上部対流圏下部成層圏におけるオゾン同位体比の3次元グローバル観測

对流层上层和平流层下层臭氧同位素比值三维全球观测

基本信息

批准号：
11J09766
负责人：
佐藤知紘
金额：
$ 1.15万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2013
项目状态：
已结题

项目摘要

地球の大気は、他の惑星の大気に比べて極めてユニークな構造を持ち、オゾンはその中心的な役割を担っている。一般に同位体比は、その物質の起源物質、生成環境や反応過程、生成後の変質、消滅環境や反応過程、といった複雑な履歴を記録しており、物質循環のトレーサーとして用いられる。オゾンの酸素同位体比は大気中の他の酸素化合物の中で最も大きく、大気中の物質循環を理解する上で、オゾン同位体比の振る舞いを把握することは極めて重要である。これまでのオゾン同位体比の観測は気球を用いたその場観測が主流で、大気をグローバルな範囲で包括的に観測した例はない。本研究では、超伝導サブミリ波リム放射サウンダー(SMILES)の観測スペクトルデータを用いて、オゾン同位体比のグローバル分布を明らかにし、その形成メカニズムを理解することを目的とする。SMILESのようなリモートセンシング(リモセン)観測では、分子存在量といった物理量は観測スペクトルから反転解析によって求められる。本研究では、この反転解析手法をオゾン同位体比の導出に特化した。特に、先験値情報にオゾン同位体比の知見を導入し、リモセン観測では弱点であった観測確度の問題を解決した。この解析アルゴリズムによって導出されたオゾン同位体比の高度分布は、高度約30～40kmでは高度とともに上昇する傾向を示した(過去の観測と一致)。更に、未踏領域であった高度40km以上におけるオゾン同位体比の観測に初めて成功し、オゾン同位体比は成層圏界面(約45km)で極大となり、それ以上の高度領域では高度とともに減少することを明らかにした。本研究の成果は、オゾン同位体比が高度領域によってその振る舞いを変えることを観測によって世界で初めて明らかにし、オゾン同位体比研究に新しい知見を与えた。また、アルゴリズムの開発によって同位体比というより観測が困難な物理量の導出に成功し、リモセン観測の新たな可能性を示した。

与其他行星的大气相比，地球的大气层具有非常独特的结构，臭氧起着核心作用。通常，同位素比记录了复杂的历史，例如物质的起源，生产环境和反应过程，形成后的改变，消失环境和反应过程，并用作材料循环的示踪剂。臭氧是大气中任何其他氧化合物的最大氧同位素比，理解臭氧同位素比的行为对于理解大气中的材料循环非常重要。先前对臭氧同位素比率的观察结果主要是使用气球进行原位观察，并且从未对全球范围内的大气进行全面观察。这项研究旨在使用从超导下降的亚毫会波边缘辐射器（微笑）中观察到的光谱数据阐明臭氧同位素比率的全球分布并了解其形成机制。在诸如微笑之类的遥感（边缘新近）观察中，诸如分子丰度之类的物理量是通过从观察到的光谱中的反转分析来确定的。在这项研究中，这种反转分析技术专门用于得出臭氧同位素比。特别是，我们将臭氧同位素比率的发现引入了先验的价值信息，并解决了观察准确性问题，这是Rimexene观测值的弱点。该分析算法得出的臭氧同位素比的高度分布显示，在约30-40公里的高度（与过去的观测值一致）时，随着高度增加的趋势。此外，我们首次成功地观察到40公里或更高的高度的臭氧同位素比，这是一个未开发的区域，并揭示了臭氧同位素比在平流层界面（约45 km）达到其最大值，并且在较高高度地区的高度下降。这项研究的结果是通过观察到臭氧同位素比改变其行为，这取决于高度区域，从而为臭氧同位素比率研究提供了新的发现。此外，算法的开发成功地得出了比同位素比率更难观察的物理量，这表明了边缘新近观察的新可能性。