Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
図(5)-10 イベント②における福江、珠洲ピーク時からの後方粒子拡散解析。2010 May 05, 3時UTC≡5日12時JST日本標準時の粒子分布。福江から25時間(左)、珠洲から45時間(中央) 遡上と、それらの粒子分布図を重ね合せたもの(右)。

散した粒子群が同一時刻（グリニッジ時UTCで、2010年5月5日3時=日本標準時JSTでは同日12時前後：これは福江のピークから約35時間、珠洲のピークから45時間程度遡った時刻）で重なる地域をもつことが分かる（図(5)-10、重なる地域は右図の赤丸の範囲）。重なる地域には北京も含まれることから、汚染源を北京(116.4E, 39.9N)とみなしUTCの5日3時に汚染物質が放出されたと仮定した。

そこから逆に前方粒子拡散解析を実施すると、約35時間後には福江を含む九州北西部に粒子群が到達し、その後更に10時間程度(UTC6日23時=JST7日8時)のちに粒子群が能登半島先端部に達している（図(5)-11）。このように、イベント②では、粒子が広がりを持ちながら福江、珠洲に到達している可能性が高いことが後方・前方の両解析から示すことができた。

この汚染源の推定がどの程度の確かさをもっているかを確認するため、北京を中心とする200～800kmの同心円上の東西南北4カ所の地点から同一時刻を出発点に前方粒子拡散解析を実施した(図(5)-12)。

図(5)-11 起点を北京(赤星印)とし、2010年5月5日3時UTCからの前方粒子拡散解析結果(at 5月7日8時UTC)。

図(5)-12 北京(116.4E,39.9N)から日本へと飛来する汚染気塊と、北京周辺数百キロ圏内の模式図。
図(5)-13a（左） 半径 300 km の円周上、東（39.9 118.8）からの前方粒子拡散解析。 図(5)-13b（右） 半径 300 km の円周上、西（39.97 114.06）からの前方粒子拡散解析。

図(5)-13c（左） 半径300 kmの円周上、南（38.09 116.6）からの前方粒子拡散解析。 図(5)-13d（右） 半径300 kmの円周上、北（41.7 116.4）からの前方粒子拡散解析。

図(5)-13a-d の結果は、東西南北各方向300 km圏内ではいずれも福江、珠洲へと気塊が流れていることを示している。
図(5)-14a（左） 半径 500 km の円周上、東（40.1 122.3）からの前方粒子拡散解析。 図(5)-14b（右） 半径 500 km の円周上、西（39.9 110.6）からの前方粒子拡散解析。

図(5)-14c（左） 半径 500 km の円周上、南（34.4 116.6）からの前方粒子拡散解析。 図(5)-14d（右） 半径 500 km の円周上、北（44.4 116.5）からの前方粒子拡散解析。

図(5)-14a-d の結果は、半径500 km圏内では、東からの前方粒子拡散解析は異なる方向に向い、それ以外の西南北の地点からは福江、珠洲を通過していることが確認される。ただし、到達時間は観測から外れる結果となる点に注意。
半径 300km の東西南北 4 地点からの拡散解析結果 (図(5)-13a-d) はいずれも福江・珠洲に到達するのに対して半径 500km になると北を除く 3 カ所からの拡散図は福江・珠洲に到達するのに対して、北 500km 地点からの拡散図は全く異なる拡散飛跡を示し (図(5)-14a-d)、更に半径 800km の同心円上の地点からの拡散解析では福江・珠洲の両サイトに達する飛跡は現れなかった。以上の結果は、この方法による発生源地域推定の分解能が半径 200～300km 圈内、最大でも半径約 500km 圈内程度の確度で発生源を特定できることを示したものと考えられる。

## 5 ．本研究により得られた成果

## （1） 科学的意義

期間を限定して実施される短期集中強化観測では、種々のデータにより厳密な発生源推定を可能とするが、総体的影響評価のためには、そのような強化観測期間を補完するデータが欠かせない。本サブテーマで提供する窒素酸化物系汚染物質の連続データは、このような役割を果たしている。また、同一汚染物質の多点同時連続観測データは後方流跡線解析による発生源推定の確度の向上に資することを示した。

## （２）環境政策への貢献

## ＜行政が既に活用した成果＞

特に記載すべき事項はない

## ＜行政が活用することが見込まれる成果＞

東アジアからの環境汚染、とりわけ冬季から春季かけての大陸からの季節風条件下において風下側に当たる日本および西太平洋縁辺域が受ける環境影響を、具体的かつ継続的なデータとして定量的に提示することを可能にしている。また、越境大気汚染の原因解明と対策立案における国際協力および我が国の環境外交交渉に重要な裏付けデータを与えるものである。

### 6. 国際共同研究等の状況

特に記載すべき事項はない

### 7. 研究成果の発表状況

## （1） 誌上発表

## <論文（査読あり）>

1）高見昭憲、長田和雄、定永靖宗、坂東博：エアロゾル研究、26、42-46（2011）「沖縄辺戸岬における大気中のアンモニア/アンモニウム濃度の変動と分配」

2）増井嘉彦、弓場彬江、定永靖宗、高見昭憲、竹中規訓、坂東博：大気環境学会誌、46、37-42（2011）「海洋大気でのデニューダー法によるガス状硝酸の測定の問題点」

3) 弓場彬江、定永靖宗、高見昭憲、清水厚、松井一郎、杉本伸夫、畠山史郎、竹中規訓、坂東博：大気環境学会誌、47、26-32（2012）「清浄地域におけるガス状硝酸の日内変動要因解析」

