１．概要
　(独)国立環境研究所、気象庁気象研究所、カナダ・ヨーク大学の研究グループは、「環1151 民間航空機によるグローバル観測ネットワークを活用した温室効果ガスの長期変動観測」で実施しているCONTRAIL(民間航空機による大気観測プロジェクト)により得られた二酸化炭素（CO₂）濃度の高頻度観測値から、成田上空（地表付近から高度約10kmまで）におけるCO₂濃度の総観規模の変動の季節ごとの特徴や高度変化を明らかにしました。
さらに、上空におけるCO₂濃度の総観規模の変動は、高度や季節によって、日本や東アジアに由来する地上からのCO₂放出やCO₂吸収の影響を強く受けていることがわかりました。
この結果は、CO₂の放出・吸収源の分布や放出量・吸収量を見積もる際、大気中CO₂濃度の総観規模の変動が一つの指標として役に立つことを示しています。

２．データ解析の方法
得られた高度ごとのCO₂濃度の時間変化から、長周期の変動（経年変化・季節変化）を取り除くことにより、残った短周期の変動を総観規模の変動に相当するとみなし、その平均的な変動幅（標準偏差をその指標としました）を季節ごとに解析しました。

３．大気輸送モデルを用いた発生源・吸収源の推定
成田上空におけるCO₂濃度の変動の由来を調べるために、まず、全球大気輸送モデルを用いて算出したCO₂濃度のデータと、CONTRAILによって観測により得られた季節・高度分布がよく再現できることを確認し、次いで、この輸送モデルを用いて、発生源・吸収源を推定するため、地域を日本(Jpn)、東アジア(CKT)、東南アジア(SEA)、ロシア東部(Eru)、ヒマラヤ(Him)、インド(Ind)の６つの領域に分け、CO₂放出・吸収を化石燃料および陸域生態系由来にの区別して、合計12個のタグを設定し輸送モデルシミュレーションを行いました。(図．1凡例参照)。

成田上空のCO₂濃度の総観規模の変動（Χ）のうち、大気境界層内では日本のCO₂放出・吸収（●と■）の影響が大きいものの、自由対流圏では一年を通じて、東アジアに由来するCO₂の放出や吸収（●と■）に最も影響を受けていることがわかりました。春季に上部対流圏（高度およそ8～10 km）で見られた総観規模の変動幅の増加は、春季に卓越する東アジアからの汚染大気の吹き出し（アウトフロー）により上部対流圏に運ばれたCO₂が偏西風に乗って日本上空を通過する様子を捉えたと考えられます。

３．結果
　CO₂濃度の総観規模の変動が高・低気圧の通過と連動していることを見るため、2007年6月13日～16日の高度約3 kmにおける大気中CO₂濃度の輸送モデルによるシミュレーション結果を、天気図と共に図２に示します。
CO₂濃度の高い気塊が寒冷前線の背後に分布しており、低気圧が本州の南岸を東進するのに伴い、成田上空のCO₂濃度の上昇をもたらしたことがわかります。

■本研究は、環境省地球環境保全試験研究費（地球一括計上）により実施されました。
環1151 民間航空機によるグローバル観測ネットワークを活用した温室効果ガスの長期変動観測 （23年度～27年度）
環境省（独）国立環境研究所　国土交通省気象研究所　研究代表者　町田　敏暢

■この内容をまとめた論文は、平成24年12月26日発行のTellus Series B誌から学術論文(Shirai et al., 2012)として発表されました。
"Relative contribution of transport/surface flux to the seasonal vertical synoptic CO2 variability in the troposphere over Narita"

１．概要
国立環境研究所は、船上において酸素濃度の精密測定を行う計測システムを開発し、グローバルスケールで大気中酸素濃度の空間分布や時間変化を長期間（複数年）観測することに世界で初めて成功しました。この観測により、オーストラリア/ニュージーランド沖で観測される二酸化炭素（CO₂）濃度の高い大気塊のうち2/3以上は化石燃料起源ではなく陸域生態系起源（呼吸、森林火災）であることが分かりました。

２．酸化比によるCO₂起源推定
化石燃料や有機物の酸化反応におけるCO₂の放出量と酸素の消費量の比（酸化比=O₂消費量（モル）/CO₂生成量（モル））は、酸化される物質の元素組成（炭素:水素:酸素:硫黄:窒素）に依存して1～2の間のさまざまな値を取る。陸域生態系や化石燃料の平均的な酸化比、さらに、代表的な化石燃料の酸化比をまとめると次のようになる(表1参照)。

大気中CO₂濃度および酸素濃度の現場観測を行うと、数時間～数日スケールの変動の観測が可能になり、CO₂濃度の上昇に伴い酸素濃度の減少が見られる。このCO₂および酸素濃度の変動比は、CO₂発生源の組成比と関連付けられると考えられるため、大気中CO₂および酸素濃度の観測に基づきCO₂の起源の推定が試みられている。

３．結果
2007年9月から2009年7月までのデータを解析したところ、オーストラリア/ニュージーランド沿岸を航行時に5～40ppm程度CO₂濃度が一時的に上昇する現象が観測された。その各々の事例についてCO₂とO₂濃度の相関を調べた結果、O₂減少量/CO₂増加量比（-ΔO₂/ΔCO₂比）は、1.15以下のものが全体(23例)のうちの2/3を占め(図)、主に陸域生態系（呼吸と森林火災）のシグナルであると推測された。

■本研究は、環境省地球環境保全試験研究費（地球一括計上）
環0450「陸域・海洋による二酸化炭素吸収の長期トレンド検出のための酸素および二酸化炭素同位体比に関する観測研究」（16年度～20年度）
  環境省（独）国立環境研究所　研究代表者　向井　人史　1,902KB[PDF]
環0955「二酸化炭素の全球収支解明のための大気中酸素および炭素同位体の長期観測 研究（21年度～25年度）
  環境省（独）国立環境研究所　研究代表者　遠嶋　康徳
により実施されました。

■この内容をまとめた論文は、平成24年2月発行予定の米国地球物理学会誌「Journal of Geophysical Research-Atmospheres」に掲載されます。