トピックス

1. 長崎県・福江島におけるアジア大陸起源広域大気汚染の観測

データ共有：福江島において2009年から多成分の大気汚染物質を観測してきました。
BC、PM_2.5、CO、O₃の観測データはページの下にある表からアクセスできます。

アジア地域の迅速な経済成長と産業革新は、エネルギー源の転換、土地利用の変化など、人間活動からの気体及び粒子状の大気汚染物質の排出パターンを変化させています。また、林野火災や砂塵の発生など、自然環境も複合的に変化しています。このような変化は、東アジア地域の大気環境の変化だけでなく、短寿命気候強制因子（SLCFs）として地球温暖化にも大きな影響をもたらします。さらには、大気中のエアロゾルが長距離運ばれ、北太平洋地域への窒素や鉄などの栄養塩供給や北極の温暖化にも影響を及ぼす重要な要因となっています。

長崎県の福江島は、局地的な人為起源発生源の汚染物質の排出が少なく、秋季から春季にかけてアジア大陸からの大気移流の影響を捉えるのに理想的な地点です。そこで我々は2009年から、福江島においてオゾン（O₃）、一酸化炭素（CO）、二酸化窒素（NO₂）、微小粒子状物質（PM_2.5）、さらにその中のブラックカーボン（BC）・有機炭素（OC）・ブラウンカーボン（BrC）・水溶性イオン・金属成分（鉄など）などの大気汚染物質の長期観測を行ってきました。その結果、以下のような重要な科学的知見を得てきました。

1. 日本のPM_2.5の環境基準は、設定当初（2009-2010年など）はアジア広域大気汚染の流入により非達成だったが、急速に改善された（金谷有剛ほか（2010）、プレスリリース#1）。
2. BCについても10年で中国の排出量が半減したことを示し、IPCCの第６次評価報告書に取り上げられた。結果をもとに、約2倍過大評価だったCMIP6での排出量の入力値が後日改訂された（Kanaya, Y. et al. (2020)、金谷・山地（2021）、プレスリリース#5）。
3. 春季の東アジア下流域のBCの約9割が化石燃料の燃焼に起因することを明らかにし、人間活動の抑制がBC濃度削減に効果的であることを示した。一方で、OCにとっては人間が抑制できない自然起源の寄与が無視できないこともわかった（Miyakawa, T. et al. (2019)、プレスリリース#4）。
4. 中国でのBCは主に家庭部門から排出されていることを解明した。経済性評価も踏まえ、気候安定化や健康改善のための有効な削減オプションとなる（Kanaya, Y. et al. (2021)、プレスリリース#6）。
5. 気候変動に重要な影響を及ぼすが、物理性状・発生源・化学反応過程に関して今なお十分理解されてこなかったBrCについて、光吸収オングストローム指数を見出し、同指数を地上リモートセンシング手法でも評価されている全球で広がっているSKYNET観測網の検証につながった（Zhu, C. et al. (2021)）。
6. 人間の健康、気候変動、生物地球化学といった地球システムにおいて重要な役割を果たす硫黄・鉄・シリカ・銅・鉛・マンガンなどの微量元素成分の高時間分解観測を東アジアで初めて成功させ、元素ごとの人為起源排出、発生源寄与率、消失機構などを明らかにした（Miyakawa, T. et al. (2023)、宮川・伊藤（2023））。

これまで行ってきたBCや鉄などの成分・元素別の大気エアロゾル観測の結果は、大気化学輸送モデルの検証・改良に有効活用され、多くの研究で観測とモデルの融合によるシナジーを生み出しています（Matsui, H. et al. (2013, 2014); Ikeda, K. et al. (2014, 2015, 2022); Kanaya, Y. et al. (2017), Ito and Miyakawa (2023),プレスリリース#7）。その他、KORUS-AQ（2016年）（Tang, W. et al. (2018, 2019)）やEMeRGe-Asia （2018年）（Kanaya, Y. et al. (2020)）などの大規模な航空機観測キャンペーンにおいて、地上での観測データを提供し、また、欧州や韓国の人工衛星によるO₃やNO₂濃度の地上検証を実施するなど（Cuesta, J. et al. (2018), Pinardi, G. et al. (2020), Liu, M. et al. (2020), Verhoelst, T. et al. (2021), Chan, K. L. et al. (2023), Zhang, Y. et al. (2023)）、国際的な研究プロジェクトに貢献しています。また、アジア地域の貴重な長期観測データとして、国際コミュニティに発信しています。