4) 重富陽介、弓場彬江、定永靖宗、高見昭憲、畠山史郎、加藤俊吾、梶井克純、竹中規訓、坂東博：大気環境学会誌、47、46-50（2012）「沖縄辺戸岬での長期連続観測による越境大気汚染物質の経年変動」
## <査読付き論文に準ずる成果発表>

特に記載すべき事項はない

くその他誌上発表（査読なし）>

特に記載すべき事項はない

## （2） 口頭発表（学会等）

1) 大原利真、黒川純一、横内陽子、高見昭憲、鵜野伊津志、米村正一郎、定永靖宗、竹中規訓、坂東博：第51回大気環境学会年会，豊中、（2010/9）「2009年春季に福江島で観測された越境汚染のモデル解析」

2) 福森裕基、増井嘉彦、定永靖宗、高見昭憲、横内陽子、大原利真、米村正一郎、竹中規訓、坂東博：第51回大気環境学会年会、豊中、（2010/9）「長崎県福江島における窒素酸化物によるオゾン生成効率の評価」

3) 増井嘉彦、福森裕基、定永靖宗、高見昭憲、横内陽子、大原利真、米村正一郎、竹中規訓、坂東博：第51回大気環境学会年会、豊中、（2010/9）「長崎県福江島における総反応性窒素酸化物、全硝酸の連続観測、及び濃度変動要因の解析」

4) Y. Sadanaga, H. Bandow, I. Uno, T. Sera, A. Yuba, N. Takenaka, A. Takami, J. Kurokawa, S. Hatakeyama: 2010 AGU Fall Meeting, San Francisco, (2010/12), “Analyses of the long-range transport of nitrogenous species through the atmosphere from the Asian continent using observational data at Cape Hedo, Okinawa, and CMAQ postanalyses”

5) A. Yuba, Y. Sadanaga, T. Sera, A. Takami, S. Hatakeyama, N. Takenaka, H. Bandow: 2010 AGU Fall Meeting, San Francisco, (2010/12), “The diurnal variation of total odd nitrogen oxides species, gaseous nitric acid and particulate nitrate in the southern remote island, Japan, facing the Asian Continent”

6) 重富陽介、弓場彬江、定永靖宗、高見昭憲、畠山史郎、竹中規訓、坂東博：日本化学会第91春季年会、横浜、（2011/3）「沖縄県辺戸岬におけるNOy, HNO3濃度の連続観測による東アジア地域由来の越境汚染の解析」

7) 弓場彬江、定永靖宗、高見昭憲、畠山史郎、増井嘉彦、大原利真、横内陽子、米村正一郎、加藤俊吾、梶井克純、竹中規訓、坂東博：日本化学会第91春季年会、横浜、（2011/3）「沖縄辺戸岬における窒素酸化物の濃度変動解析」

8) 定永靖宗、弓場彬江、今林弘毅、竹中規訓、坂東博、高見昭憲、鈴江崇彦、紀本英志、紀本岳志、畠山史郎：第28回エアロゾル科学・技術研究討論会、堺、（2011/8）「粒子状硝酸塩連続測定装置の開発」

9) 弓場彬江、定永靖宗、増井嘉彦、竹中規訓、坂東博、高見昭憲、大原利真、橫内陽子、畠山史郎、米村正一郎、加藤俊吾、梶井克純：第28回エアロブル科学・技術研究討論会、堺、(2011/8)「長距離輸送中における全硝酸 $ (\mathrm{HNO}_{3}(\mathrm{~g})+\mathrm{NO}_{3}(\mathrm{~p})) $ および総反応性窒素酸化物 $ (\mathrm{NOy}) $ の濃度変動解析」

10）井関将太、定永靖宗、松木篤、岩坂泰信、佐藤啓市、竹中規訓、坂東博：第52回大気環境学
会年会、長崎、(2011/9)「能登半島珠洲における反応性窒素酸化物種の濃度変動要因の解析」

11）重富陽介、弓場彬江、定永靖宗、高見昭憲、島山史郎、鵜野伊津志、加藤俊吾、梶井克純、竹中規訓、坂東博：第52回大気環境学会年会、長崎、（2011/9）「沖縄辺戸岬での長期連続観測による越境大気汚染物質の経年変動」

12）増井嘉彦、福森裕基、定永靖宗、高見昭憲、橫内陽子、大原利真、米村正一郎、竹中規訓、坂東博：第52回大気環境学会年会、長崎、（2011/9）「長崎県福江島における総反応性窒素酸化物とその構成成分の連続観測、及び濃度変動要因の解析」

13) 弓場彬江、定永靖宗、高見昭憲、畠山史郎、増井嘉彦、大原利真、横内陽子、米村正一郎、加藤俊吾、梶井克純、竹中規訓、坂東博：第52回大気環境学会年会、長崎、(2011/9)「長距離輸送中における窒素酸化物の動態解析:沖縄辺戸岬および長崎県福江島におけるNOy、Total nitrateの比較」

14）増井嘉彦、定永靖宗、坂東博、畠山史郎、村野健太郎、高見昭憲、坂本哲夫、三澤健太郎、藤井正明：第52回大気環境学会年会、長崎、(2011/9)、「後方流跡線解析から観た福江島に飛来する大気由来の年間分布と総反応性窒素酸化物(NO_{y})、全硝酸濃度の特徴」

15）井関将太、定永靖宗、松木篤、岩坂泰信、佐藤啓市、竹中規訓、坂東博：第17回大気化学討論会、宇治、（2011/10）「能登半島珠洲における越境汚染物質の濃度変動要因の解析」

