課題名

A-1 オゾン層変動の総合的観測及び解析に関する研究

課題代表者名

中根 英昭 (環境庁国立環境研究所地球環境研究グループオゾン層研究チーム)

研究期間

平成5−7年度

合計予算額

502,297千円 (うち7年度 158,916千円)

研究体制

(1) 地上からの総合的観測手法の開発とその評価に関する研究

   レーザーレーダーによる下部成層圏オゾン測定手法の高度化に関する研究

(国立環境研究所、文部省宇宙科学研究所)

  ミリ波分光法によるCIO及びオゾン測定手法の開発と評価に関する研究(国立環境研究所)

   赤外ヘテロダイン分光法による微量分子測定手法の開発に関する研究

(国立環境研究所、東北大学)

  可視分光法による窒素酸化物測定手法の開発と評価に関する研究

(国立環境研究所、名古屋大学、東京大学)

(2) 航空機搭載赤外分光計によるオゾン層観測手法の開発と評価に関する研究

(運輸省気象庁気象研究所)

(3) 成層圏エアロゾルがオゾン層に及ぼす影響に関する研究

   エアロゾル及びオゾンの動態に関する観測研究

(環境庁国立環境研究所、郵政省通信総合研究所、運輸省気象庁観測部、名古屋大学)

  エアロゾルがオゾン層破壊反応に及ぼす影響に関するモデル及び実験による研究

(環境庁国立環境研究所、東京大学)

   エアロゾル粒子の物理過程及び計測技術に関する実験的研究

(通産省工業技術院機械環境技術総合研究所)

  エアロゾルの塩素分子生成能に関する実験的研究

(通産省工業技術院資源環境技術総合研究所)

(4) オゾン層変動の解析に関する研究(環境庁国立環境研究所、富山高等工業専門学校)

研究概要

 北半球では、1990年以降ほとんど毎年のように記録的なオゾン層破壊が起こっている。このような予想を越えたオゾン層破壊の機構を明らかにするには、オゾン層変動を総合的に観測することが必要である。本研究の目的は、オゾン層破壊を総合的に把握するシステムの構築に向けて、観測、実験、データ解析手法の確立を図ることである。そのために、地上からの総合的観測手法(オゾンレーザーレーダー、ミリ波分光計、赤外ヘテロダイン分光計、可視分光計)、航空機搭載赤外分光装置による観測、成層圏エアロゾルとオゾンに関する観測、実験、数値モデルを用いた研究、オゾン層観測データの解析に関する研究を行い、集中観測等を通して、オゾン層変動の総合的な把握を試みた。

研究成果

1.地上からの観測手法に関しては、以下の成果をあげた。

 \層圏エアロゾルのオゾンレーザーレーダー観測への影響を小さくするために、289nm292nm299nmの中の二波長を用いる手法、及び窒素分子のラマン散乱を用いる手法について実験を行い下部成層圏において有効であることを実証した。GPSを利用した気球追尾実験を行い、逆differential法によって高い精度が得られることを明らかにした。

 CIOを測定するための200GHz帯での、超伝導ミクサを使った雑音温度温度60KDSB)の低雑音受信器の雑音特性が得られた。また、オゾン分光計の広帯域化を行った。

 O3N2OCH4HNO3を観測することのできる広波数範囲の新しい赤外レーザーヘテロダイン分光計を開発した。また、南極においてHNO3の測定に成功した。

 げ鳥詈光計を用いて、母子里、木曾、陸別での観測を行った。また、陸別、母子里観測所のデータの比較を行い良好な結果を得た。更に、NOXの夜間の変動を観測するための星没観測装置を完成し、東京においてシリウス、プロキオンの観測を行い、東京上空の大気について予想されるスペクトルを得た。

2.成層圏オゾン層内のHCl及びHF等を航空機上から遠隔測定するための手法の確立・評価さらにこれら微量成分の挙動解明を行うための実験観測を行った。すなわち、日本上空での赤外用窓材を通した航空機測定実験、富士山頂における自由対流圏中でのHClのバックグラウンド濃度の測定である。また、スペクトル解析のため、最小自乗法による吸収線合成法を開発した。平成7年度には、北海道を中心に集中観測に合わせた航空機観測を実施した。

3.成層圏エアロゾルがオゾン層に及ぼす影響の研究に関しては、以下の成果を挙げた。

 .譟璽供璽譟璽澄次▲ゾンゾンデ等を用いて、スピッツベルゲン、東シベリアヤクーツク、アラスカ、北海道、つくばにおいて、エアロゾルとオゾンの観測を行った。エアロゾルの高度分布には、極渦の内外で明瞭な違いが見られた。また、つくばにおける下部成層圏オゾン濃度は19951月を中心に低濃度で推移した。また、北海道母子里においてオゾンゾンデ集中観測を29回行った。

 ∪層圏エアロゾルの生成及びオゾン破壊反応への寄与を評価する目的で、HSラジカルと酸素原子との反応に関する実験的研究、イソピンジングフロー法によるOHラジカルの液相への取り込み係数の測定、一次次元モデルによる、エアロゾルの放射過程及び不均一反応がオゾン層に及ぼす影響に関するシミュレーションを行った。

 エアロゾル粒子を安定化して実験/計測を行うための装置を実現した。また、粒子の光学的測定法に関し、測定精度、適用範囲等の向上を行った。

 だ層圏エアロゾル試験チャンバー内部の極成層圏を模擬した環境下での消散−水の気相からの堆積を行い、その組成を赤外分光法により確認した。その結果、氷、α-NAT、β-NATNADNAM、及びアモルファス状態の硝酸/水の固溶体を得たことが明らかになった。

4.北半球中高緯度のオゾン減少の機構を解明するために、課題全体で北海道を中心とする集中観測を行うとともに、SESAME期間中の、東シベリアヤクーツクにおけるエアロゾル、オゾンの気球観測データを解析した。また、極渦崩壊モデルにおいて、外力がフィラメンテーションに及ぼす効果を解明した。更に、Nimbus7衛星搭載センサーTOMSのオゾン全量データの波数解析を行い、大気循環の変動とオゾン変動の年々変化の要因について明らかにした。