClONO2
formation from ClO and NOy species continued to occur at this altitude. In

機を使って高度 7 km までの大気をサンプリングすることによって温Temporal characteristics of CH4 verticalprofiles observed over West Siberia

先端環境創成学専攻

分の変動の状況を解析した。毎年 7 月初めには、成層圏気温の低下に

Temporal evolution of chlorine species overSyowa Station, Antarctica

early winter, HCl depletion continued even when the counterpart of theheterogeneous reaction (ClONO2) disappeared. A possible cause of thisdepletion could be the mixing of voltex edge air where NOx is formed byphotochemical reaction, resulting in ClONO2 production and a gradual
heterogeneous reaction with HCl.

Fig.4 (a) Mean vertical profile of CH4 over Surgut for the periods of 1995–1999,2002–2006, and 2009–2013. The data were offset by the mean values of 5.5 km. Error
bars indicate standard errors. Closed and open symbols indicate observed and total
simulated data, respectively. Contribution from (b) Europe, the (c) WSL, and (d) Boreal
North America are shown for the periods of 2002–2006 and 2009–2013.
Coexistence Activity Report 201763