16) 弓場彬江、定永靖宗、高見昭憲、畠山史郎、増井嘉彦、大原利真、横内陽子、米村正一郎、加藤俊吾、梶井克純、竹中規訓、坂東博：第17回大気化学討論会、宇治、(2011/10)「長距離輸送中における総反応性窒素酸化物(NO_{y})、Total nitrateの動態解析：沖縄辺戸岬および長崎福江島における連続観測結果の比較」

17）定永靖宗、福森裕基、増井嘉彦、高見昭憲、横内陽子、大原利真、米村正一郎、竹中規訓、坂東博：第17回大気化学討論会、宇治、（2011/10）「東アジアから輸送される大気汚染物質によるオゾン生成効率の評価」

18）増井嘉彦、福森裕基、定永靖宗、高見昭憲、横内陽子、大原利真、米村正一郎、竹中規訓、坂東博：第17回大気化学討論会、宇治、（2011/10）「福江島におけるNO_{y}とその構成成分の連続観測、及び濃度変動要因の解析」

19）定永靖宗、井関将太、増井嘉彦、宮本脩詩、弓場彬江、竹中規訓、坂東博、松木篤、岩坂泰信、佐藤啓市、米村正一郎、横内陽子、大原利真、高見昭憲：第5回環日本海域の環境シンポジウム、金沢、（2012/2）「アジア大陸から日本上空へと輸送される大気汚染物質の動態」

20) H. Bandow: 2012 ACAP Seminar, Asia Center for Air Pollution Research, Niigata, (2012/8)

“Continuous Measurements of Total Reactive Odd-nitrogen Species(NO $ _{y} $ ) and Total Nitrates(≡HNO $ _{3} $ (g) + NO $ _{3}^{-} $ (p)) at three remote sites located in the East China Sea and in the Japan Sea”

21）定永靖宗、弓場彬江、宮本脩詩、増井嘉彦、井関将太、高見昭憲、大原利真、横内陽子、米村正一郎、松木篤、岩坂泰信、佐藤啓市、加藤俊吾、梶井克純、畠山史郎、坂東博：第53回大気環境学会年会、横浜、（2012/9）「西日本におけるNO_{y}および全硝酸の挙動と広域分布」

22）坂東博、畠山史郎、村野健太郎、高見昭憲、坂本哲夫、三澤健太郎、藤井正明、増井嘉彦、紫合英樹、定永靖宗、米村正一郎：第53回大気環境学会年会、横浜、（2012/9）「NO_{y}、ガス状汚染物質、後流跡線からみた福江での観測概要」
23) H. Bandow, Y. Sadanaga, A. Yuba, Y. Masui, S. Iseki, S. Miyamoto, S. Kato, Y. Kaiji, S. Yonemura, Y. Yokouchi, S. Hatakeyama, A. Takami, A. Matsuki, Y. Iwasaka: The 12th IGAC Science Conference, Beijing, (2012/9) "Ground-based continuous monitoring and analyses of total reactive odd-nitrogen species ( $ NO_{y} $ ) and total nitrates at three sampling sites in remote areas located in the East China Sea and in the Japan Sea"

24) H. Fujiwara, Y. Sadanaga, Y. Masui, A. Yuba, S. Hatakeyama, K. Ikeda, K. Shimada, I. Watanabe, T. A. Rakaki, S. Kato, Y. Kajii, D. Zhang, K. Hara, T. Fujimoto, T. Seto, K. Okuyama, T. Ogi, S. -H. Lee, A. Takam, A. Shimizu, H. Bandow: The 12th IGAC Science Conference, Beijing, (2012/9) Aerial observation and analyses of nitrogen compounds over the East China Sea"

25）坂東博、定永靖宗、弓場彬江、宮本脩詩、増井嘉彦、井関将太、横内陽子、大原利真、高見昭憲、米村正一郎、松木篤、岩坂泰信、佐藤啓市、加藤俊吾、梶井克純、畠山史郎：第18回大気化学討論会、福岡県朝倉、（2012/11）「西日本におけるNO_{y}および全硝酸の挙動と広域分布—辺戸・福江・珠洲における観測とその解析—」

26) A. Yuba, Y. Sadanaga, A. Takami, S. Hatakeyama, Y. Masui, T. Ohara, S. Yonemura, S. Kato, Y. Kajii, N. Takenaka, H. Bandow: 2012 AGU Fall Meeting, San Francisco, (2012/12), “The concentration variation of $ NO_{y} $ and T. $ NO_{3} $ during the transport in the remote marine boundary layer”.

## （3） 出願特許

特に記載すべき事項はない

（４）シンポジウム、セミナーの開催（主催のもの）

特に記載すべき事項はない

## （５）マスコミ等への公表・報道等

特に記載すべき事項はない

## （6） その他

特に記載すべき事項はない

### 8 \. 引用文献

1) T. Ohara, H. Akimoto, J. Kurokawa, N. Horii, K. Yamaji, X. Yan, T. Hayasaka: Atmos. Chem. Phys., 7, 4419-4444, (2007) “An Asian emission inventory of anthropogenic emission sources for the period 1980-2020”

2) Q. Zhang, D. G. Steets, K. He, Y. Wang, A. Richter, J. P. Burrows, I. Uno, C. J. Jang, D. Chen, Y. Yao, Y. Lei. : J. Geophys. Res., 112, doi: 10.1029/2007JD008684, (2007) “NO $ _{x} $ emission trends for China, 1995–2004: The view from the ground and the view from space”

3) Y. G. Wang, A. Zhuang, W. Tang, Y. Zhang, Z. Sun, Z. Wang, Z. An. : Atmos. Environ.,
41, 1091-1106, (2007) “The evolution of chemical components of aerosols at five monitoring sites of China during dust storms”

