| 中国からの大気汚染物質の拡散評価（数値モデルを用いた解析 気象研究所 千葉 長 |
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１． はじめに 地球の現在の大気の主な構成要素は窒素（78％）と酸素（21％）で、,残りの１％を二酸化炭素、アルゴン、水蒸気が占めている。このほかに地表面からはさまざまな物質が気体あるいは粒子状物質〔エアロゾル〕として放出されるが､大気全体に占める重さで見た割合はわずかである。しかし環境への影響を考えるとき、微量物質がもたらす物理、化学的性質が重要となってくる。 物理的な性質としてはガスやエアロゾルが持つ光学特性がまず考えられる。ガスの場合無色であることから太陽の光に対しては透通性を有するものの、赤外線を遮蔽する効果から温室効果気体として作用するものがあり二酸化炭素はその代表的なガスであり（人間活動によって最も多く排出されるガス）、現在その増加が最も懸念されている気体である。エアロゾルも赤外線に対する遮蔽効果を持っているが同時に太陽の光を散乱､吸収する作用があるために放射過程を通した（ここで言う放射は太陽光及び地球の熱帳射の波長範囲の電磁波の放射、吸収過程を意味する）光エネルギーの全体の収支としては地球を冷やす方向に働くことが多い。 このほかエアロゾルは水蒸気が凝結して雲粒になる際の凝集核としての働きを持っており雲の形成、光学特性の決定に重要な役割を果たしていると考えられている。 微量物質が化学的活性を有している場合、大気中でさまざまな化学反応を引き起こし、都市域でのオキシダント濃度の増加、対流圏のオゾン量の増加、酸性雨など動植物に有害な影響をもたらす場合がある。1950 −60 年代に各地で発生した硫黄化合物のもたらす喘息などの健康障害は強力な排出規制を制定させることとなり、この結果日本における脱硫技術は世界で最も進んだものとなっているのは記憶に新しい。 現在中国は急激な経済発展を遂げると共に、大量の二酸化炭素、硫黄化合物、窒素化合物を排出しており、1995年の推計値では二酸化硫黄が年間2282万トン、窒素化合物が994万トン排出されていると推定される（村野、2001）。日本からは硫黄化合物が110万トン、窒素化合物が231万トンとなっており、中国の排出量がいかに大きいかが伺える。 本稿ではこれらの地表面から大気中に放出された物資が風によってどのように運ぱれ再び地表面に沈着するかについて、これまで行われている研究結果や数値モデルを用いた評価の紹介を行う。 ２．酸性雨及び酸性化物質 環境省では1983年から2002年にかけて酸性雨調査を実施し、20年間の調査結果を取りまとめている(環境省、2004)。ここでは降雨た大気塵埃と共に地表面に沈着する酸性化物質(硫黄化合物、窒素化合物)の量の測定、降水のpHの測定、植物への影響などが実施され、日本における酸性雨の実態とその影響についてまとめられている。
図１に示されるように日本の雨のpHは4,49〜5.85の範囲にあり、全国平均では4.77であるとしている。もともと自然の状態でも雨は二酸化炭素を含んでいるためにp H5.6前後の酸性を示すといわれており、これよりも小さいpHの降水が多いようであれば酸性化物質の影響を受けていると考えてよい。小笠原では5.21、気象庁が行っている南鳥島での観測はp H5.6となっており、陸地から遠くなるほどpH値が上昇している。太平洋側と日本海側を比較するとやや日本海側が高いようであるが報告書ではこれについては触れていない。降水中に含まれる非海塩性硫酸イオン濃度の季節変化を見ると日本海側では冬季に大きく、下夏季は小さくなるという明瞭な季節変化を示し、冬の大陸からの風に乗って酸性化物質が日本まで輸送されていることを示唆している。太平洋側ではそのような季節変化は見当たらない(図2)
硫黄化合物、窒素化合物はともに排出･された後大気中で化学反応が進み硫酸イオンあるいは硝酸イオンとしてそれ自身が小さな粒子状物質になったり、雨に取り込まれたりしている。風に乗って運ぱれながら途中雨などがあればそこで洗い流され大気から除去される。日本に沈着する酸性化物質のうち何％が大陸起源であるかという見積もりは評価を行った機関によって異なるが、硫黄化合物で5･40％、窒素化合物で25･30％前後となっている。大陸起源として日本に直接的な影響があるのは中国及び朝鮮半島であり、10％前後は朝鮮半島から飛来しているとしている。 佐藤（2001）はアジア域の広域気象モデルと粒子追跡法（ラグランジュモデル）に基づく微量物質の輸送モデノレを組み合わせて日本で観測される硫黄酸化物がどの地域から放出されたものであるかを求めている。図４には人為起源及び火山からの二酸化硫黄の放出量の大きさと分布が示されている。人為起源の大きな･発生源としては中国大陸が最も多いことがわかる。この図は2000年のデータに基づいて作成されているが、三宅島の噴火に伴う二酸化硫黄の放出は含まれていない。三宅島は噴火当初は一日４万トンの二酸化硫黄を放出していたが、その後滅少し現在は約5000トン程度となっている。年に換算すると 180万トン程度となり、日本全体から排出されるに硫黄化合物の量を超えている。
