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)

グローバルな炭素循環の変化を捉える
Observation of Changes in Global Carbon Cycle

客員教授 中島 英彰

客員教授 三枝 信子

Professor

Professor

Hideaki Nakajima

We, in cooperation with National Institute for Environmental Studies, carry out research on global atmospheric environment, such as global
warming, and air pollution. For that purpose, we develop measurement techniques on atmospheric composition changes and terrestrial
carbon budgets. We conduct research and education on measurement principles, data processing algorithm, field experiments, and dataanalysis on the basis of specific cases of remote sensing and in-situ technologies. We also develop the applications for atmosphericcompositions/clouds/aerosols and their surface processes, utilizing such instruments as satellite-borne, air-borne, ship-borne, and groundbased sensors. We conduct field measurements at Asia, the Antarctica and the Arctic including Siberia, and study global atmospheric

Nobuko Saigusa

客員教授 町田 敏暢
Professor

Toshinobu Machidaれた。今後はこのような遮蔽装置の普及により、植生による分光反射率やすいように 2 年分の変動を示している。日本上空でもインド上空での精度向上が期待できる。この研究の成果は以下の論文に発表された。

も、二酸化炭素濃度は 8 月から 9 月にかけて陸上植物の光合成活動

Ide R., Hirose Y., Oguma H., Saigusa N. (2016) Development of amasking device to exclude contaminated reflection during towerbased measurements of spectral reflectance from a vegetation
canopy. Agricultural and Forest Meteorology, 223, 141-150

environment change by analyzing these data.

温室効果ガスの地球規模観測
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動の原因究明に向けた研究を実施している。

国 立 環 境 研 究 所で は、 人 工 衛星 CALIPSO/CALIOP と Aura/
MLS のデータを用いて、極 域オゾン破壊の引き金を引く極成層圏PSC のタイプが同定できる CALIOP データから、2009/2010 北12km 付近の上空までほぼ同時に濃度が下がっていることがわかる。
夏が終わると、人為的な排出に加えて、植物の呼吸活動が光合成の活動を上回るため、二酸化炭素濃度は地表面から上昇を始める。この季節は夏ほど大気の混合が活発ではないので、二酸化炭素は地表面付近から蓄積していき、徐々に上空へと伝わっていく様子が日本上空の大気中の温室効果ガスのグローバルな循環を解明するためにはそれデータから明確に確認できる。日本以外でも、北半球の多くの観測サらのガスの空間分布や時間変動を知る必要があるが、世界の観測デー

イトでこれに類似した季節変化が観測されている。これに対してインド

タはまだまだ十分ではない。特に地表以外の上空の観測値は決定的に上空では、10 月から 12 月にかけて濃度上昇が始まることは確認でき

国立環境研究所では、地上観測やリモートセンシングを活用し、森不足している。われわれの研究室では地上ステーションや船舶を利用るが、1 月から 3 月までは地表面付近であっても非常に低い濃度が観林での炭素収支、炭素の蓄積量などを広域で精緻に評価することによした観測に加えて航空機を使った温室効果ガスの３次元観測を推進し測されている。デリー上空における二酸化炭素濃度の鉛直構造を解析

り、気候変動緩和策（REDD+ や二国間クレジット制度等）の実現にている。

した結果、デリー周辺では 1 月から地表面での二酸化炭素吸収が強く資する研究を進めている。人工衛星から観測される植生の分光反射率上空大気の観測データを高頻度で獲得するために、2005 年より定なり、2 月から 3 月にかけて最大になることがわかった。デリー周辺