4）大原利真、鵜野伊津志、黒川純一、早崎将光、清水厚：大気環境学会誌，43，198-208，(2008)「2007年5月8，9日に発生した広域的な光化学オゾン汚染ーオーバービューー」

5) M. J. Bollinger, R. Sievers, D. W. Fahey, F. C. Fehsenfeld : Anal. Chem., 55, 1980-1986, (1983) “Conversion of nitrogen dioxide, Nitric acid, and n-propyl nitrate to nitric oxide by gold-catalyzed reduction with carbon monoxide”

6) Y. Sadanaga, A. Yuba, J. Kawakami, N. Takenaka, M. Yamamoto, H. Bandow: Anal. Sci., 24, 967–971, (2008) “A gaseous nitric acid analyzer for the remote atmosphere based on the scrubber difference / NO-ozone chemiluminescence method”

7) A. Yuba, Y. Sadanaga, A. Takami, S. Hatakeyama, N. Takenaka and H. Bandow: Anal. Chem., 82, 8916–8921, (2010) “Measurement system for particulate nitrate based on the scrubber difference NO-O₃ chemiluminescence method in remote areas”

8) R. R. Draxler and G. D. Hess. : Aust. Met. Mag., 47, 295–308, (1998) “An overview of the HYSPLIT_4 modelling system for trajectories, dispersion and deposition”

9) G. D. Rolph. Real-time Environmental Applications and Display System (READY) Website (http://ready.arl.noaa.gov), NOAA Air Resources Laboratory, Silver Spring, MD, 2012.

10) R. R. Draxler and G. D. Rolph. HYSPLIT (HYbrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory) Model access via NOAA ARL READY Website

(http://ready.arl.noaa.gov/HYSPLIT.php), NOAA Air Resources Laboratory, Silver Spring, MD, 2012.
# High Precision Origin/History Analysis of Trans-boundary Particulate Matters Using Innovative Single Particle Structure Analyzer

Principal Investigator: Masaaki FUJII

Institution: Tokyo Institute of Technology

4259 Nagatsuta, Midori-ku, Yokohama, Kanagawa 226-8503, JAPAN

Tel: +81-45-924-5250 / Fax: +81-45-924-5250

E-mail: mfujii@res.titech.ac.jp

Cooperated by: Kogakuin University, NIES, Tokyo University of Agriculture and Technology, Osaka Prefecture University

## [Abstract]

Key Words: Trans-boundary air pollution, Individual particle analysis, Nagasaki Fukue, Bulk observation, Backward trajectory analyses

Economic growth in East Asia has brought a rapid increase of emissions, causing long range trans-boundary air pollutions. Therefore, it is an urgent task to estimate the effects of the particulate matters (PMs). In this study, we analyze transported PMs using a newly developed Single Particle Structure Analyzer (SPSA) and investigate the distributions of chemical species of the PMs. The SPSA results with the bulk analysis show the information on the origin and the transformation processes of PMs.

One of the examples of the results is about fine aerosol particles containing organic matters (OM) collected at Fukue Island, Kyushu, Japan, in the spring of 2011. Analysis by SPSA enabled us to classify the fine aerosol particles into three types. In Type A, sulfate was covered with OM. Type B, soil was covered by OM. OM was found on the outer surface. The size of the soil core was about 500 nm in diameter. Type C, Black Carbon (BC) – sulfate aggregates were covered by OM. BC was found not in the center but at the edge and/or the surface of the sulfate and formed BC – sulfate aggregates. Comparison between Type B and C shows that the nature of the surface affected the formation processes and structure of the aerosol particles. In Fukue, the fractions of Types A, B, and C particles were 55%, 20%, and 25%, respectively. The structure, chemical compositions and the fraction of particles provide information of a particle model for the radiative forcing calculation. The fraction of Type C, i.e., BC-containing particles, is quite different from that in Tokyo, suggesting that Type C could be an indicator of trans-boundary long-ranged air pollution.

The direct evidence of Cl-loss reaction was also observed by SPSA. When samples were collected in the air originated in the Asian continent, two kinds of characteristic particles were found. One was $ CaCl_{2} $ -rich semi-fluidic particles, which was identified as
soil-based origin. The other was $ NaNO_{3} $ crystalline particles. This kind of $ NaNO_{3} $ particles was attributed to the product of NaCl and $ HNO_{3} $ reaction in air.

Structural information is important of only for investigating the origins of trans-boundary particles but also the model calculation of optical properties of aerosol. These results show the cause of trans-boundary pollution, that gives us a lot of important information in international cooperation and diplomatic negotiations.
B-1006 先端的単一微粒子内部構造解析装置による越境汚染微粒子の起源・履歴解明の高精度化 (東京工業大学)
課題名 5B-1101 全国の環境研究機関の有機的連携によるPM2.5汚染の実態解明と発生源寄与評価

課題代表者名 菅田 誠治（独立行政法人国立環境研究所地域環境研究センター都市大気環境研究室主任研究員）

研究实施期间 平成23～25年度

累計予算額 199,890千円（うち25年度59,342千円）

予算額は、間接経費を含む。

本研究のキーワード PM_{2.5}、越境汚染、ローカル汚染、発生源寄与率、リセプター解析、遠隔地観測、環境基準ワード

## 研究体制

(1)観測と化学輸送モデルの結合によるマルチスケールPM2.5汚染の解析

(（独）国立環境研究所）

(2) 発生源プロファイルの刷新および複数のリセプターモデルの連携によるPM2.5発生源寄与推計

(高崎経済大学)

(3) VOC 汚染実態と排出インベントリの評価

(大阪市立環境科学研究所)

