太郎坊のそよ風

認定NPO法人 富士山測候所を活用する会 スタッフブログ

2011年10月


氏名: 河村公隆(Kimitaka KAWAMURA)

所属: 北海道大学 低温科学研究所(Institute of Low Temperature Science, Hokkaido Univ.)

共同研究者氏名・所属:

関宰(Osamu SEKI)1)、福田康朗(Yasuro FUKUDA)1),2)

1)北海道大学 低温科学研究所(Institute of Low Temperature Science, Hokkaido Univ.)

2)北海道大学大学院 環境科学院(Graduate School of Environmental Science, Hokkaido Univ.)

   

研究テーマ:

富士山頂における有機エアロゾルの組成と起源に関する研究

A study on chemical composition and origin of organic aerosols collected at the summit of Mt. Fuji

研究結果:

大気中に存在する微粒子(エアロゾル)は、太陽光の散乱を引き起こし、雲の凝結核として作用することで気候に影響を与えると考えられている。その中でも特に低分子ジカルボン酸をはじめとする水溶性有機化合物の果たす役割は大きい。また、水溶性有機化合物は大気に発生源から直接排出されるものだけでなく、大気中で他の有機化合物が光化学的反応を受けることにより二次的に生成することが知られている。しかし、そのメカニズムは十分に理解されているとは言えない。そのため、当該研究グループではこれまで各地において有機エアロゾルの観測を行ってきた。


本研究では昨年度同様、富士山頂において有機エアロゾルの捕集を行うことで、東アジア・北太平洋域の自由対流圏における有機エアロゾルの分布と起源、輸送過程における光化学的変質に関する新たな知見を得る事を目的としている。

今年度の観測では、下記の二種類の機材を用いてエアロゾルのサンプリングを行った。

①ハイボリュームエアサンプラー(HV): 全粒径かつ詳細な化合物の分析に必要な大容量のエアロゾル粒子の捕集を目的とする。

②ローボリュームインパクター(LV): 気体として多くが存在している有機酸(ギ酸や酢酸など)の捕集を目的とした小型のサンプラー。中性フィルターにはエアロゾル粒子を、アルカリ含浸フィルターにはガス状有機酸を捕集する。


今年度の観測は8/3?8月29日にかけて、富士山測候所3号庁舎西側外部で実施した。エアロゾルは8/3-8/6は日中と夜間に分けて、それ以降は2日毎にフィルター交換を行い、LV, HVそれぞれ18セット(36枚)と15枚のフィルターを得た。

採取したフィルターは、水による抽出、ブチルエステル誘導体化を行った後に、ガスクロマトグラフィー(GC)、ガスクロマトグラフィー/質量分析計(GC/MS)によって低分子ジカルボン酸類の分析を行う。また、同様に有機溶媒で抽出を行い、植生や森林起源の有機物トレーサー(SOAトレーサーを含む)や、森林火災起源の有機物トレーサーの分析も行い、それらが自由対流圏に与える影響に関しても考察を行う。更に、ガス状及び粒子状の低分子モノカルボン酸を測定し、その濃度・分布を明らかにする。

全炭素(TC)、全窒素(TN)全有機炭素(OC)、水溶性有機炭素(WSOC)、イオン、GC/C/irMSによる化合物中の安定炭素同位体比の測定なども合わせて行い、更に考察を深めていく予定である。


一昨年および昨年度の我々の観測結果からは、自由対流圏内の有機エアロゾル濃度を明らかにするとともに、境界層内から低分子ジカルボン酸や森林起源の化合物が山頂に大量に輸送されていることが推測された。今年度の観測によって得られた多くの試料を分析することで、これらの結果を検証するとともに、自由対流圏内の有機エアロゾルの挙動に関して、さらに深い考察を行う事ができると期待される。特に、低分子有機酸の測定を山岳域で始めて行うが、低地からの輸送の間にこれらが生成されている証拠を入手することが期待される。




英文:


Atmospheric aerosols, suspended particles in the atmosphere, are thought to affect climate and weather condition via scattering solar radiation and acting as a cloud condensation nuclei (CCN), which can be a nuclei to form clouds. Among them, water-soluble organic aerosols, including low molecular weight dicarboxylic acids, are thought to have a large effect on a climate. Water-soluble organic aerosols are composed of not only primary emitted materials to the air, but also chemical degradation products of organic precursor compounds. Our laboratory has done many campaigns to reveal chemical compositions and distributions of organic aerosols at many locations.


