Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
はこのような変化は、SST（海面温度）固定実験では得られず、海洋の応答を考慮して計算しなければならないことである。そのために、エアロゾルなどのSLCPの気候影響評価には最低限、大気・海洋混合層モデル、できれば大気・海洋結合系モデルを利用する必要がある。本研究では、調査の結果、MIROC大気・海洋結合系モデルの利用が最も適切であると結論する。このモデルは長寿命ガス過程のみならず、SPRINTARSエアロゾルモデルとCHASER大気化学モデルを含みSLCPの計算能力を持っている。その地球システムモデル（EMS）版では植生応答、炭素循環過程が組み込まれており、領域気候の変化が及ぼす植生変化などの計算が可能である。さらにこのモデルはCMIP気候モデル比較実験やIPCC評価報告書でも引用されており、モデル性能などが詳細に評価されている。ただし、MIROCシステムは膨大であり、それを運用できる専門の研究者が次期戦略課題に含まれることを推奨する。

検討すべきもう一点は、使用するモデルのスケールの相違である。領域研究で明らかになった大気質変化をAIM社会モデルによってアップスケールして、仮にそのような変化が全球的に起こったとしたシナリオを立て、SLCPの気候影響を評価しようとすると、領域研究で使用される領域型大気化学モデルと気候影響評価で使用される気候モデルに組み込まれた大気化学モデルの整合性が問題になる。そのために、次期戦略課題では、このスケールの違いを把握するために、次世代型大気モデルNICAMを用いたシステムを並行して稼働することを推奨する。非静力学正20面体大気モデルNICAMはフラックス保存型差分スキームを利用しており、スペクトル型のMIROCモデルに比べて物質量保存性が良い。かつ、準一様全球格子系の他に特定の領域に計算格子点をより多く配置するストレッチ格子系や特定の領域のみに計算資源を割り当てた領域計算が可能なダイアモンド格子系という特殊空間格子を装備しているので、全球から日本付近までをシームレスに計算できる利点を有している。このシステムにSPRINTARSとCHASERを組み込んだNICAM+SPRINTARS+CHASERモデルが文部科学省RECCA/SALSAプロジェクトで開発されているので様々なスケールの現象を同一のモデルによって計算ができる。SPRINTARSとCHASERはMIROCにも組み込まれており、モデル間で整合性を調査する場合にも利点が大きい。従って、次期戦略課題では、NICAM+SPRINTARS+CHASERの高度化と、領域計算モデルとの比較を行うことが重要である。

## 2 ）サブテーマ（1）および（2）により策定されるSLCP/LLGHGの多様な緩和策経路を想定し、気候変動・環境影響シミュレーションをテスト

前節で見たようにエアロゾルの放射強制力の領域気候への影響は大きく、その把握が重要である。放射強制力の評価法のひとつとして、NASAのCALIPSO/CALIOP衛星搭載ライダーとMODIS衛星イメジャーを利用した全エアロゾルの放射強制力の評価結果がある。衛星観測ではNASA/CALIPSOプロジェクトから得たエアロゾル成果物のバージョンが異なることによって放射強制力の値が大きく変化することが示されている。NASAのversion 3成果物はversion 2と比べて、晴天の場合は、海洋性エアロゾルの光学的厚さ（AOT）の増加によりとそれに伴う海上の一次散乱アルベド（SSA）の上昇が起こっている。またエアロゾル層が雲層より上か下かに存在する場合は、煙エアロゾル（Smoke）と汚染された土壌粒子（Polluted Dust）のAOTの減少が見られ、その結果、SSAが上昇している。そのためにエアロゾルの全球平均放射強制力はそれぞれ-0.8 Wm⁻²と-2.0 Wm⁻²となり、version 3の方がより大きな負の強制になっている。一方、MIROC+SPRITNARSモデルによる全球平均エアロゾル放射強制力は-0.58 Wm⁻²であり、モデルとの整合性が新しいversionによる評価では取れなくなった。しかし、ライダーによるエアロゾル検知の詳細を見てみると未だに不確実な点もあり、今後、さらに衛星評価が変化する可能性も大きい。従って、衛星とモデルの両方を利用した放射強制力の評価は次期戦略課題においても重要な課題であると結論できる。

S-7戦略課題の須藤健悟氏によるMIROC+CHASERモデル結果では、人為起源、黒色炭素の放射強制力の地域分布は削減シナリオによって大きく異なることがわかる。一方で、SLCPの全球平均放射強制力は組成ごとの効果が正負相殺し合って削減シナリオに大きく依存しないと結論している。従って次期戦略課題では、全球平均の放射強制力の評価と同時に、放射強制力の地域分布の評価が重要な課題であると結論できる。なぜならば、このような放射強制力の地域差こそが降水量に大きな地域変化を生み出すからである。この事を確認するために、MIROC大気海洋結合モデルで計算した、黒色炭素の有無で起こる様々な大気パラメータの変化を調査した。それによると、黒色炭素の有無で、土壌粒子などの他のエアロゾル量の変化や雲凝結核数、上層雲の水量などが変化することがわかった。これは黒色炭素の変化による直接・間接の放射強制力の場所的变化が大気の安定度や大気循環を変化させるために、例えば風速が変化して土壌粒子の巻き上げが変化するなど、様々な変化が起こることを意味している。従って、次期戦略課題では、このような気候系の様々な部分の相互作用を把握することが重要である。
3）SLCP/LLGHGを統合的に考慮したシミュレーション結果をベースとした気候・健康・農業などの影響評価をするための適切なメトリックを検討