図４は輸送モデルで計算された2000年1月の隠岐におけるS042−の湿性沈着に対する各発生源の寄与率を示したものである。横軸は火山も含んだ1 4 2点の発生源を示している。湿性沈着の場合は地表付近に至らない上層に存在している硫黄酸化物が降水によって地表面に沈着する。モデルでは最大凝結高度の下層で降水が起こるとしており、この厚い気層中にはいろいろな発生源から輸送されてきた硫黄酸化物が存在していると考えられ、これらの硫黄酸化物が湿性沈着の対象となるわけである。このようなことから、湿性沈着に対しては寄与率の違いはあっても、いろいろな発生源からの寄与が見られる。図４にも見られるように、それぞれの地点の寄与率は大きくないが中国の多くの発生源が隠岐島における沈着に関与しておりその総計としてみた場合、中国の発生源の影,響は小さくない。 ３．毎日の大気汚染物質の分布（日々の分布予測） 地表面から放出される物質が大気中をどのように輸送され沈着されるかということとは大気の流れと途中の沈着を起こす過程によって決められる。ある地点に置ける時々刻々の微量物質の濃度は 濃度＝大気中への放出＋輸送による変化＋化学反応による変化＋ 降水の洗浄除去に伴う変化十雲の形成時の変化＋ 重力沈降・ ・ ・ ・ ・ （１） 等の重ねあわせで決められる。 気象研究所では大気中の各種のエアロゾルの分布の監視と予測を目的として全球エアロゾルモデル（MASINGAR、Tanaka and Chiba2005）を開発し、これを用いて日々試験的な運用を行っている。ここでは（１）式で示される過程を組み入れ、硫黄酸化物、土壌性ダスト、煤、有機炭素、海塩粒子について自然起源、人為起源の大気中への放出及び大気･中での化学変化も考慮して大気中濃度及び地表面への沈着量の評価を行っている。
図５に示されるような地表面からの発生のもとで大気中におけるそれぞれの物質の時空間的な変動を実際に観測される気象及び予測された気象を用いて計算する。硫黄化合物は人為起源のものと自然起源のものが合わさって図示されている。炭素については煤と有機炭素の合算したものを図示しているが計算で‘はそれぞれ別に取り扱っている。 自然起源のものも多く焼畑や自然の森林火災などがその発生源になっている。海塩は海面の風が強く波立っているところで多く供給されている。土壌性のダストは乾燥域で、ある一定の風速以上の風が吹くと舞い上がることを元に計算されるものであり、サハラ砂漠、中東及び中国が大きな供給源となっている。
図６は３日間の予測を行ったときのそれぞれの物質の地表付近における分布を表している。硫黄化合物と煤は中国における発生量の多いことを反映して中国大陸で大きい。海塩粒子は沿岸付近では塩害を引き起こす厄介な物質であるが海上の風の強いところで濃度が高くなっている。 土壌性ダストは中国内モンゴル付近で発生したダストストームで大気に供給されており、こののち数日で日本に達する。 ４． まとめ 大気汚染物質の中でもっとも大量に排出されているのがニ酸化炭素、ついで硫黄化合物、窒素化合物があげられる。物理化学的性質の違いによって環境に与える影響は異なっているが、これを正しく精度よく評価して将来に禍根を残さないような方策を採ることが求められる。オゾン層の破壊に関して作られたフロンガス規制、温暖化抑止のための京都議定書などは将来を見据えた大気汚染物質の抑制プログラムとして全世界に適用されているが、そのほかの大気汚染物質については国際的な抑止プログラムは今のところ無い。大気の運動が国境を越えて汚染物質を運ぶことを認識し、排出抑止に向けた適切な協力関係を築くことが必要であると考えられる。 近い将来天気予報と同じようにこのような大気の微量成分の分布の将来予測が日常的に行われるようになっていくと考えている（ちなみに黄砂予測に関しては気象庁が一昨年から始めており、またいくつかの機関で試験的に大気汚染物質の予測を行いＷＥＢ上で公開している）。このような動きが大気汚染物質の排出抑制に向けた動きを加速するのではないかと思う。 参考文献 村野健太郎：「環境省地球環境研究総合推進費「東アジア地域の大気汚染物質発生・沈着マトリックスの作成と国際共同観測に‘関する研究」平成1 1 ･ 1 3 年度【1999･2001】 佐藤純次:「東アジア地域の大気汚染物質発生・沈着マトリックス作成と国際共同観測に関する研究」平成1 1 ･ 1 8 年度【1999−2001】 サブテーマ：東アジア地域の広域輸送モデル開発に関する研究環境省，酸性雨対策検討会，2004 ： 酸性雨対策調査総合とりまとめ報告書． Tanaka,T.Y.and Chiba、M.:Global Simulation of dustaerosol with a chemical transport model, MASINGAR,J.Meteor.SOc.Japan,88A,255･278【2005】 |