This study aims to reveal molecular distributions, origins and transport pathway of organic aerosols over East-Asia and the western North Pacific region by analyzing the filter samples collected at the summit of Mt. Fuji following the results of the 2009 and 2010 campaign.


We had set two types of samplers to collect aerosol samples for each objectives described as below.

1. High-Volume air sampler (HV): for Total Suspended Particles (TSP), which will provide enough materials needed for detailed organic chemical analyses.

2. Low-Volume impactor sampler (LV): for organic acids such as formic and acetic acids, most of which exist in a gas phase in the air. The quartz filters that were impregnated with KOH were used to collect gaseous organic acids whereas particulate organic acids were collected on neutral quartz filters.


Sampling campaign had conducted from August 3rd to 29th 2011 at the outside of the 3rd Building at Mt. Fuji weather observatory. 15 HV filters and 18 sets of LV filters have been collected during this summer campaign.


Dicarboxylic acids will be measured by using GC/FID and GC/MS after dibutyl esterification of target compounds. And other organic compounds which was emitted from biomass burning and secondary products of biomass emissions will also be measured. Organic acids will be determined by GC/FID after derivatization to p-bromophenacyl esters. We will consider about the importance of these compounds in the free troposphere.


By analyzing samples we collected last year, we could identify chemical compositions and size distributions of various organic compounds over Mt.Fuji, and the results also suggested that many organic compounds are transported from the planetary boundary layer to the summit.

We expect that this year’s samples will provide more insights about the information on free tropospheric organic aerosols.

(参考)プロジェクト計画:
富士山頂における有機エアロゾルの組成と起源に関する研究

本研究では、富士山頂における有機エアロゾルの組成と起源を明らかにする為に、前年に引き続いて有機エアロゾルの観測を行う。今年度は、昨年度用いたハイボリュームエアーサンプラー(エアロゾル全量)とミドルボリュームエアーサンプラー(粒径別エアロゾル)に加えて、ローボリュームエアーサンプラー(有機酸捕集)、霧水採取器を持ち込む予定である。これらの観測結果を総合する事で、山頂に輸送された有機エアロゾルに関するより詳細な知見を得る事を目的とする。試料から分離した有機物の解析にはGC, GC/MS, GC/irMS等を使用予定。




氏名: 三浦和彦 Kazuhiko Miura

所属: 東京理科大学理学部 Faculty of Science, Tokyo University of Science

共同研究者氏名・所属:

永野勝裕(東京理科大学理工学部) 

小林 拓(山梨大学)

Katsuhiro Nagano (Faculty of Science and Technology, Tokyo University of Science)

Hiroshi Kobayashi (University of Yamanashi)

   

研究テーマ:

富士山頂におけるエアロゾル粒子と雲凝結核の測定

Measurements of aerosol particles and cloud condensation nuclei at the summit and a base of Mt. Fuji

研究結果:

7月15日?8月24日まで、山頂において、エアロゾルの粒径分布、雲凝結核濃度、ラドン濃度、イオン濃度の連続測定を行った。例として光散乱式粒子計数器(RION KR12)で測定した直径0.3 m以上、1 m以上、5 m以上の粒子数濃度の時間変化を図1に示す。5 m以上の粒子は例年同様、登山客の影響を受け、日中高い値を示している。日中8月19日?23日にかけて全粒径範囲で濃度が低いのは降雨があったためである。今後、他の要素と比較検討する。