前2つの節で述べてきたように、MIROC+SPRINTARS+CHASER気候モデルおよび

NICAM+SPRINTARS+CHASER大気モデルによって大気中のSLCP計算とその影響評価が可能である。その例として、NICAM+SPRINTARS+CHASERで計算された地表付近の気象場から算定された体感温度・PM2.5・オゾン量の分布と、対応して計算されたそれぞれの原因による超過死亡数を2000年代の典型的な8月について調べた。次期戦略課題では、このような計算を通して、影響評価に関わる有効なSLCPに関するメトリックを定義する必要がある。本研究では、このようなメトリックの作成にとって重要な環境指標を洗い出した。定量的な影響評価のためには、これらの指標が依拠する領域区分や特異領域の定義の調査が必要である。また、これらを出力して、データベースとして整備する必要があり、そのプロトタイプを構築した。SLCPに関わる物質の排出インベントリの整備、それを利用した大気質のモデル結果、その影響に関するパラメータの表示等をユーザーとインタラクティブに行う必要がある。

サブテーマ（1）から（3）にわたる検討の結果、次期戦略課題は図1に掲げる構造で実施することが目的の達成にとって最適であると結論する。

S-12構造の決定：SLCPの環境影響評価と削減パスの探索による気候変動対策の推進

図1 次期戦略課題の構造のイメージ

### 5. 本研究により得られた主な成果

## (1) 科学的意義

SLCPおよびLLGHGを削減する組み合わせは多数考えられる。そのため、排出インベントリ・統合モデル・気候モデルを最大限に活かして多様な緩和策の中から最適な経路を選ぶことが科学的・技術的にも重要である。これまで、戦略推進費研究（S6,7,8,10）で、排出インベントリ・統合モデル・気候モデルは完成しており、これらを組み合わせる時機は熟している。本研究ではこれらを組み合わせて、大気汚染の削減と温暖化の抑制の両者を総合的に取り扱うことを目指していることが大きな科学的意義である。

SLCPの気候影響・農業影響・健康被害に関する最新のモデリング手法の検討と、利用すべきモデルの概略を定めることができた。NICAM+SPRINTARS+CHASERは全球スケールから領域スケールをシームレスにつなぐためのブリッジとなるべき世界的にユニークなモデルであり、これを既存のWRF-CMAQモデルや環境省のMASINGARモデルとともに運用するマルチモデル研究体制が確立できるメドが立ったのは、我が国のSLCP研究にとって重要な進歩である。本研究参加者が主となって提案した理研の京速計算機利用申請「全球規模大気環境汚染に関わる総合環境モデルング」が採択されたので、気候科学の最先端モデルング技術の確立の観点でも世界をリードできる。
## (2) 環境政策への貢献

## ＜行政が既に活用した成果＞

研究代表者は、WCRPの合同科学者会議（H25年5月）にオフィサーとして参加し、気候研究と環境問題に関する世界の研究をレビューし、その推進のための対策の決定に貢献した。IPCC第一作業部会の第5次報告書の作成に主執筆者として参加し、SLCPの放射強制力や気候影響に関する知見のとりまとめに貢献した。H25年9月にソウル大学で開催されたABC-SLCPワークショップに参加し、エアロゾルとSLCPの特性と影響評価に関する本研究の成果の発信を行った。また、CCAC事務局長のHelena Molin Vardes氏を含めて国際共同研究案件を検討した。UNEP/ABC-Asiaプロジェクトのサイエンスチーム主査として、アジア域の大気汚染物質の研究とアジアに分布するABC気候観測所の運用に貢献した。H25年2月にバンコックで開かれたCCACサイエンス会に参加し、プロジェクト推進の諸案件の立案に参加した。また、本FS研究計画について発信をした。

## ＜行政の活用が期待できる成果＞

多様な排出シナリオを用いて気候モデルおよび大気質モデルによるシミュレーションを行い、気候・水循環・健康・農業に対するSLCP/LLGHGの影響を具体的に評価し、低炭素社会・環境改善の実現に向けて、最適な緩和経路の選択のための科学的根拠資料の作成が可能となれば、IPCCへの貢献はもとより、UNFCC、CCACへの貢献や、国際議論において日本がリーダーシップを発揮できる。

また、中国をはじめとしたアジア各国の排出シナリオと対策の効果、影響のフィードバックを定量的に示すことで、各国の大気汚染対策、温暖化対策を促進させる可能性があり、日本だけでなく、成長著しいアジア各国における環境政策、温暖化政策に大きく貢献できる。

### 6. 研究成果の主な発表状況

## (1) 主な誌上発表

## <查読付論文>

1) Fukuda, S., T. Nakajima, H. Takenaka, A. Higurashi, N. Kikuchi, T.Y. Nakajima, and H. Ishida, 2013: New approaches to removing cloud shadows and evaluating the 380-nm surface reflectance for improved aerosol optical thickness retrievals from the GOSAT/TANSO-Cloud and Aerosol Imager. J. Geophys. Res., accepted.