(4)東海・近畿地域におけるPM2.5の都市汚染の機構解明

(（地独）大阪府立環境農林水産総合研究所）

(5) 西日本におけるPM2.5の越境汚染と地域汚染の複合影響の解明

(福岡県保健環境研究所)

(6) 日本海沿岸域におけるPM2.5越境汚染の実態解明

(京都府保健環境研究所)

(7) 北日本におけるPM2.5の都市・地域汚染及び越境汚染の実態解明

(（地独）北海道立総合研究機構）

## 研究協力機関

埼玉県環境科学国際センター、新潟県保健環境科学研究所、富山県環境科学センター、名古屋市環境科学調査センター、滋賀県琵琶湖環境科学研究センター、島根県保健環境科学研究所、長崎県環境保健研究センター

## 研究概要

### 1. はじめに(研究背景等)

平成21年9月、中央環境審議会による「微小粒子状物質に係る環境基準の設定について」の答申がなされ、微小粒子状物質（$\mathrm{PM}_{2.5}$）に係る環境基準が公示された。答申では、環境基準の設定に伴う課題として、$\mathrm{PM}_{2.5}$による大気汚染の状況を的確に把握するための監視測定体制の整備の促進と体系的な成分分析を行う必要性が挙げられ、また、対策に関し、$\mathrm{PM}_{2.5}$やその原因物質の排出状況の把握及び排出インベントリの作成、大気中の挙動や二次生成機構の解明等、科学的知見の集積について、地方公共団体、研究機関と連携を取りながら関係事業者の協力を得つつ、実施する必要性が挙げられている。その後、環境基準の設定を受け、「大気汚染防止法第22条の規定に基づく大気の汚染の状況の常時監視に関する事務の処理基準について」の改正（平成22年3月）、および「$\mathrm{PM}_{2.5}$の成分分析に係る基礎的な情報について」（平成22年9月）の連絡により、各地方自治体は平成22年度から3年間を目途に$\mathrm{PM}_{2.5}$の質量濃度および成分分析の常時監視体制の構築が進められたところである。また、その後、平成23年初頭の$\mathrm{PM}_{2.5}$騒動を受けて、環境省専門家会合を経て、注意喚起に係る暫定的指針値が示された。このような状況下で、全国において$\mathrm{PM}_{2.5}$の広域的な実態を把握し、その発生源寄与率を評価した上で、有効な対策を策定することは、緊急かつ重要な社会的な課題であった。同時に、有機粒子など
の二次粒子の生成メカニズムには未解明な点が多いこと、我が国のPM_{2.5}は都市・地域汚染と同時に越境汚染の影響も強く受けたマルチスケール汚染であること、広域スケールのPM_{2.5}は生態系や気候変動等にも大きなインパクトを与えること、などから、PM_{2.5}の動態を解明することは大気環境科学的にも重要であった。PM_{2.5}の広域的な実態を全国で把握し、その発生源寄与率を定量的に評価するためには、観測とモデルを統合した研究を、全国の研究機関が連携して推進する必要があった。

### 2. 研究開発目的

本研究は、国立環境研究所、大学、及び、全国の地方環境研究所の連携によって、（1）全国に十数地点の観測サイトを展開して、同一の手法でPM $ _{2.5} $ 質量濃度の連続データおよび時間分解能の高い（遠隔地で1/2日、その他で1/4日程度の時間分解能）成分濃度を測定すること、（2）本研究の測定データに、既往の測定データや化学輸送モデルを加えて解析し、PM $ _{2.5} $ の組成・時空間変化・越境汚染影響などの全国的状況を把握すること、（3）全国の自治体と協力して発生源試料を収集し、PM $ _{2.5} $ 発生源プロファイルを作成することによりリセプターモデルの精度向上を図ること、（4）更新したVOC発生源プロファイルとリセプターモデルを使ってVOC排出インベントリの不確実性を低減すること、（5）化学輸送モデルとリセプターモデルの連携によって発生源寄与率を推計すること、の5つの目標を達成することにより、PM $ _{2.5} $ の全国的な実態と越境汚染寄与率、地域汚染の発生源寄与率を把握することが目的であった。これらの目標を達成するために、7つのサブテーマを設定し、サブテーマ間でデータの共有やフィードバックを行いつつ研究を推進した。また、目標（1）の観測体制の構築にあたっては、観測計画を作成・推進するサブテーマ（1）を中心に、各地域の中核となる自治体ごとの地域サブテーマ（4）〜（7）と一体となって全国的なPM $ _{2.5} $ 観測を展開するとともに、各地域サブテーマはそれぞれの地域固有の研究目標を設定し、研究を推進した。

### 3. 研究開発の方法

(1)観測と化学輸送モデルの結合によるマルチスケール PM2.5 汚染の解析

1）全国観測によるPM_{2.5}実態把握

サブテーマ(4)〜(7)と一体となって、表1に示す14の観測拠点に、以下の3種の測器

A. 微小粒子状物質自動計測器（紀本電子工業株式会社 PM-712）

PM_{2.5} ローボリュームエアサンプラー (Thermo Fisher Scientific 社 FRM2025)

C. 大気エアロゾル化学成分連続自動分析装置(紀本電子工業株式会社 ACSA-08)

を設置し、定期的に試料の回収、保守を行うとともに、 $ PM_{2.5} $ 濃度の常時観測と成分分析を行った。

自動計測装置二種（A.とC.）による自動常時観測は、地点により多少開始時期のズレはあるが、概ね平成23年10月から平成25年度末まで継続した。また、成分観測のために、全地点で同期する各2週間のサンプリングを表2に示す9回行なった。サンプリングは、表1に示すように遠隔地では12時間、それ以外では6時間の時間分解能で行った。フィルター交換時刻は、12時間間隔の場合は各日6時と18時、6時間間隔の場合は各日6時、12時、18時、24時とした。初日は12時からの採取、最終日は12時までの採取を基本とした。