今後も、多種類の大気汚染物質の高精度観測を継続し（MAX-DOAS装置によるNO₂等の観測についてはこちらにもご参照）、新たな観測キャンペーンであるASIA-AQ（2024年）などに貢献します。また、引き続き大気化学輸送モデルの検証と改良、人工衛星観測や地上リモートセンシング観測の検証に役立つ基礎データを提供します。加えて、アジア地域から海域に供給されるエアロゾルに含まれる窒素・鉄・その他の微量元素などを定量化し（船上での大気観測についてはこちらにもご参照）、海洋生態系や炭素循環とのリンクを明らかにします。

大気環境、気候変動など広い分野での研究者に活用いただくため、これまでに福江島において取得した下記データを共有します。各データファイルのヘッダーに書かれている主要担当者にご連絡の上、ご活用ください。

主な観測データの1時間値

大気物質	期間	ダウンロード先	主な関連論文
BC	2009-2023	bc_fukue_2009-2023_hourly.csv	Kanaya et al., AST 2013; Miyakawa et al., ACP, 2017; Miyakawa et al., AE, 2019; Kanaya et al., ACP, 2020; Kanaya et al., Sci Rep, 2021.
PM_2.5	2009-2023	pm25_fukue_2009-2023_hourly.csv	金谷ほか、2010; Kanaya et al., AAQR, 2017; Kanaya et al., ACP, 2020. Miyakawa et al., ACP, 2023.
CO	2013-2023	co_fukue_2013-2023_hourly.csv	Kanaya et al., ACP, 2020; Kanaya et al., Sci Rep, 2021.
O₃	2009-2023	o3_fukue_2009-2023_hourly.csv	Kanaya et al., AAQR, 2016.

＊福江の位置： 32.75°N, 128.68°E, 80 m above sea level.

長崎県福江島における大気環境観測施設の位置（32.75N, 128.68E）とJAMSTEC観測施設の屋上からの眺望（地図はGoogle Earthにより作成）。

2009年から観測を継続している大気中BC、PM_2.5、COおよびO₃濃度の長期変動。

具体的な研究例（2020年以後の一部）

1. COVID-19・パンデミック期の排出バランスの解析から、中国から排出されるブラックカーボンの主要起源は「家庭」部門であることを解明した。詳細はKanaya, Y. et al. (2021)、や関連プレスリリース（2021年12月）を参照。

2. ブラックカーボンの長期観測から、中国からの排出量が2009–2019年で4割もの大幅な減少をしていることを明らかにし、IPCC第6次評価報告書に取り上げられた。詳細はKanaya, Y. et al. (2020)や金谷・山地（2021）、関連プレスリリース（2020年6月）を参照。

