一般財団法人 日本環境衛生センター

アジア大気汚染研究センター

Asia Center for Air Pollution Research (ACAP)

主な研究

国設新潟巻酸性雨測定所における研究

近年の代表的な研究成果

<PM2.5の化学的特徴及び発生源寄与度、北東アジアから新潟までの長距離輸送>

2015年5月から2017年2月までの期間の四季において、国設新潟巻酸性雨測定所で2週間にわたって季節別集中サンプリングを行いました。

観測期間中のPM2.5の1日平均濃度は4.2µg m-3から33.4μg m-3で日本のPM2.5の環境基準(35μg m-3)よりも低い濃度で、PM2.5の成分分析の結果、高濃度の硫酸イオン(SO42-)、アンモニウムイオン(NH4 +)及び有機炭素(OC)が、春と夏に観測され、光化学反応と二次OC生成により引き起こされたものと考えられました。

PM 2.5の主要な化学成分は、SO42-、硝酸イオン(NO3-)、NH4 +、有機炭素物質(OCM)、元素状炭素(EC)、及び土壌由来元素であり、他の都市部のデータと比較して、ECとNO3-の濃度は低く、高いOC/EC比が観測されました。これは、測定所近隣に固定発生源がほとんど無く、交通量が少ない農村部であることに起因しているものと考えられました。

PM2.5の発生源を推定するため、Positive Matrix Factorization(PMF)モデル解析を行った結果、PM2.5の発生源寄与度の高い主要な発生源として、海塩(10.2%)、バイオマス燃焼(18.9%)、土壌粒子(13.2%)および二次生成エアロゾル(44.4%)の4因子が検出されました。またPotential Source Contribution Function(PSCF)解析の結果、二次生成エアロゾルと海塩の主な発生源が日本南西部の国内と日本海であることが示唆され、バイオマス燃焼と土壌粒子の発生源については、特定の季節において、北東アジア大陸から長距離輸送されたものであることが示唆されました。

以上の結果を西日本における先行研究と比較すると、本研究における二次生成エアロゾルについては、南西日本の国内寄与が大きいことを示していましたが、先行研究では、東北アジア大陸からの寄与が大きいことが報告されています。一方、バイオマス燃焼の寄与は、秋季では中国北東部、その他の季節では、新潟の農村部と南西日本からの寄与が大きいという独特的な発生源寄与を示していることが本研究で示唆されました。

本研究は、日本学術振興会 科研費 (No. 25502005) 及び環境省環境研究総合推進費 (5-1306)の支援のもとに実施されたものです。

本研究に関連した発表論文は以下のとおり。 Li et al. 2018. Chemical Characteristics and Source Apportionment of PM2.5 and Long-range Transport from Northeast Asia Continent to Niigata in Eastern Japan.
Aerosol and Air Quality Research, 18: 938–956.
http://www.aaqr.org/files/article/6596/9_AAQR-17-05-OA-0181_938-956.pdf

加治川試験地及び伊自良湖モニタリングサイトにおける集水域研究

近年の代表的な研究成果

<中部日本の森林集水域における変動する大気環境に対する河川化学性の応答と硫黄の動態>

中京工業地帯の風下に位置しており、長期的に硫黄や窒素の大気沈着の影響を受けてきている伊自良湖集水域は、1990年代半ばの極端気象がきっかけとなり、酸性化・窒素飽和したと報告されています。この研究では、1988年から得られている河川水質の長期モニタリングデータを、森林集水域への流入・流出物質収支と硫黄同位体比分析の結果を基に解析しました。

河川pHは、硝酸イオン濃度の低下とともに、2000年代初頭にはモニタリング開始時のレベルであるpH7前後に回復しました。近年の大気沈着の低下に加え、極端気象の影響の減少や森林施業(間伐)が、河川水質の回復に寄与したと考えられます。

硫酸イオンは、河川からの流出量が大気からの流入量を超過していましたが、硫黄同位体比分析の結果、地質(岩石)に由来する硫黄がこの流出量超過に大きく影響(75-91%と推定)していることが判明しました。一方で、大気から沈着した硫黄は、土壌に有機態硫黄として蓄積されていることが示唆されました。また、年輪中に含まれる硫黄同位体比は、中京地域の大気沈着の歴史的変化を記録していました。

伊自良湖集水域の河川水質は、大気沈着や極端気象などの大気環境に鋭敏に応答しており、今後も同様の変化が生じると考えられることから、長期的なモニタリングが必要となります。

