オゾンホールの日本への影響

環境問題の一つとしてオゾン層の破壊が挙げられる。フロンガスの規制は行われているものの、大気中に蓄積したフロンによりオゾンホールの規模はいまだ縮小し始めていない。2011 年春季には北極観測史上最大のオゾンホールが観測された。このオゾンホール自体は極渦内部で起きる現象のため人が多く住む中緯度地域への影響は少ないが、下部成層圏においてオゾンを再生する化学反応は存在しないので、極渦の崩壊後にはオゾン破壊のおきた空気塊が拡散し中緯度大気に影響を及ぼす。本研究はつくば上空における極渦崩壊前後のオゾンの濃度を比較することによって、オゾン層破壊の影響が日本にどの程度あるのか調べることを目的とする。
つくばの国立環境研究所ではフーリエ変換型分光計(FTIR)を用いて大気微量成分の観測を行っており、東北大学ではこの観測スペクトルを用いて解析を行っている。本研究ではオゾン、フッ化水素(HF)についてスペクトルフィッティングプログラムSFIT2 を用いて高度分布を導出している。
下部成層圏ではHF は化学的に安定で、力学的輸送の指標として使えるためHFを同時に調べている。オゾンとHF の相関を取ることで力学的変動分をキャンセルし、求めたいオゾンの化学破壊による変動分を導出することができる。極渦崩壊前後のオゾンとHF との相関を比較し、オゾンの化学破壊を経験した空気塊がどの程度中緯度に影響を及ぼすかを調べている。
後藤(2010)は同じつくばの観測から2008 年までの解析を行っており、2005-2008 年の3 月から5 月に観測された高度19km 付近における中緯度空気塊のオゾン-HF 相関から2007、2008 年には極渦崩壊後にオゾン量が減少していることを見出した。その減少量は0.2-0.4ppm であった。本研究では研究方法の有効性の検証を含めて2002-2011 年の年間の日本上空へのオゾン層破壊の影響を調べる。

The ozone depletion is one of the environmental problems. In 2011, ozone depletion which was comparable to the Antarctic ozone hole occurred in the Arctic.
The ozone depletion has occurred inside the polar vortex. The airmass from inside the polar vortex is spread to mid-latitude in spring after its breakup. The purpose of this study is to quantify the impact of polar ozone depletion on mid-latitude by comparing the amounts of ozone in mid-latitude airmasses before and after the breakup of the polar vortex.
Vertical profiles of ozone and hydrogen fluoride (HF) have been retrieved from infrared spectra observed with a Fourier transform infrared spectrometer (FTIR) at Tsukuba using the SFIT2 spectral fitting program developed by Rinsland et al. [1998].
HF can be used as a tracer of the transport, because HF is a remarkably stable species in the stratosphere. Ozone and HF usually show a very high correlation in the lower stratosphere because both species are stable. But the correlation will be changed when ozone is chemically perturbed. Therefore, we examined the correlations of mixing ratios between ozone and HF in the mid-latitude airmasses before and after the breakup.
Goto et al. [2010] compared the ozone-HF mixing ratio correlations in the mid-latitude airmasses before and after the breakups of the polar vortex between 2005 and 2008 and indicated that ozone was decreased by 0.2 to 0.4 ppmv at around 19km altitude in 2007 and 2008.But she did not investigate ozone-HF mixing ratio correlations from January to December. So,we investigate  the annual impacts of the Arctic ozone depletion on Japan in 2002-2011.

地球超高層大気の微量成分分析

Credit by JAXA

Credit by JAXA

「大気微量成分」とは、大気中に含まれる成分のうち窒素・酸素以外、その混合比が1%にも満たない成分のこと。オゾンや二酸化炭素がその代表です。量はわずかでも地球大気の温度や循環などの環境に与える影響が大きく、また窒素酸化物等による大気汚染のように生物に直接影響を与える現象もあります。我々は、その中でオゾンを中心とした各微量成分の変動を、主に分光学的な手法、例えばフーリエ変換型赤外分光計を用いた成層圏・対流圏の観測や、高高度気球を用いた上部成層圏の観測によって研究しています。

“Atmospheric trace species” is the component which mixing ratio is less than 1%, like O3, CO2, CH4 etc. Despite of their small amount, they affect a lot to temperature and circulation of the atmosphere. It also affects human health in the case of air pollution by NOx etc. We have observed the variation of these species mainly by spectroscopic methods such as FTIR and high-altitude balloon observations.

成層圏突然昇温の解明

Credit by NASA

Credit by NASA

The final target of this research is to find out the potential response of the atmospheric compositions affected by Sudden Stratospheric Warming (SSW) in the upper stratosphere and mesosphere. A SSW is a dramatic middle atmosphere event where the polar vortex of westerly (eastward) winds in the winter hemisphere abruptly (i.e. over the course of a few days) slows down (Minor warming) or even reverses direction (Major warming). During such events, the polar stratosphere exhibits warming of tens of degrees over a few days and polar mesospheric cooling has also been observed during SSWs. Over the past decades, satellite instruments have observed the impact of SSW events on minor constituents like carbon monoxide (CO), ozone (O3), nitrous oxide (N2O) and water vapor (HO2). It is now clear that SSWs are dynamical disturbances affecting the entire middle and upper atmosphere, in addition to perturbing the tropospheric circulation (Kvissel, O.-K., et al., 2011). We investigated the impact of SSW in the stratosphere and lower mesosphere using newly obtained data with SMILES (Superconducting subMillimeter Limb Emission Sounder).