表 1 観測拠点一覧。太字は、本報告書内での測定局名の呼称を示す。

「自」は地元自治体の自前の測器を示す。

測定局名	住所	設置測器※1	※2
A	B	C
a)	国設札幌環境大気観測所	札幌市北19条西12丁目	○	自	6
b)	国設利尻酸性雨離島局	利尻町仙法志字神磯193	○	○	12
c)	埼玉県環境科学国際センター	加須市上種足914	○	自	6
d)	国設新潟巻酸性雨測定所	新潟市西蒲区越前浜字向谷地5876-2	○	○	6
e)	国設佐渡関岬酸性雨測定所	佐渡市関204	○	○	12
f)	富山県環境科学センター	射水市中太閤山17-1	○	○	6
g)	立山黄砂酸性雨観測局	富山市原猫又割	○	○	12
h)	京丹後大気汚染常時監視測定局	京丹後市峰山町丹波855	自	自	○	12
i)	滋賀県琵琶湖環境科学研究センター	大津市柳が崎5-34	○	○	6
j)	近畿大学	東大阪市小若江3-4-1	○	○	6
k)	国設松江大気環境測定所	松江市西浜佐陀町582-1	○	○	6
l)	国設隠岐酸性雨測定所	隠岐郡隠岐の島町北方福浦1700	○	○	○	12
m)	太宰府一般環境大気測定局	福岡県太宰府市大字向佐野39	○	○	6
n)	国設対馬酸性雨測定所	対馬市厳原町大字厳原北里大多羅	○	○	12

※1：A＝PM−712、B＝FRM2025、C＝ACSA−08。※2：フィルタ交換の設定時間間隔。単位は時間。
表 2 同期観測一覧

観測開始日	観測終了日
同期観測①	2011年10月25日	2011年11月8日
同期観測②	2012年1月11日	2012年1月25日
同期観測③	2012年3月1日	2012年3月15日
同期観測④	2012年5月9日	2012年5月23日
同期観測⑤	2012年7月26日	2012年8月9日
同期観測⑥	2012年10月23日	2012年11月6日
同期観測⑦	2013年1月24日	2013年2月7日
同期観測⑧	2013年5月8日	2013年5月22日
同期観測⑨	2013年7月24日	2013年8月7日

表 1 中の c) 埼玉、d) 新潟、e) 佐渡、f) 富山、g) 立山、i) 滋賀、j) 東大阪、k) 松江、l) 隠岐の 9 地点の測器をリースにより調達した。これらの、測器の管理・保守は、基本的に地元自治体の研究協力者により行われた。また、全ての成分分析は（4）～（7）のサブテーマおよび地元自治体協力者が分担した。

2）マルチスケール化学輸送モデルによるPM_{2.5}濃度解析

WRF と CMAQ から構成されるマルチスケール化学輸送モデルを解析し、観測値と比較検討した。

### (2) 発生源プロファイルの刷新および複数のリセプターモデルの連携による PM2.5 発生源寄与推計

1）ばいじん試料の化学組成分分析に基づく発生源プロファイルの構築

シリカ円筒形フィルターに捕集されたばいじん試料を粉砕混合処理し、炭素成分、水溶性イオン成分、無機元素成分の分析を行った。

### 2 ）正值行列因子分解(PMF)モデルによる $ PM_{2.5} $ の発生源寄与推計

西日本の観測地点（東大阪、滋賀、京丹後、福岡、対馬）で得られた成分分析結果を利用し、PMF モデルを用いて発生源寄与を推計した。

## (3) VOC 汚染実態と排出インベントリの評価

VOC の発生源調査を実施するとともに、有害大気汚染物質モニタリングに用いられるキャニスターガスクロマトグラフ/質量分析装置（GC/MS）システムを活用したVOC組成の高時間分解能観測を実施した。また、これらの観測データの解析を行った。環境中のVOC成分について、特に化学輸送モデルおよび発生源インベントリの改良を念頭に置き、化学反応モデル（SAPRC99）におけるVOCの分類ごとに変動パターンを比較した。また、PMFモデルを用いてVOCの発生源寄与推定を行った。更に、環境中のVOC組成およびその濃度と文献で得られるFractional Aerosol CoefficientよりSOA生成ポテンシャルの推定行った。

### (4) 東海・近畿地域における PM2.5 の都市汚染の機構解明

東大阪と滋賀の測定機により、濃度及び成分測定(季節ごと2週間、6時間ごと)を行った。他の大気汚染物質との比較では、東大阪については、約2.5km西にある常時監視局(東大阪市西保健センター)の測定値を、滋賀については、同所での移動測定車による測定値を用いた。

### (5) 西日本における PM2.5 の越境汚染と地域汚染の複合影響の解明

調査地点として、表1中の観測拠点のうち4地点を都市・都市郊外（福岡及び松江）と遠隔地（対馬及び隠岐）に位置付け、PM_{2.5}自動測定装置及び捕集装置を設置し、PM_{2.5}の質量濃度連続測定及び成分分析採取を実施した。

### (6) 日本海沿岸域における PM2.5 越境汚染の実態解明

日本海沿岸域における$\mathsf{PM}_{2.5}$ の実態を把握するために、京丹後における$\mathsf{PM}_{2.5}$ 観測を実施した。$\mathsf{PM}_{2.5}$ 自動計測器、エアーサンプラー、大気エアロゾル化学成分連続自動分析装置を設置し、定期的に試料の回収、保守を行うとともに、$\mathsf{PM}_{2.5}$ 濃度の常時観測と成分分析を行った。また、国内発生源による影響が少ないと考えられる遠隔地（対馬、隠岐、京丹後、佐渡）における成分濃度及び濃度比との比較を行った。
### (7) 北日本における PM2.5 の都市・地域汚染及び越境汚染の実態解明