2) Inomata Y., Kajino M., Sato K., Ohara T., Kurokawa J., Ueda H., Tang N., Hayakawa K., Ohizumi T., Akimoto H., 2013: Source contribution analysis of surface particulate polycyclic aromatic hydrocarbon concentrations in northeastern Asia by source-receptor relationships. Environmental Pollution, 182, 324–334

3) Nakajima, T., H. Takenaka, D. Goto, S. Misawa, J. Uchida, and T.Y. Nakajima, 2013: Measurements and modeling of the solar radiation budget. Simulation, 32, 199–207.

4) Nawahda A., Yamashita K., Ohara T., Kurokawa J., Ohizumi T., Chen F., Akimoto H., 2013: Premature mortality in Japan due to ozone. Atmospheric Environment, 81, 538–545

5) Oikawa, E., T. Nakajima, T. Inoue, and D. Winker, 2013: A study of the shortwave direct aerosol forcing using ESSP/CALIPSO observation and GCM simulation. J. Geophys. Res., 118, 3687–3708, 2012, doi:10.1002/jgrd.50227.

6) Thepkhun, P., B. Limmeechochai, S. Fujimori, T. Masui, and R.M. Shrestha, 2013: Thailand's Low-Carbon Scenario 2050: The AIM/CGE analyses of $ CO_{2} $ mitigation measures. Energy Policy, 62, 561–572.

7) Schutgens, N. A. J., M. Nakata, and T. Nakajima, 2013: Validation and empirical correction of MODIS AOT and AE over ocean. Atmos. Meas. Tech., 6, 2455–2475, doi:10.5194/amt-6-2455-2013, 2013. Dai, T., D. Goto, N. A. J. Schutgens, X. Dong, G. Shi, and T. Nakajima, 2014: Simulated aerosol key optical properties over global scale using an aerosol transport model coupled with a new type of dynamic core. Atmos. Environ., 82, 71–82.

8) 藤森真一郎，増井利彦，松岡譲:土木学会論文集 G(環境), 69, 5, I_227-I_268 (2013) 「エネルギー機器情報を用いた応用一般均衡モデルの開発と緩和策の分析」

9) Chatani S., Morino Y., Shimadera H., Hayami H., Mori Y., Sasaki K., Kajino M., Yokoi T., Morikawa T., Ohara T., 2014: Multi-model analyses of dominant factors influencing elemental carbon in Tokyo Metropolitan
“Analyzing the energy demand of Low carbon development in China and India using AIM/CGE model”

14) T. Masui: Workshop on Comparative Study on Low Carbon Modeling for Indonesia, Jakarta, 2013 "AIM Model for developing low carbon strategy – Economic impacts based on CGE model–"

15) Sugimoto, N., “Development of EarthCARE ATLID data retrieval algorithm and validation plan using the ground-based lidar network”, ICAP 5th working group meeting: Recent Progress in Aerosol Observability for Global Modeling (ICAP2014), Tsukuba, 5–8 November, 2013.

16) Nakajima, T., D. Goto, S. Misawa, E. Oikawa, M. Hashimoto, J. Uchida, T. Dai, and N. Schutgens, M. Ohara, T. Masui, A. Takami, and T. Takemura: A strategy for studying the air pollution effects on climate and public health in Asia. AGU Fall Meeting, San Francisco, USA, 9–13 Dec. 2013.

17) Tsuruta, H., B. Thana, T. Takamura, M. Hashimoto, M. Yabuki, E. Oikawa, and T. Nakajima (2013): Chemical and optical properties of atmospheric aerosols in Phimai, Thailand by intensive surface measurements and satellite data analysis, American Geophysical Union Fall Meeting, San Francisco, 9–13 December 2013.

18) Nakajima, T., 2014: Climate impacts of atmospheric aerosols and clouds. Invited lecture, European Research Course on Atmospheres (ERCA2014), organized by Université Joseph Fourier of Grenoble and CNRS, Grenoble (France), Jan. 27, 2014.

19) Nakajima, T., 2014: What we learn from the Fukushima nuclear power plant accident? Invited lecture, European Research Course on Atmospheres (ERCA2014), organized by Université Joseph Fourier of Grenoble and CNRS, Grenoble (France), Jan. 28, 2014.

20) Sugimoto, N., Nishizawa, T., Shimizu, A., Matsui, I. (2014) Aerosol characterization with lidar methods, International Conference on Optical Particle Characterization (OPC2014), 10–14 March, Tokyo.

### 7. 研究者略壓

## 課題代表者: 中島映至

东北大学大学院理学研究科地球物理学専攻博士課程单位修得退学、現在、東京大学大気海洋研究所教授

## 研究分担者

## 1 ）高見 昭憲

オックスフォード大学大学院 自然科学研究科修了、D.Phil（博士）、現在、（独）国立環境研究所 地域環境研究センター 副センター長

## 2 ）大原 利真

北海道大学大学院 工学研究科修了、工学博士、現在、(独)国立環境研究所 フェロー

## 3 ）杉本 伸夫

大阪大学大学院 基礎工学研究科修了、理学博士、現在、(独)国立環境研究所 フェロー

## 4 ）增井 利彦

大阪大学大学院工学研究科修了、現在、(独)国立環境研究所室長
## 2 RF-1302 温室効果ガスおよび短寿命気候因子(SLCP)緩和策が引き起こす環境影響の能動的評価

