千葉大,差分吸収分光法でNOx濃度分布に知見

千葉大学の研究グループは,二酸化窒素(NO2)の大気中濃度の三次元分布を観測する独自の差分吸収分光法(DOAS法:高波長分解能で測定したスペクトルに含まれる観測対象物(微量ガス)の特徴的な吸収スペクトル構造を利用し,LambertBeerの法則に基づいて微量ガスの濃度を導出する方法)を利用した受動型の大気リモートセンシング・地上観測網・キロメートルスケール(1.3km)の精密な空間解像度を実現した大気環境モデリングを融合し,首都圏の窒素酸化物濃度分布について新たな特徴を明らかにした(ニュースリリース)。

短寿命気候汚染物質(SLCPs)のひとつである対流圏中のオゾン(O3)濃度の減少が求められている。O3は化石燃料の燃焼等の産業活動に由来する前駆気体である窒素酸化物(NOx=NO+NO2)や揮発性有機化合物(VOCs)から生成し,光化学オキシダントとして人体や植物に悪影響を及ぼす。

しかしながら,地上よりも上層,特に大気境界層内のNO2汚染状況の理解は,これまで定常観測方法がなかったので,限定的な把握しか出来ていなかった。また,空間的に複雑な排出源を有する都市域を対象としても,従来は5km程度の空間解像度が一般的で,それよりも精密な大気環境モデリングはあまり進んでいなかった。

研究では,千葉大学に設置された4台の多軸差分吸収分光法(MAX-DOAS法)のリモートセンシング装置による三次元のNO2濃度計測,環境省大気汚染物質広域監視システムの地上観測網にキロメートルスケール(1.3km)という高い空間解像度を有する大気環境モデリングを組み合わせて,首都圏の地上と上層(高度0-1km)のNO2汚染の時空間分布の解明に迫った。

研究対象は2015年秋季の集中観測期間とした。大気環境モデルは,集中観測期間中の地上と上層のNO2濃度の空間分布や時間変化を良く再現でき,NO2濃度が夜間に高く,日中に低くなる日内変動も概ね捉えた。

また,期間中に観測された高濃度NO2は,夜間に発生する場合と,日中に濃度低下せずに発生する2つのケースがあり,後者については,曇天下で境界層高度が低いことの影響が分かった。

日平均したモデル結果から,地上と上層のNO2濃度には強い相関関係があり,上層NO2濃度は地上NO2濃度の0.4-0.5倍に相当することが分かり,首都圏における窒素酸化物濃度分布に関する新たな知見を獲得することができた。

研究グループは,人工衛星からは地上濃度だけの観測は難しいことから,そのデータの解釈を地上濃度と関連させて適切に行なう上で,この成果は役立つとしている。

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