### 1 ）札幌および利尻におけるPM_{2.5}観測

北日本での$\mathsf{PM}_{2.5}$の実態を把握するために、札幌と利尻における$\mathsf{PM}_{2.5}$観測を実施した。これらの地点に$\mathsf{PM}_{2.5}$自動計測器およびエアーサンプラーを設置し、定期的に試料の回収、保守を行うとともに、$\mathsf{PM}_{2.5}$濃度の常時観測と成分分析を行い、都市、遠隔地の濃度出現状況の違いや季節的な特徴について検討した。

### 2 ）発生源 $ PM_{2.5} $ データの収集

北日本特有の発生源である暖房設備を中心に、発生源から排出されるPM_{2.5}及びガス状成分を測定し、発生源寄与割合推定の際に不足している発生源データの収集を行った。対象としたのは、灯油ストーブ（FF式：最大燃料消費量0.54ℓ/h、煙突式：最大燃料消費量1.2ℓ/h）と薪ストーブ（自然排気式）、ペレットストーブ（FF式）、ペレットボイラー（排煙処理：サイクロン）、木質ボイラー（排煙処理：サイクロン）、A重油ボイラー（排煙処理：なし）である。採取したPM_{2.5}試料について水溶性成分、炭素成分、無機元素成分、多環芳香族炭化水素類(PAHs)を分析し、発生源種別の成分の特徴を把握するとともに各発生源のPM_{2.5}排出原単位をまとめた。

### 4. 結果及び考察

### (1) 観測と化学輸送モデルの結合によるマルチスケール PM2.5 汚染の解析

### 1 ）全国観測によるPM_{2.5}実態把握

表 1 に示した全国 14 地点の観測拠点を柱とする $ PM_{2.5} $ 観測を統括し推進した。観測拠点では $ PM_{2.5} $ 重量濃度の常時測定を行い、また、計 9 回の同期観測を設定・実施することにより $ PM_{2.5} $ 成分観測を実施した。エアーサンプラー（FRM2025）には、石英繊維ろ紙を用いることにより、イオンと炭素を主たる成分分析対象とした。また、 $ PM_{2.5} $ 自動計測器（PM-712）では、 $ PM_{2.5} $ 及び $ PM_{10-2.5} $ の粒径別質量濃度と、光学的ブラックカーボン（OBC）濃度の自動測定が行われるが、これらの自動計測に使用されるテープろ紙は PTFE であり、無機元素とイオンの成分分析が可能である。

同期観測の期間中に広範囲で$\mathrm{PM}_{2.5}$が高濃度になった期間を、重点解析期間として定め、優先的な成分分析作業を推進した。最終的に、①:平成24年1月10日～16日、②:平成24年5月7日～10日、③:平成24年7月24日～31日、④:平成25年1月24日～2月7日の4期間を定めた。これらの期間の成分分析作業を進め、サンプリングもしくは分析作業時に問題があったケースを除いた全重点解析期間の全成分について、成分データを取得した。

PM_{2.5} 質量濃度および成分濃度の 14 地点間での経度依存性について、年・季節もしくは解析期間ごとの比較を行った。3ヶ月平均で季節間の比較を行ったところ、夏季を除く季節では遠隔地について西高東低の依存性が明瞭に得られた。都市部については遠隔地よりも大きく上積みがあった。夏季については近畿を極大とする山なりの東西依存性を示した。成分濃度についても同様の解析を行った。例えば重点期間①については、SO_{4}^{2-}が都市部も遠隔地も大きな違いが無く西高東低を示すのに対して、炭素成分は明瞭な広域傾向が見られず、また、NO_{3}^{-}では西日本のみが西高東低になっており、成分毎の違いが明確になった。

成分データを用いた解析の内容については、以下の(2)および(4)～(7)で詳述する。

### 2 ）マルチスケール化学輸送モデルによる $ PM_{2.5} $ 濃度解析

東アジア地域から国内各地域までを計算対象とするマルチスケール化学輸送モデルを構築した。モデルは気象計算を気象モデルWRF3.3、化学輸送計算を大気質モデルCMAQ4.7.1により行う構成である。研究初期にはCMAQ5.0を用いて検討を進めたが、検証の結果、安定性等に勝る4.7.1を選択した。東アジア域を60km、日本域を15kmの水平分解能をとった2段階のネスティングをおこなっている。WRFとCMAQのデータインターフェースであるMCIPはv3.6を用いた。また、発生源データはREASv2.0を用いた。

2012年1年間の計算を行い、重点解析期間①、②、③で得られた成分分析データと比較した。地点と期間によっても多少の違いはあるが、全般として、 $ SO_{4}^{2-} $ と $ NH_{4}^{+} $ は観測値をやや下回り、また、 $ NO_{3}^{-} $ は上回った。炭素成分は観測値を下回る場合が多いが、比較的再現性の良い期間も見られた。