## （１）領域における排出変動の推計に関する研究

（独）国立環境研究所

地域環境研究センター 広域大気環境研究室 高見昭憲

地域環境研究センター 大気環境モデルング研究室 大原利真

環境計測研究センター 遠隔計測研究室 杉本伸夫

平成25年度累計予算額：3,342千円

予算額は、間接経費を含む。

## [要旨]

本課題研究は課題調査型研究（フィージビリティ・スタディ）であり、平成26年度以降の戦略研究課題の設定に寄与することを大きな目的とする。そのため、基礎調査及び国際動向を整理するとともに、データやシミュレーションの基礎分析を行った。サブテーマ（1）では、大気質データの収集調査とその使用の可能性、大気質変化と排出量変化の定量的関係についての化学輸送モデル（Chemical Transport Model; CTM）を用いた予備的計算と変化量の再現についての検証、逆推計モデルを用いた予備的計算と検証を行った。大気質データの収集調査では、国内の大気観測データの整備状況、国内での自動車排出規制を調査した結果、最初に検討する課題として自動車からの排出改善による大気質の変化事例を選択した。中国では2008年の北京オリンピック前後の大気データ、規制の内容、排出量変化などの情報も論文として出てきているため、解析可能な対象と考えられる。インドでは SURYA という社会実験が行われており、そこでは調理の方法を室内の燃焼から太陽光を用いた方法に変更している。同時に大気質データも収集されているため、SURYA も解析の対象になると考えられる。マルチスケール化学輸送モデルのプロトタイプを作成し、既存の排出インベントリを用い、東アジアスケールにおいて粒子状物質（Particulate Matter; PM_{2.5}）を、CTM を用いて試算した。春季と夏季で、気象パターンが異なることにより、異なる発生領域（中国と日本）の異なる排出量の差を CTM の計算は反映している。このことから、大気質変化と排出量変化について CTM を用いた予備的計算で、定性的にではあるが、変化量を再現できたと考えられる。排出量の最新動向の把握や排出インベントリの検証のために、衛星等の観測データを使用した逆推計手法が有用である。窒素酸化物（NOx）と一酸化炭素（CO）については、その有用性が確認されており、その他の硫黄酸化物（SO_{2}）や揮発性有機化合物（Volatile Organic Compounds; VOC）、アンモニア（NH_{3}）などに対する手法も開発・適用されつつある。これらのことから、地域大気質変化イベントにおける排出量変化を定量的に評価するために、逆推計手法が有効と考えられる。

## [キーワード]

排出変動係数、化学輸送モデル、対流圈衛星データ、地上観測データ、逆推計モデル
### 1. はじめに

短寿命気候因子（Short Lived Climate Pollutants；SLCP、エアロブル、オブン、メタンなど）は、長寿命温室効果ガス（Long Lived Green House Gas：LLGHG、CO_{2}など）に比べて削減することは容易であると考えられている。また、大気汚染の改善の観点からもエアロブル、オブンおよびその前駆物質の削減は必須である。SLCPの削減方法には様々な技術的・政策的方法が想定され、LLGHGの削減との組み合わせも多数考えられる。そのため、排出インベントリ・統合モデル・気候モデルを最大限に活かして多様な緩和策の中から最適な経路を選ぶ必要がある。

## 2 ．研究開発目的

本課題全体の目的は、排出インベントリ・統合モデル・気候モデルを組み合わせた能動的な評価手法を開発し、それを用いた最適経路の提示と、温暖化抑制策策定のための科学的知見を提供する課題について、その実現可能性を検証することである。

本課題研究は課題調査型研究（フィージビリティ・スタディ）であり、平成26年度以降の戦略研究課題の設定に寄与することを大きな目的とする。そのため、基礎調査及び国際動向を整理するとともに、データやシミュレーションの基礎分析を行い、その上で、関連分野の研究者の国際的・学際的な研究体制及び体系的な研究計画を検討した。研究としては、必要な要素技術（領域化学輸送モデル、排出インベントリ、観測データ）について、適用可能性や実現可能性について検証した。

### 3. 研究開発方法

領域における排出変動推計に関する研究（サブテーマ（1））では、次年度からの戦略的研究のテーマ（1）において以下の研究スキームを策定している。

1）削減対策効果を示すイベントを対象にして、観測データをもとに大気質の変化を検出する。

2）化学輸送モデル（Chemical Transport Model；CTM）により大気質変化と排出量変化の関係を定量的に把握する。

3）対流圈衛星データ、地上観測データなどを用い、排出変化量の逆推計を行う。

4）逆推計モデルと排出インベントリを初期値として、イベント時の排出変化量を推計する。

5) 領域 CTM と排出インベントリを用いて、イベント時の環境変化量を再現し、削減対策の効果を定量的に説明するとともに、排出インベントリの対策応答性を検証し社会経済モデルである Asian Pacific Integrated Model (AIM) の改良に活かす。