3. PM_2.5の金属成分の多元素同時観測から、鉄とマンガンの濃度を人為起源と黄砂等鉱物起源の寄与に分けて解明した。詳細はMiyakawa, T. et al. (2023)を参照。

もっと知りたい方へ

プレスリリース

その他のアウトリーチ

1. 未解明の微粒子「エアロゾル」 ―大気モニタリングからその実態とメカニズム解明に挑む（2023年12月）

主な研究論文

1. Miyakawa, T. et al. (2023), Trace elements in PM_2.5 aerosols in East Asian outflow in the spring of 2018: Emission, transport, and source apportionment, Atmos. Chem. Phys., 23, 14609–14626
2. Ito and Miyakawa (2023), Aerosol iron from metal production as a secondary source of bioaccessible iron, Environ. Sci. Technol., 57, 10, 4091–4100.
3. Chan, K. L. et al. (2023), Global Ozone Monitoring Experiment-2 (GOME-2) daily and monthly level-3 products of atmospheric trace gas columns, Earth Syst. Sci. Data, 15, 1831–1870
4. Zhang, Y. et al. (2023), POMINO-GEMS: A research product for tropospheric NO₂ columns from Geostationary Environment Monitoring Spectrometer, Atmos. Meas. Tech., 16, 4643–4665.
5. Ikeda, K. et al. (2022), Evaluation of anthropogenic emissions of black carbon from East Asia in six inventories: Constraints from model simulations and surface observations on Fukue Island, Japan, Environ. Sci.: Atmos., 2, 416–427.
6. Kanaya, Y. et al. (2021), Dominance of the residential sector in Chinese black carbon emissions as identified from downwind atmospheric observations during the COVID-19 pandemic, Sci. Rep., 11, 23378.
7. 金谷有剛、山地一代（2021）．長崎県・福江島での10年間の観測から評価した中国からのブラックカーボン排出量と減少トレンド．エアロゾル研究36, 104–109.
8. Zhu, C. et al. (2021), Light-absorption properties of brown carbon aerosols in the Asian outflow: Implications of a combination of filter and ground remote-sensing observations at Fukue Island, Sci. Tot. Environ., 797, 149155.
9. Choi, Y. et al. (2021), Long-term variation in the tropospheric nitrogen dioxide vertical column density over Korea and Japan from the MAX-DOAS network, 2007–2017, Remote Sensing, 13, 1937.
10. Verhoelst, T. et al. (2021), Ground-based validation of the Copernicus Sentinel-5P TROPOMI NO₂ measurements with the NDACC ZSL-DOAS, MAX-DOAS and Pandonia global networks, Atmos. Meas. Tech., 14, 481–510.
11. Kanaya, Y. et al. (2020), Rapid reduction of black carbon emissions from China: evidence from 2009–2019 observations on Fukue Island, Japan, Atmos. Chem. Phys., 20, 6339–6356.
12. Liu, M. et al. (2020), A new TROPOMI product for tropospheric NO₂ columns over East Asia with explicit aerosol corrections, Atmos. Meas. Tech., 13, 4247–4259.
13. Pinardi, G. et al. (2020), Validation of tropospheric NO₂ column measurements of GOME-2A and OMI using MAX-DOAS and direct sun network observations, Atmos. Meas. Tech., 13, 6141–6174.
14. 金谷有剛（2019）．分光学的手法を用いた観測によるアジア大気汚染の統合的理解の推進．天気 67, 519–529.
15. Miyakawa, T. et al. (2019), Characterization of carbonaceous aerosols in Asian outflow in the spring of 2015: Importance of non-fossil fuel sources, Atmos. Environ., 214, 116858.
16. Tang, W. et al. (2019), Source contributions to carbon monoxide concentrations during KORUS-AQ based on CAM-chem model applications, J. Geophys. Res. Atmos., 124, 2796–2822.
17. Tang, W. et al. (2018), Evaluating high-resolution forecasts of atmospheric CO and CO2 from a global prediction system during KORUS-AQ field campaign, Atmos. Chem. Phys., 18, 11007–11030.
18. Cuesta, J. et al. (2018), Transboundary ozone pollution across East Asia: daily evolution and photochemical production analysed by IASI + GOME2 multispectral satellite observations and models, Atmos. Chem. Phys., 18, 9499–9525.
19. Kanaya, Y. et al. (2017), Observed and modeled mass concentrations of organic aerosols and PM_2.5 at three remote sites around the East China Sea: Roles of chemical aging, Aerosol Air Quality Res., 17, 3091–3105.
20. Miyakawa, T. et al. (2017), Alteration of the microphysical properties of black carbon through transport in the boundary layer in East Asia, Atmos. Chem. Phys., 17, 5851–5864.
21. Kanaya, Y. et al. (2016a), Diagnosis of photochemical ozone production rates and limiting factors in continental outflow air masses reaching Fukue Island, Japan: ozone-control implications, Aerosol and Air Quality Res., 16, 430–441.
22. Kanaya, Y. et al. (2016b), Long-term observations of black carbon mass concentrations at Fukue Island, western Japan, during 2009–2015: Constraining wet removal rates and emission strengths from East Asia, Atmos. Chem. Phys., 16, 10689–10705.
23. Ikeda, K. et al. (2015), Source region attribution of PM_2.5 mass concentrations over Japan, Geochem. J., 49, 185-194.
24. Kanaya, Y. et al. (2014), Long-term MAX-DOAS network observations of NO₂ in Russia and Asia (MADRAS) during 2007–2012: instrumentation, elucidation of climatology, and comparisons with OMI satellite observations and global model simulations, Atmos. Chem. Phys., 14, 7909–7927.
25. Ikeda, K. et al. (2014), Sensitivity analysis of source regions to PM_2.5 concentration at Fukue Island, Japan, J. of Air & Waste Manage. Assoc., 64, 445–452.
26. Matsui, H. et al. (2014), Volatility basis-set approach simulation of organic aerosol formation in East Asia: implications for anthropogenic-biogenic interaction and controllable amounts, Atmos. Chem. Phys., 14, 9513–9535.
27. Kanaya, Y. et al. (2013), Comparison of black carbon mass concentrations observed by multi-angle absorption photometer (MAAP) and continuous soot-monitoring system (COSMOS) on Fukue Island and in Tokyo, Japan, Aerosol Sci. Technol., 47, 1–10.
28. Matsui, H. et al. (2013), Seasonal variations of Asian black carbon outflow to the Pacific: Contribution from anthropogenic sources in China and biomass burning sources in Siberia and Southeast Asia, J. Geophys. Res., 118, 9948–9967.
29. Li, J. et al. (2013), Uplifting of Asian continental pollution plumes from the boundary layer to the free atmosphere over the Northwestern Pacific Rim in spring, SOLA, 9, 40–44.
30. 金谷有剛、竹谷文一、入江仁士ほか（2010）．九州福江島における通年PM_2.5質量濃度測定値の大気環境短期基準超過．大気環境学会誌45, 289–292

本文文責：朱春茂