本研究は、環境省越境大気汚染・酸性雨長期モニタリング事業で得られたデータと関連研究の成果を活用して実施したものです。年輪中の硫黄同位体比分析は、総合地球環境学研究所の同位体環境学共同研究の支援により実施したものです。

本研究に関連した発表論文は以下のとおり。
Sase H et al. 2019. Response of river water chemistry to changing atmospheric environment and sulfur dynamics in a forested catchment in central Japan.
Biogeochemistry, 142, 357–374.
https://doi.org/10.1007/s10533-019-00540-1

<森林集水域における大気から沈着した硝酸の直接流率:窒素飽和指標としての利用の可能性>

名古屋大学環境学研究科の中川書子准教授、角皆潤教授らの研究グループと共同研究を進めてきた、加治川試験地や伊自良湖集水域のモニタリング試料を用いた硝酸イオンの同位体分析に関する研究成果が平成30年11月22日付で、欧州地球科学連合の科学雑誌Biogeosciences誌に掲載されました。研究内容の詳細については、以下のサイトを参照ください。

名古屋大学のプレスリリース
http://www.nagoya-u.ac.jp/about-nu/public-relations/researchinfo/upload_images/20181127_env.pdf

本研究は、環境省越境大気汚染・酸性雨長期モニタリング事業で得られた試料を活用し、日本学術振興会科研費(No.15H02804, 16K14308, 15K12187, 17H00780, 26241006, 及び24651002)の支援の下に実施されたものです。

本研究に関連した発表論文は以下のとおり。
Nakagawa F et al. 2018. Export flux of unprocessed atmospheric nitrate from temperate forested catchments: a possible new index for nitrogen saturation.
Biogeosciences, 15, 7025-7042.
https://www.biogeosciences.net/15/7025/2018/

EANET参加国との共同研究

近年の代表的な研究成果

<タイ北東部の熱帯乾燥常緑樹林における大気沈着の変化に伴う渓流水のアルカリ化と酸性化>

タイ北東部は明瞭な乾季と雨季に特徴付けられる熱帯サバンナ気候にあり、これに伴う大気からの水や物質流入の季節性は、陸域生態系の生物地球化学的過程にも大きく影響すると考えられます。この研究では、タイ東北部のサケラート試験地において、大気沈着と渓流水質に関する現地調査を6年以上に渡り行いました。

イオン成分の大気沈着は、降水パターンを反映して雨季の初めと終わりに増加しました。渓流水質は、これらの降水パターンや大気沈着の季節変化に鋭敏に応答しました。渓流水pHと電気伝導度は、雨季の初めに、アルカリ度と塩基性の陽イオン濃度とともに上昇しました(アルカリ化)。これは、最初の雨による有機物の無機化と土壌での陰イオンの保持によるものと考えられました。

雨季初期のアルカリ化の後に、渓流水のpHとアルカリ度は、雨季の中期から後期の最高濃度となる硫酸イオンの上昇とともに、急速に低下しました(酸性化)。同じような現象が毎年見られ、渓流水で確認された硫酸イオンのピークレベルは、各年の雨季の最初の2か月間(3月と4月)の大気沈着量を反映していました。雨季初期に土壌に保持された水素イオンや硫酸イオンが、季節後半に放出され酸性化を引き起こしたと考えられます。

観測していた6年間に、硫酸イオンの沈着量と濃度は低下しましたが、渓流水のpHは低下しており、硫酸イオンや他の主要イオン濃度は上昇しました。これは、生態系に蓄積されていた物質の放出が、硫酸イオンの濃度や沈着量の低下と雨季中期から後期における降水量の増加によって促進されたと考えられます。

硫酸イオンの保持・放出サイクルは、熱帯サバンナ気候における渓流水質の季節変動および年々変動の両方に大きく寄与していることが示唆されました。

本研究は、文部科学省科研費新学術領域研究(20120012)、環境省環境研究総合推進費(C-052, C-082, B-0801)、及びアジア太平洋地球変動研究ネットワーク(APN, ARCP2012‐18NMY‐Sase; ARCP2013‐13CMY‐Sase)の支援のもとに実施されたものです。

本研究に関連した発表論文は以下のとおり。 Sase H et al. 2017. Alkalinization and acidification of stream water with changes in atmospheric deposition in a tropical dry evergreen forest of northeastern Thailand. Hydrological Processes, 31, 836–846. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/hyp.11062