6）4）、5）の結果を使って、対策感度を定量的に把握する。

上記スキームの実現可能性を検討するため、以下の項目を検討した。

I. 大気質データの収集調査とその使用の可能性。

II. 大気質変化と排出量変化の定量的関係について CTM を用いた予備的計算と、変化量の再現についての検証。

III. 逆推計モデルを用いた予備的計算と検証。
## 大気質変化事例の構造解析と評価システムの構築

図(1)-1 戦略研究課題テーマ（1）で想定している研究スキーム

## 4 ．結果及び考察

## （１）大気質データの収集調査とその使用の可能性

本研究の目的は、政府や自治体の大気環境対策などによって、どの程度排出量が変化し、その結果として大気質がどの程度変化したかを定量的に関係づけることである。たとえば関東地域での排気ガスの規制により、自動車などからの排出量が減少し、その排出量を排出係数や活動量から推定して、その排出量推定に基づいてCTMでオゾンや粒子状物質（Particulate matter; PM）の濃度を計算し、観測データとの比較することによって、規制の実効性を評価するシステムを構築しようとしている。したがって、収集するべき大気質のデータとしては以下の条件にあてはまることが必要である。

a）政策や規制がある領域内で執行されていること。

b）政策や規制の対象や期間が明確であること。

c）その地域での大気質データがある精度を持って継続的に収集されていること

このような条件を念頭に置いて、文献等を調査し、大気質データの収集と使用可能性について検討した。イベント事例には北京オリンピック、関東域での排出ガス規制、南インドでの調理器具の変更に伴う黒色炭素（すす）排出削減の社会実験などがあった。その結果のサマリーを表（1）-1に示す。
表(1)-1 対象とする大気質変化事例（候補）

事例	主要对象物質	時間スケール	空間スケール
日本	中長期対策	·SOx規制·自動車排出ガス規制·ディーゼル車規制·VOC蒸発発生源対策	·SOx·NOx,PM,O3·NOx,PM·VOC,O3,PM	10～数10年(年単位)	Urban～National
社会経済影響	·週末効果·震災影響	·NOx,PM,O3·多種	数年(平休日単位)数年(月単位)	Urban～National
中国	中長期対策	·11次五計のSOx対策·都市汚染対策·酸性雨対策	·SOx,PM·NOx,PM,O3·NOx,SOx,PM	5年(年単位)10年程度(年単位)10年程度(年単位)	Urban～National
短期対策	·北京オリンピック·上海万博·広州アジア大会	·NOx,SOx,PM·NOx,SOx,PM·NOx,SOx,PM	数か月～数年(1週間程度単位)	Urban～Regional
他	社会実験等	·Surya(南アジアのABC緩和実験)	·BC	数年(年単位)	Local

日本国内においては、対象とする領域や規制対象が明確であり、また、国内には1970年代から国内各地での大気観測データが収集されている（図(1)-2）。二酸化硫黄（ $ SO_{2} $ ）、一酸化炭素（CO）、浮遊粒子状物質（Suspended Particulate Matters:SPM）、オブンの環境基準が設定されたのは1973年（昭和48年）、二酸化窒素（ $ NO_{2} $ ）の環境基準が設定されたのは1976年（昭和51年）であり、そこには基準値とともに各種物質の測定方法も明記されているので、測定値も信頼できると考えられる。図(1)-2を見ると、1970年代には $ SO_{2} $ 、 $ NO_{2} $ 、COの濃度が急激に下がり、大幅に国内の大気環境が改善されたことがわかる。1980年代以降は $ SO_{2} $ 、非メタン炭化水素（Non-Methane

HydroCarbon; NMHC）、COの濃度が緩やかに減少している。NO $ _{2} $ に関しては、1980年代半ばから上昇傾向が見られたが、規制が強化された2000年以降減少傾向が見られる。2006年度から揮発性有機化合物（Volatile Organic Compounds；VOC）の排出削減の自主的取り組みが進められ、NMHCも減少傾向にある。

自動車からの排出係数（図(1)-3）や、自動車登録台数や交通量調査など活動量データも近年は整備されており、図(1)-1に示した、排出インベントリシステムを構築するために最初に取り組むべき事例は、自動車排気ガス対策と大気質変化事例と考えられる。しかし、古い年代（1970年代など）の排出量データなどを整備するのは難しいため、実際に検討可能なのは2000年代以降のデータが対象になると考えられる。

このほか表(1)-1に示したディーゼル車規制や週末効果についても、調査データや研究例もあり、大気質変化事例の研究対象になりうる。たとえば、関東地域における黒色炭素の量は2005年に比べ2010年頃には大気中の濃度が3分の1から5分の1程度に減少しており、これはディーゼル車から
の黒色炭素の排出規制の効果だと考えられる $ ^{1)} $ 。また、東京や大阪など平日に活動量の多い都市部では、しばしば活動量の少ない休日や土日にオゾン濃度が高くなる傾向がある $ ^{2)} $ 。これはオゾン生成を支配しているVOCや窒素酸化物（NOx）の量的バランスが変化するため起きると考えられる。週末効果は自動車交通量や工場の活動量など人為起源の活動量が変化したためと考えられ、政策や規制ではないが、人間の行動パターンにより大気質が変化する事例として注目に値する。関東地区での自動車からの排出量推計、各種大気中の濃度測定などのデータがあるため、週末効果も最初に検討すべき事例と考えられる。