### (2) 発生源プロファイルの刷新および複数のリセプターモデルの連携による PM2.5 発生源寄与推計

## 1 ）ばいじん試料の化学組成分分析に基づく発生源プロファイルの構築

研究協力機関等の協力を得て収集したばいじん試料のうち、ばいじん量が1 mg/フィルタを越える102サンプルを分析した。次に、各成分濃度の積算値とばいじん濃度を比較し、合理的なマスバランスとなった47サンプルを有効分析試料とした。発生源解析に利用できるプロファイルとするためには、各発生源セクターを代表する組成でなければならない。そこで、有効分析試料47サンプルの化学組成を対象にクラスター分析を行い、別のセクターと組成が異なることを統計的に判別できる31サンプルを発生源プロファイル構築用の試料とした。31サンプル
のデンドログラムに基づき 5 つの発生源セクターからなるプロファイルを構築した。表 3 に各発生源セクターの指標成分を示す。

表 3 各発生源セクターの指標成分

発生源セクター	指標成分
A 重油ボイラー	$ SO_{4}^{2-}, pyOC, V $
A 重油ディーゼル	OC1, OC2, pyOC, EC2, EC3, V
都市ガス	OC2, OC3, OC4, Cr, Fe, Ni
木質バイオマス	$ K^{+}, Mg^{2+}, Ca^{2+}, NO_{3}^{-}, EC1, Rb $
廃棄物	$ Na^{+}, K^{+}, Mg^{2+}, Ca^{2+}, Cl^{-}, EC1, Cu, Zn, Rb, Cd, Sn, Sb, Pb $

2）正值行列因子分解(PMF)モデルによるPM_{2.5}の発生源寄与推計

2012 年夏（7 月 25 日から 31 日まで）および 2013 年冬（1 月 23 日から 2 月 8 日まで）に行われた集中観測の解析を中心に報告する。PMF モデルには、EPA PMF 3.0 を用いた。PMF 解析に先立ち、成分分析データをマスクロージャーモデルに投入し、外れ値をスクリーニングした。続いて、任意の因子数を与えて PMF 解析を実行し、Q 値および残差分析の結果を参照しつつ不確かさパラメータを調整した。以上のプロセスを繰り返し、因子数および計算条件の最適化を行った。計算条件を検討した結果、因子数 6 で最適解が得られた。分解された 6 因子の指標成分に注目して発生源の候補を以下のように考察した。

● 因子1:K⁺に指標性が見られる。K⁺は一般にバイオマス燃焼の指標とされている。

● 因子 $ 2:SO_{4}^{2-} $ 、 $ NH_{4}^{+} $ 、OC、Soot-EC、V 等に指標性が見られる。 $ SO_{4}^{2-} $ の影響を表す因子であるが、OC、Soot-EC、V の存在は前駆体ガスが重油燃焼に由来する可能性を示唆している。

● 因子 3: 多種の金属元素に指標性が見られる。個別の発生源を推定することは困難であるが、ここでは工業由来の因子と位置付けることにする。

● 因子 4: $ NO_{3}^{-} $ 、OC、Char-EC、Soot-EC に指標性が見られる。 $ NO_{3}^{-} $ の影響を表す因子であるが、OC、Char-EC、Soot-EC の存在から自動車の影響を含む因子と読みとることもできる。

● 因子 5: $ SO_{4}^{2-} $ 、 $ NH_{4}^{+} $ 、Char-EC、As、Cd、Pb 等に指標性が見られる。Factor 2 と同様に $ SO_{4}^{2-} $ の影響を表す因子であるが、Char-EC、As、Cd、Pb の存在は前駆体ガスが石炭燃焼に由来する可能性を示唆している。

● 因子 6: Cl⁻、NO₃⁻ に指標性が見られる。半揮発性を有する PM₂.₅ の影響を表す因子と読み取れる。

2012 年夏季および 2013 年冬季の調査期間における後方流跡線（福岡を起点に計算）の分布と因子寄与濃度の推移（福岡と東大阪）を解析した。夏季では、福岡に流入した気塊は太平洋から九州上空を経由（東大阪では瀬戸内海から大阪湾を経由）していた。PM_{2.5} 高濃度化の要因は、全ての地点で因子 2 の寄与濃度の増大によるものであった。一方、冬季では、福岡に流入した気塊は大陸から東シナ海を経由（東大阪では朝鮮半島から日本海を経由）していた。夏季調査と異なり、因子 2 に加えて因子 5 の寄与濃度の増大が PM_{2.5} の高濃度化に影響していた。また、その傾向はより西方に位置する福岡や対馬で顕著であった。一方、大都市に位置する東大阪では因子 3 や因子 6 の影響も重要であった。このことから、都市域では近傍の発生源も重要な寄与体であることが確認された。

## (3) VOC 汚染実態と排出インベントリの評価

## 1 ）環境中の VOC 成分の挙動

SAPRC99 にて ALK4、AROM1、2、ALK5 に分類されている VOC の日内変動パターンを解析した。AROM1、2 は主に芳香族 VOC であるが、これらの変動パターンは成分によらずよく一致していた。一方、ALK4（主に C5-C6 アルカン）では n-ヘキサンの変動パターンが大きく異なるなど、同一の分類に配される VOC 成分の中でも挙動が異なるものがあることが明らかとなった。

## 2 ）PMF モデルによる VOC の発生源寄与推定

大阪市における VOC 組成の観測結果に対し、PMF 法を適用して VOC の発生源寄与推定を実施したところ、5つの因子が抽出された。因子 1 はイソプレンや $ \alpha- $ 、 $ \beta- $ ピネンの寄与が大きかったことから植物起源との関連が示唆された。因子 2 は特に芳香族系 VOC の寄与濃度が大きかったことから、有機系溶剤との関連が考えられた。以下、因子 3 はトリクロロエチレン、テトラクロロエチレンの寄与濃度が大きかったことから塩素系の溶剤、因子 4 はフロン類などの寄与濃度が大きかったことからバックグラウンド大気、因子 5 は低沸点炭化水素の寄与から燃料および燃焼との関連が示唆された。