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図1 富士山頂で測定した0.3?m以上、1?m以上、5?m以上の粒子数濃度の時間変化







英文:


Size distribution of aerosol particles, cloud condensation nuclei concentration, radon concentration, and ion concentration was measured continuously at the summit during July 15 and Aug. 24, 2011. Figure 1 shows the time variations of concentration of particles larger than, 0.3 m 1 m, 5 m in diameter measured with an optical particle counter (RION KR12).  Concentration of particles larger than 5 m showed high values in daytime by local influence.  Concentrations measured between Aug. 19 and 23 were affected by rain and showed low values in all ranges.  More detailed discussion will be done comparing with other elements.


研究成果の公表:
論文発表(投稿中)

長谷川、三浦、飯沼、小林:富士山山頂における雲凝結核濃度の測定、エアロゾル研究


口頭発表

三浦:東京理科大学総合研究機構山岳大気研究部門の紹介、エアロゾル科学技術研究討論会、大阪府立大学、2011.8.27

東京理科大学総合研究機構シンポジウム 2011年11月21日 東京理科大学野田校舎(予定)

日本大気電気学会第86回研究発表会 2012年1月5-6日 電気通信大(予定)v

気象学会2012年春季大会(予定)

地球惑星連合2012年大会 幕張メッセ(予定)

(参考)プロジェクト計画:
富士山頂におけるエアロゾル粒子と雲凝結核の測定

基礎生産性の高い海域から放出される生物起源気体は、海洋エアロゾル粒子の重要な起源である。粒子数が増加することにより、雲は大気の負の放射強制力を増すが、大気境界層には海塩粒子が存在するので新粒子生成は起こりにくく、自由対流圏で生成されると思われる。富士山山頂は年間を通して自由対流圏内に位置することが多いが、大気境界層内の影響を無視する事ができない。そこで、山頂および太郎坊において同時に、エアロゾル粒子の粒径分布、雲凝結核数、小イオン濃度、ラドン濃度の測定、個々の粒子の元素分析を行い、それらの関係について調べる。



氏名: 保田 浩志 Hiroshi Yasuda
所属: 独立行政法人放射線医学総合研究所 National Institute of Radiological Sciences

共同研究者氏名・所属:

矢島 千秋・放射線医学総合研究所

鴨川 仁・東京学芸大学教育学部

徳丸 宗利・名古屋大学太陽地球環境研究所

東又 厚・三樹工業株式会社

他協力者数名

Kazuaki YAJIMA, National Institute of Radiological Sciences

Masashi KAMOGAWA, Department of Physics, Tokyo Gakugei University

Munetoshi TOKUMARU, Solar and Terrestrial Environmental Laboratory,

Nagoya University

Atsushi Higashimata, Sanki Kogyo Co. Ltd.

Other several collaborators

   

研究テーマ:

高高度宇宙線環境のリアルタイムモニタリング

Real-time Monitoring of High-Altitude Radiation Environment

研究結果:

太陽フレアの発生により大気圏内の宇宙線強度が突発的に変動した時の、航空機内における被ばく線量の時間推移を迅速かつ正確に評価するため、我が国でも最も高度の高い(大気厚の薄い)旧富士山測候所において宇宙線を連続計測し、そのデータから上空の線量を常時リアルタイムに推定するシステムを構築する。今回は、これまで取り組んできた宇宙線観測の経験を基に、昨年バッテリー切れで中断した通年観測を実現することを目的とした。同時に、雷と同時に発生する放射線の強度及び時間パターンの観測も並行して実施した。


通年観測を実現するため、富士山頂から水平距離で約15km 離れた場所にある名古屋大学太陽地球環境研究所の敷地内に無線LAN アンテナを設置し、データ受信用の機器及び携帯電話会社のインターネット回線を介して研究代表者の勤務先(千葉市の放射線医学総合研究所)で観測データをモニタリングできるようにした(図1)。