中国における経済発展は目覚ましく、エネルギー使用量が著しく増加している一方で、近年の報道などで知られている通り、大気汚染も深刻化している。統計データや観測データに対する評価を行う必要はあるが、中国からも2008年の北京オリンピック前後における統計データや大気観測データなどが、論文などで公表されているため、規制に対する排出量変化の事例として解析の候補になると考えられる $ ^{3)} $ ， $ ^{4)} $ 。図(1)-4ではOkudaらの論文 $ ^{4)} $ に記載されている数値データに基づき、2007年以前の北京における大気汚染物質の濃度と北京オリンピック（2008年夏）時期の濃度を比較したものである。これも領域としては北京およびその周辺の大気質を反映しており、また規制対象などもある程度把握されているので、解析の対象となると思われる。データの精度については検証が必要と思われるが、一般的な大気化学研究の雑誌に掲載されているので、ある程度の精度はあると考えられる。これを見ると粗大粒子(PM $ _{10} $ )、NO $ _{2} $ 、SO $ _{2} $ 、エアロゾル中の硫酸イオン(SO $ _{4}^{2-} $ )、黒色炭素（Black Carbon:BC）は減少しており微小粒子（PM $ _{2.5} $ ）はあまり変化が見られなかった。またエアロゾル中の硝酸イオン（NO $ _{3}^{-} $ ）は増加していた。中国あるいは北京市政府による規制としては工場の操業、自動車の規制などを行っているため、この期間の排出量推計が入手できれば、化学輸送モデルによる解析も可能と考えられる。Wangらは、既に、北京市内のオゾン、PM $ _{2.5} $ 濃度変動を、独自に作成したインベントリとCTMの一種であるCommunity Multi-scale Air Quality（CMAQ）モデルを用いて解析している $ ^{5)} $ 。彼らはCMAQの結果が観測結果と一致したのは、自分たちのインベントリの推計がある程度の精度をもってなされているからだと主張している。これも検証は必要であるが、排出量がある程度の精度をもって推計可能であることを示している。Guoらは北京市内のPM2.5質量濃度変動と別のCTM（Weather Research and Forecasting model coupled with Chemistry；WRF-Chem）を用いた解析を行っている $ ^{3)} $ 。北京市内の4つの観測サイトにおけるTEOMをもちいた観測とシミュレーション結果と比較した。彼らは、上記Wangらの推計を基に、北京の排出量をオリンピック前後は35%、期間中は50%減らした場合と、全く減らさなかった場合をシミュレーションしたところ、排出量を減らした場合の方が比較的よく観測結果と一致したと報告している。このように北京オリンピックについても、ある程度、観測や排出量データが論文として公開されているので、検証の意味も含めて、検討してみる価値はあると思われる。

インドも近年経済発展が目覚ましいが、一般家庭では調理にバイオマス燃料が使用されており、地域における大気汚染の原因になっている。国連環境計画とアジア褐色雲プロジェクト（United Nations Environment Programme – Asian Brown Cloud project; UNEP－ABC Project）ではSURYAと称する社会実験を、ヒマラヤ、インド北部のヒンドウスターン平野、インド南部のルーラルな地区で行っている $ ^{6} $ 。黒色炭素（BC）は温暖化に寄与するため気候変動をもたらし、また、人の健康にも影響を及ぼす。バイオマス燃料を用いた家庭での調理から放出を抑制するため、太陽光集光システム（Parabolic domestic cookers）で調理を行うよう住民に働きかけている。健康へ
の影響や大気質の改善を監視するため、その地区の人々の健康データや大気質測定データを、携帯電話を用いて収集している。中島代表は SURYA Project からデータ入手が可能であるため、この事例も解析の対象候補となると考えられる。このような、日本、中国、インドの事例は、領域や対象が明確であり排出量変化や大気質の変化データを入手することが可能であるため、領域における排出変動推計に関する研究に有用であり、排出インベントリシステム構築に役立つと考えられる。

## 日本のSO_{2}などの濃度の年平均値の推移

図(1)-2 国内における$\mathrm{SO}_{2}$、$\mathrm{NO}_{2}$、非メタン炭化水素（NMHC）、COの全国平均濃度の推移。環境省、平成21年度大気汚染状況についての報告書より作図。図中に主な自動車排出ガス、ディーゼル車排出規制、および、VOCの排出に対する自主的取り組みの年代を載せた。

図(1)-3 国内における各種自動車の排出係数の変化例。

自動車（Car）、軽トラック（Light Duty Track（LDT））は左の軸、バス（Bus）、トラック（Heavy Duty Track（HDT））は右の軸。
図(1)-4 北京における大気汚染物質の濃度変動。

2007年以前と北京オリンピック期間中（2008年7月1日から9月20日）の比較（文献3）をもとに作図）。Bfr_2007は2007年以前のデータ、Olympicはオリンピック期間中のデータ。
## （２）大気質変化と排出量変化の定量的関係についてCTMを用いた予備的計算と、変化量の再現についての検証

中国では近年大気汚染が深刻となり、冬季から春季にかけてはその影響が日本にも及んでいる。Regional Emission Inventory in Asia（REAS）などの排出量統計では、二酸化硫黄（SO₂）については排出量が減少傾向にあると考えられているが、NOx、VOCなどは増加していると考えられている。排出インベントリは各種統計値を使用する為、データ整備に数年を要する。現在最新のREASver2でも排出インベントリは2008年が最新である。

図(1)-5は、大気質変化と排出量変化の定量的関係を評価するための「マルチスケール大気質変化評価システム」の構成案を示す。（独）国立環境研究所等で開発してきた化学輸送モデルCTM（全球化学気候モデルMIROC-ESM-CHEMと領域化学輸送モデルWRF/CMAQ）をもとに、都市〜アジアスケールの大気質変化事例の解析や対策効果の事前・事後評価が可能なマルチスケール化学輸送モデルシステムを構築する。本システムを国内とアジアにおける過去の大気質変化事例（短中期的な大気汚染対策、週末影響や長期休日影響、震災や経済変動の影響、大気環境改善のための社会実験などから抽出）に適用して、排出量変化と大気質変化の定量関係を評価する。更に、マルチスケール化学輸送モデルシステムと排出インベントリシステム、排出量逆推計システムを統合して「マルチスケール大気質変化評価システム」を構築し、地域大気質変化事例によって検証する。