は、世界の森林による CO2 吸収量の広域推定を行う上で有力なデー期旅客便に観測装置を搭載した観測プロジェクト（CONTRAIL プロには穀物地帯が広がっており、1 月から 3 月までは冬小麦の生育時期タであることから、各地の CO2 フラックス観測サイトでは、分光放射ジェクト）が国立環境研究所や気象研究所などのグループによって実と一致していることから、Fig.3 下図の特徴的な季節変化は冬小麦の計を観測タワーに設置して衛星データの検証や広域化手法の開発改良施されている。定期旅客便を使った定常的な CO2 濃度の観測は世界栽培によって作り出されることがわかった。さらに、この地域の陸上を行う研究が進められている。このたび、タワーなどの構造物や天空で初めてである。これらのデータは上空における CO2 濃度の情報を著光の混入の影響を効果的に取り除き、植生のみの分光反射光を正確にしく増やしつつあり、炭素循環の解明ばかりでなく、大気輸送モデル定できた。この結果によってインドを含む南アジア域における炭素循測定することのできる遮蔽装置を開発した（Fig.2）。この装置を実際のの検証、大気輸送メカニズムの解析、衛星観測データの検証にも大き環の理解が大きく進むものと期待できる。この研究の成果は以下の論森林（国立環境研究所富士北麓フラックス観測サイト）に設置して長く貢献している。

文に発表された。

期的な影響評価を行ったところ、従来の方法（非遮蔽時）の反射率はFig.3 は日本の成田空港上空（上図）とインドのデリー空港上空（下遮蔽時の最大約 3 倍になり、分光反射率から算出される植生指標が図）で観測された二酸化炭素濃度鉛直分布の季節変化である。縦軸

8 ～ 22% 過小評価されるなど植生指数の値にも大きな影響が認めらは高度を、横軸は月を表しており、年をまたがった季節変化がわかりFig.1 (a) Time-altitude plot of the PSC distribution measured by CALIOP, and HClvariation (b) along the forward trajectory starting at e4 (+) point in (a), as well as
temperature history (c) along the trajectory.

Fig.2 Flux tower and the spectral measurement system.

生態系が吸収した二酸化炭素の量は人為放出量の 2 倍近くに及ぶと推Umezawa, T., Y. Niwa, Y. Sawa, T. Machida and H. Matsueda (2016),
Winter crop CO2 uptake inferred from CONTRAIL measurements
over Delhi, India, Geophys. Res. Lett. doi: 10.1002/2016GL070939.

極初冬の PSC が 初めて現れた空気 塊を選び出し、5 日間の前方・後方粒跡線計算を行った。そのトラジェクトリーにマッチした MLSのデータから、HCl 及び ClO の変化の様子を解析した（Fig.1）。その 結 果、 空 気 塊の気 温 が 緩 やかに低 下するときは NAT タイプのPSC が、急速に低下するときは STS や Ice タイプの PSC が生成することを明らかにした。さらに、トラジェクトリー上での各種微量気体成分の変動の様子を、トラジェクトリー化学モデル ATLAS による結果と比較することにより、塩素化合物の活性化には T NAT- 4K の閾値温度が重要であることを明らかにした。以上研究の成果は、以下の論文に発表された。
Nakajima, H., et al. (2016): Polar stratospheric cloud evolution andchlorine activation measured by CALIPSO and MLS, and modeledby ATLAS, Atmos. Chem. Phys., 16, 3311-3325, doi:10.5194/acp-163311-2016.

62 Coexistence Activity Report 2016

Department of Frontier Sciences for Advanced Environment

雲（PSC）が塩素化合物の活性化に与える影響の定量化を行った。

面が暖まりやすく大気の上下混合が盛んになるため、地表面から高度

先端環境創成学専攻

衛星観測とモデルを用いた極成層圏雲がオゾン破壊に与える影響の定量化

地上観測とリモートセンシングによる陸域生態系の炭素収支の研究

による吸収の影響を受けて非常に低い濃度を示し、さらに夏季は地表

Fig.3 Seasonal variations of vertical profile in CO2 mixing ratio observed over Narita(NRT), Japan (upper panel) and Delhi (DEL), India (lower panel).
Coexistence Activity Report 201663