旧富士山測候所においては、1 号庁舎2 階の西側のエリアを借用し、高エネルギー拡張型中性子測定装置、専用データロガ―、長距離無線LAN 通信機器一式、34 個のリチウムイオンバッテリー、そのコントローラーを断熱材と共にコンテナに入れた状態で設置(図2)、2011 年8 月25 日に問題なくデータが取得できることを確認した。翌26 日には、電力消費を抑えるため、6 時間間隔に自動起動し通信を行うよう設定を変更、通年のデータ取得に向けた観測を開始した。2011 年9 月末現在、順調に観測データが取得できている。


なお、これとは別に、1 号庁舎2 階のアンテナボックス及び御殿場市内にあるNPO の臨時事務所にも長距離無線LAN の通信機器一式を設置し、当該回線をNPO と山頂間の連絡や他の研究チームのデータ通信に提供した。

今後、通年観測データに成功すれば、太陽磁場強度及び上空の線量を常時推定するためのプログラムの開発に取り組み、将来には、日本ひいてはアジア上空の宇宙線被ばくを監視する拠点を富士山頂に構築したいと考えている。

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図 1. 長距離無線LAN 機器を配備した旧富士山測候所と名古屋大学太陽地球環境研究所富士山測候所の位置関係.


Fig.1 Locations of the Fuji Observatory of Nagoya University and the Mount Fuji Weather Station where the long-distance wireless LAN has been installed.



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図2. 旧富士山測候所1 号庁舎2 階に設置した宇宙線観測装置(2011年8月)



Fig.1 Instruments for cosmic radiation measurements on the 2nd floor in the 1st building of the Mount Fuji Weather Station (taken at August 2011).







英文:



The authors are developing a cosmicradiation monitoring system in the Mount Fuji Weather Station, the highestplace in Japan, to estimate enhanced radiation exposure at aviation altitude inaccordance with solar activities. In this summer (2011), we tried to establisha whole-year continuous monitoring of cosmic-ray neutrons. Also, effects ofthunderstorm activity on the increase of radiation intensity were investigated.

For real-time, accurate dosimetry of cosmicradiation, a set of wireless LAN instruments were installed at the FujiObservatory of Nagoya University, which is located at about 15km distant fromthe summit of Mout Fuji (Fig.1). The data were sent in real time from thefacility to NIRS (Chiba, Japan) via internet.

A energy extended neutron monitor wasplaced at 2nd floor of 1st building of the Mount Fuji Weather Station withwireless LAN instruments (Fig.2). The data acquisition was confirmed on August25 and automatic data sampling with a time interval of 6h started from the nextday (Aug.26).

At the end of September, the dataacquisition is successfully going on.

Using this system, we plan to make a onlineprogram which gives real-time solar magnetic potential and aviation dose forflights in Asia.




研究成果の公表:


1) Hiroshi Yasuda,Kazuaki Yajima, Satoshi Yasuda, Dosimetry of cosmic radiation in the tropospherebased on the measurements at the summit of Mt. Fuji. Proc. Radiochim. Acta, 1:67-70, 2011.

2) Hiroshi Yasuda,Tatsuhiko Sato, Hidenori Yonehara, Toshiso Kosako, Kazunobu Fujitaka, YasuhitoSasaki:

Management ofcosmic radiation exposure for aircraft crew in Japan. Radiat. Prot. Dosim. 146:123-125, 2011.

3) Hiroshi Yasuda,Kazuaki Yajima, Masashi Takada, Tatsuhiko Sato, Takashi Nakamura. Developmentof Cosmic Radiation and Energetic Particle Analysing System :CREPAS. Prog.Nucl. Sci. Technol., 1: 356-358, 2011.