図(1)-6は、マルチスケール化学輸送モデルのプロトタイプを作成し、既存の排出インベントリを用い、東アジアスケールにおいてPM2.5を試算した結果を示す。ここでは、モデル計算されたPM2.5の化学組成データと、過去の推進費や環境省などが行っている、全国での観測に基づく化学組成分析結果を比較している。これを見ると春季は九州など西日本で濃度が高く、硫酸イオン（図ではSO4と標記）の割合が高い。これは中国など大陸からの越境大気汚染を反映していると考えられる。一方で、夏は明確な西高東低の傾向はみられず、大陸の越境大気汚染の影響は相対的に小さく、国内の発生源の寄与が相対的に高いことを示唆している。要するに、春季と夏季で、気象パターンが異なることにより、異なる発生領域（中国と日本）の異なる排出量の差をCTMの計算は反映している。このことは、大気質変化と排出量変化についてCTMを用いた予備的計算で、定性的にではあるが、変化量を再現できたと考えられる。しかしながら、CTMの計算結果と観測された各成分の濃度は異なっており、定量的な関係を再現するためには、排出インベントリやCTMについて改良する必要があることを示している。

## （３）逆推計モデルを用いた予備的計算と検証

これまでに、排出量の最新動向の把握や排出インベントリの検証のために、衛星等の観測データを使用した逆推計手法が有用である。NOxとCOについては、その有用性が確認されており、その他のSO_{2}やVOC、NH_{3}などに対する手法も開発・適用されつつある。これらのことから、地域大気質変化イベントにおける排出量変化を定量的に評価するために、逆推計手法が有効と考えられる。

例えば、Mijilingらによる衛星観測結果を使用した逆推計モデルによる、北京周辺地域のNO_{x}排出量推計結果を用いて、北京オリンピックにおける排出規制効果の予備的解析を行った。この逆推計結果とアジア地域の排出インベントリREASv2の北京周辺の排出推計量を比較したところ、
マルチスケール大気質変化評価システム

図(1)-5 大気質変化と排出量変化の定量的関係を評価するシステムの概念図

図(1)-6 CTMを用いた粒子状物質（PM2.5）の組成計算結果と、観測結果の比較
● 2007 年は，REASv2，逆推計結果共に月変動が比較的小さい

● 2008年は，REASv2と逆推計結果で夏の減少率の差が大きい

という比較結果が得られた。逆推計の結果は、北京オリンピックが開催された夏以降、大幅にNOx排出量の減少が見られたが、REASv2ではあまり減少が見られなかった。一方、北京オリンピックが開催されなかった2007年にはREASv2と逆推計結果が比較良く整合する。これらのことは、①GOME2、OMIなど衛星データを用いた逆推計計算で、ある程度、排出量変化を推定できること、②REASv2では北京オリンピック時の排出規制等による効果を考慮していないため、リアルワールドとの乖離が大きいこと、③一方、特別な短期対策が実施されていない場合には、REASv2は逆推計結果と整合すること、を示している。これらのことから、①衛星データに基づく逆推計によって大気質変化事例の解析が可能であること、②その結果を活用することにより排出インベントリの改良や対策効果の具体的な把握が可能であること、③一般的に統計データを用いる排出インベントリは数年の遅れが出るが、逆推計によって、数か月程度の遅れで排出量変化を推定することができること、等が明らかとなった。

さまざまな大気汚染物質に対して逆推計が試みられているが、ここでは一酸化炭素（CO）排出量の逆推定に絞って先行研究を挙げる。Heald et al. は解析的な手法（synthesis method）を適用し、衛星データ（Measurements of Pollution in the Troposphere；MOPITT）と集中観測データから、CO排出量の逆推定を行った $ ^{9)} $ 。Yumimoto and Uno はアジョイント法を用いて、地上観測データから中国における排出量の逆推定を行った $ ^{10)} $ 。Kopacz et al. はアジョイント法を採用し、様々な衛星データを用いた逆推定と感度実験を行っている $ ^{11)} $ 。Fortems-Cheiney et al. はアジョイント法を用い、衛星データから10年間のCO排出量の逆推定を行っている $ ^{12)} $ 。アジョイント法は現業天気予報のデータ同化でも用いられている4次元変分法を基礎とした非常に強力な手法であるが、アジョイントモデルの開発コストおよび計算コストが非常に大きく、長期間の逆推定には依然として困難が残る。一方、弓本・鵜野は中国を対象に、グリーン関数法とタグ付きシミュレーションを組み合わせ、衛星で観測されたCOの鉛直プロファイルを拘束条件に、2005-2010年の長期に渡るにわたるCO排出量の逆推定を行った $ ^{13)} $ 。そして、北京オリンピックによる排ガス規制（2008年）、リーマンショックに端を発した世界的な景気後退（2009年）など、排出量に大きな影響を与える事象について解析した。このような先行研究を踏まえ、今後、本研究目的に見合った具体的な逆推計手法を検討する必要がある。

## 5 ．本研究により得られた成果

## （1） 科学的意義

SLCPおよびLLGHGを削減する組み合わせは多数考えられる。そのため、排出インベントリ・統合モデル・気候モデルを最大限に活かして多様な緩和策の中から最適な経路を選ぶことが科学的・技術的にも重要である。これまで、戦略推進費研究（S6,7,8,10）で、排出インベントリ・統合モデル・気候モデルは完成しており、これらを組み合わせる時機は熟している。本研究ではこれらを組み合わせて、大気汚染の削減と温暖化の抑制の両者を総合的に取り扱うことを目指していることが大きな科学的意義である。
## （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＞

多様な排出シナリオを用いて気候モデルおよび大気質モデルによるシミュレーションを行い、気候・水循環・健康・農業に対するSLCP/LLGHGの影響を具体的に評価し、低炭素社会・環境改善の実現に向けて、最適な緩和経路の選択のための科学的根拠資料の作成が可能となれば、気候変動に関する政府間パネル（Intergovernmental Panel on Climate Change；IPCC）への貢献はもとより、気候変動枠組み条約（United Nations Framework Convention on Climate Change；UNFCCC）、Climate and Clean Air Coalition（CCAC）への貢献や、国際議論において日本がリーダーシップを発揮できる。

## 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) Inomata Y., Kajino M., Sato K., Ohara T., Kurokawa J., Ueda H., Tang N., Hayakawa K., Ohizumi T., Akimoto H., 2013: Source contribution analysis of surface particulate polycyclic aromatic hydrocarbon concentrations in northeastern Asia by source-receptor relationships. Environmental Pollution, 182, 324-334

2) Nawahda A., Yamashita K., Ohara T., Kurokawa J., Ohizumi T., Chen F., Akimoto H., 2013: Premature mortality in Japan due to ozone. Atmospheric Environment, 81, 538-545

3) Chatani S., Morino Y., Shimadera H., Hayami H., Mori Y., Sasaki K., Kajino M., Yokoi T., Morikawa T., Ohara T., 2014: Multi-model analyses of dominant factors influencing elemental carbon in Tokyo Metropolitan Area of Japan. Aerosol and Air Quality Research, 14: 396-405

4) Goto, D., T. Dai, M. Satoh, H. Tomita, J. Uchida, S. Misawa, T. Inoue, H. Tsuruta, K. Ueda, C. F. S. Ng, A. Takami, N. Sugimoto, A. Shimizu, T. Ohara, and T. Nakajima, 2014: Application of a global onhydrostatic model with a stretched-grid system to regional aerosol simulations around Japan, Geoscientific Model Development Discussion, 7, 131-179, doi:10.5194/gmdd-7-131-2014.

5) Goto, D., T. Dai, M. Satoh, H. Tomita, J. Uchida, S. Misawa, T. Inoue, H. Tsuruta, K. Ueda, C. F. S. Ng, A. Takami, N. Sugimoto, A. Shimizu, T. Ohara, and T. Nakajima, 2014: Application of a global on-hydrostatic model with a stretched-grid system to regional aerosol simulations around Japan, Geoscientific Model Development Discussion, 7, 131-179, doi:10.5194/gmdd-7-131-2014.
## <査読付論文に準ずる成果発表>（対象：社会・政策研究の分野）

特に記載すべき事項はない。

## くその他誌上発表（査読なし）>

1）大原利真、2013：最近のPM2.5汚染問題をどのように考えるか．科学，83，420-424

2）大原利真、2013：中国における大気汚染の現状．環境と公害，43，45-50

3）大原利真、2013：PM2.5の越境大気汚染の現状．医学の歩み，247，657-661

## （2） 口頭発表（学会等）

1) Ohara, T., 2013: Regional Emission inventory in Asia (REAS) version 2-. International Workshop on “Inventory, Modeling and Climate Impacts of Greenhouse Gas emissions (GHG’s) and Aerosols in the Asian Region”, 26-28 June 2013, Tsukuba.

2) Takami, A., 2013: Ground observation of aerosols in North East Asia, International Workshop on “Inventory, Modeling and Climate Impacts of Greenhouse Gas emissions (GHG’s) and Aerosols in the Asian Region”, 26–28 June 2013, Tsukuba.

3) Sugimoto N., Nishizawa T., Shimizu A., Matsui I. (2013) Studies on Characteristics and Distributions of Aerosols Using the Asian Dust and Aerosol Lidar Observation Network (AD-Net). The 3rd International Symposium on Atmospheric Light Scattering and Remote Sensing, Abstracts, 31

4) 杉本伸夫，西澤智明，清水厚，松井一郎（2013）ライダーネットワークによる東アジアのエアロゾルの動態把握．エアロゾル科学・技術研究討論会第30回，同予稿集，207-208.

5) Sugimoto, N., “Development of EarthCARE ATLID data retrieval algorithm and validation plan using the ground-based lidar network”, ICAP 5th working group meeting: Recent Progress in Aerosol Observability for Global Modeling (ICAP2014), Tsukuba, 5-8 November, 2013.

6) Sugimoto, N., Nishizawa, T., Shimizu, A., Matsui, I. (2014) Aerosol characterization with lidar methods, International Conference on Optical Particle Characterization (OPC2014), 10–14 March, Tokyo

## （3） 出願特許

特に記載すべき事項はない。

## （４）シンポジウム、セミナー等の開催（主催のもの）

1) International Workshop on “Inventory, Modeling and Climate Impacts of Greenhouse Gas emissions (GHG’s) and Aerosols in the Asian Region”（平成25年6月26－28日、つくば国際会議場会議室406、観客約100名）

## （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。