(参考)プロジェクト計画:
宇宙線被ばく線量評価の信頼性向上を目的とした富士山頂での放射線測定
我が国で実施されている航空機乗務員の被ばく線量評価の信頼性を高めるため、日本最高峰に位置する富士山測候所において宇宙線を常時監視する体制を構築し、そのデータから上空の線量を迅速かつ正確に推定できるようにする。本年度は、昨年4カ月の連続データ取得に成功した経験を踏まえ、バッテリーの増強などを図ることで通年観測の実現を目指す。又、雷雲の活動に伴う高エネルギー放射線の発生機構についても考察する。




氏名: 井出 里香 Rika Ide
所属: 東京都立大塚病院 Tokyo Metropolitan Ohtsuka Hospital

共同研究者氏名・所属:

五島 史行(日野市立病院)

Fumiyuki Goto  (Hino Municipal Hospital)

堀井 昌子(神奈川県予防医学協会)

Masako Horii  (Kanagawa Health Service Association, Clinic Center)

上小牧 憲寛(国際医療福祉大学)

Norihiro Kamikomaki  (International University of Health and Welfare)

   

研究テーマ:

富士山頂における歩行バランスの評価

Estimation of walking balance in Mt. Fuji (3776m)

研究結果:

急性高山病(Acute Mountain Sickness, 以下AMSと略す)には、めまい・ふらつきなどの症状もあり、高所では身体のバランスを崩して滑落事故へつながることがある。AMSの症状が出る前から身体動揺が出現するとの報告もあり、今回、富士山頂(標高3776m)で歩行バランスを評価できる加速度センサー(8チャンネル小型無線モーションレコーダー, MicroStone社)を用いて歩行バランスの評価を行なった。被験者7名中3名は、平地と比較して富士山頂で歩行バランスの揺れが著明に増大した。この3名はAMS スコア4、経皮的動脈血酸素飽和度(SpO2)70%前後と他の被験者と比べてAMSの症状は明らかであった。また全被験者において下りの歩行バランスの揺れは増大した。これは、下りで滑落事故が多いという事実を裏付ける要因の1つと考えられる。本機器は小型、軽量であるので、今後、実際の登山コースでの歩行バランスの評価への応用を検討している。





英文:



Dizziness and body sway are symptoms ofacute mountain sickness (=AMS). These symptoms are connected with slip downaccident at high altitudes. Previous reports have suggested that body swayappear before the onset of AMS.

We investigated the ability of gyrosensor(MicroStone Inc.) as the measurement of useful to evaluate walking balance inMt. Fuji (3776m). 3 subjects of 7 subjects more increased the sway of walkingbalance in Mt. Fuji than ground level. They showed obvious symptoms of AMS andAMS score 4, SpO2 were around 70%. All the subjects increased the sway ofwalking balance of descend. It suggested that this result is one of the reasonswhich slip down accidents are high frequency in descending. This instrument issmall and light (weight), it is possible to apply to estimate the walkingbalance in mountain course.


研究成果の公表:

平成24年登山医学会総会で発表予定

(参考)プロジェクト計画:
富士山頂における身体動揺の簡易測定の有用性について

急性高山病(Acute Mountain Sickness, 以下AMSと略す)には、めまい、ふらつきなどの症状もあり、高所では身体のバランスを崩して滑落事故へつながることがあります。 AMSの症状が出る前から身体動揺が出現するという報告もあり、富士山頂(標高3776m)において早期の身体動揺を評価できるパラメーターとしてジャイロセンサーによる簡易測定の有用性について重心動揺計と比較検討する。同時にAMS症状スコアリングおよび経皮的動脈血酸素飽和度(SpO2)、心拍数を測定し、AMSとの関連についても評価する。





氏名: 向井人史・須永温子・野尻幸宏/ Mukai Hitoshi・Atsuko Sunaga・Yukihiro Nojiri
所属: 独立行政法人 国立環境研究所 地球環境センター 炭素循環研究室

National Institute of Environmental Studies(NIES)、Center of Global Environmental Research (CGER)

共同研究者氏名・所属:

技術提供:紀本電子工業

研究支援:NPO富士山測候所を活用する会

   

研究テーマ:

富士山頂における無人の継続的二酸化炭素濃度測定

unattached CO2 measurement on the summit of Mt. Fuji

研究結果:

2009年より、NIESが開発した遠隔地用自立電源型自動二酸化炭素濃度測定システムを用い、富士山頂にて大気中二酸化炭素濃度の無人の長期通年観測を行っている。電源自立型の衛星通信システムを備えた耐低温性の小型の装置であり、観測データを衛星通信で毎日定時測定後につくばの環境研究所にメールで送信している。

2010年8月末から2011年7月中旬までの測定データを回収すること、装置を交換しメンテナンスを行なうこと、そして、陸電供給がない測候所閉所期間の冬期10ヶ月の間の観測用電力を確保する100個の低温用鉛蓄電池を充電することを、夏期開所期間の重要な作業として行なった。今年度は、昨年導入した自動で100個の電池を充電する充電装置に改良を重ね、放電への切り替えのためのつなぎ替え作業を行なわなくても済むようにスイッチ回路を作成し設置した。(写真1,2)

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写真1、CO2測定システム                 写真2、充放電切替え装置と自動充電器




夏期観測期間中は通常の1回/日から4回/日の測定に切り替え、得られたより多くのデータを収集し今後の解析に利用する。また、今年度は簡易型のCO2濃度測定機を御殿場事務所と太郎坊に設置し、富士山頂の濃度変動との関連性を比較した。汚染の少ない昼間の御殿場濃度は山頂と同程度になることがあるが、逆に低い場合や高い場合も存在することが分かる。山頂の日内濃度変化は御殿場に比べてはるかに小さく数ppm以下であった。(図1)

測候所の開所中はボトルサンプリングによる大気採取も行い、測定装置により得られたデータとの比較を行った。
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図1、 御殿場と山頂でのCO2濃度比較








英文:


Since 2009, National Institute for Environmental Studies (NIES) has operatedunattached year round atmospheric carbon dioxide (CO2) measurementon the top of Mt. Fuji. We developed a CO2 observation system forthis purpose that is designed especially for remote, cold severe environments whereno constant energy supply is available. It is a small stand-alone power systemwith cold-endurance batteries, and a satellite data communication system isequipped to send data to NIES everyday.

This summer in 2011, we collected data from August, 2010 up to themiddle of July in 2011, changed the measurement devices for maintenance, andcharged 100 Pb batteries. 100 Pb batteries provide electric power to theobservation system for 10 months when the land line is not available duringwinter season.  Last year, we developedan automatic battery charge system and installed it. This year, we improved itby adding switching circuits in order to avoid manual switching operation thatrequires reconnection of hundreds of line cables. 


While the observatory is open, the measurement was increased from once a day to 4 times a day. Moreover, as a new experiment, another simple CO2 measurement instrument was placed at NPO Gotenba office and Tarobo to see the CO2 trend there and compare with CO2 data at Mt. Fuji.  Variation of CO2 concentration in Gotenba was very large, and mostly it showed higher CO2 concentration than at top of Mt. Fuji, even in noontime when the air is mixed vertically, suggesting that emissions from local sources must influenced the CO2 concentration at the ground level.

 

研究成果の公表:

論文などでの発表を予定

NOAAの年会で一部ポスター発表

NHK おはよう日本

朝日新聞夕刊(9/28)で一部発表など

(参考)プロジェクト計画:
富士山頂における無人の継続的二酸化炭素濃度測定
2009年より、NIESが開発した遠隔地用自立電源型自動二酸化炭素濃度測定システムを用い、富士山頂にて大気中二酸化炭素濃度の長期観測を行っている。電源自立型の衛星通信システムを備えた耐低温性の小型の装置である。観測されたデータは毎日定時測定後につくばのNIESにe-mailで送信されている。2010年の夏季より2年目の無人の越冬観測に突入したが、通信やメンテナンスの方法など更に改善が期待される部分を残している。観測を継続しながらデータの分析を行うと同時に、長期的観測を見越したシステムつくりを進めていく。測候所の開所中はボトルサンプリングによる大気採取も行い、測定装置により得られたデータとの比較を行う。




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