エーロゾル

地球規模で気候に大きな影響を与えるような大 規模な火山噴火は、1991年のピナトゥボ火山噴火 以降は発生しておらず、日本におけるエーロゾル 等による大気の混濁は 1963年のアグン火山噴火 以前のレベルに戻っている。

日本におけるエーロゾルの分布は、風上の地表 面被覆の種類や気象状況等の影響を受けるため、

大気中のエーロゾル濃度やエーロゾル粒子の大き さ等は、地点や季節により異なる。本州周辺では、

黄砂が多く飛来する時期である 3～6月にエーロ ゾル光学的厚さが大きい。

(1) はじめに

エーロゾルとは大気中に浮遊するちりなど固体 又は液体の微粒子のことで、半径 1nm（nm は 1/10⁹m）程度から10μm（μmは1/10⁶m）程度の 大きさである。半径 1μm より小さい粒子の多く

は、化石燃料やバイオマス燃焼などの人間活動か ら放出される気体から生成される、硫酸（塩）、硝 酸（塩）、有機物などである。一方、半径1μmよ り大きい粒子は海塩粒子、土壌粒子（黄砂を含む）

など、風によって巻き上げられたものが多い。

エーロゾルは、太陽放射を散乱・吸収して地表 に到達する日射量を減少させ気温を低下させる、

いわゆる日傘効果をもつ一方で、地球からの赤外 放射を吸収・再放射するという温室効果も持って いる。さらに、これら直接効果の他に雲粒の核と なる微粒子（雲核）として雲の性状（雲粒の数や 粒径分布、滞留時間）を変化させることにより、

間接的に地球の放射収支を変えるという効果もも っている。これら相反する複数の効果が絡むうえ に、分布の時間・空間的な変動が大きいため、エ ーロゾルと気候の関係については解明されていな い部分が多い。IPCC第5次評価報告書では、エ ーロゾルは気候変動の駆動要因の中で最も大きな 不確実性をもたらし続けているとされている。た だし、不確実性を考慮したとしても、エーロゾル の増加は全体として世界平均気温を下げる効果を 持つと考えられている。

大規模な火山噴火は多量の二酸化硫黄を成層圏 に注入し、そこで硫酸塩エーロゾルの発生を引き 起こす。例えば1991年に噴火したピナトゥボ火 山は、噴火後約2年にわたって世界平均気温を0.1

～0.2℃低下させたとされている（Robock and Mao, 1995）。

気象庁は札幌、つくば、福岡、石垣島、南鳥島 の5地点で直達日射計による大気混濁度の観測を、

岩手県大船渡市（綾里）、南鳥島、与那国島の 3 地点でサンフォトメータによるエーロゾルの観測 を行っている。また、気象研究所ではライダーな どのリモートセンシングによるエーロゾルの鉛直 分布（Uchino et al., 1995, 2012 ; Nagai et al., 2010）や直接のサンプリングによる、組成、形状、

粒径分布などの把握に努めている（Okada et al., 2003; Ikegami et al., 2004; Wu et al., 1994）。 図 1.4.31 下向き赤外放射量の年平均値及び 5 年移動平均

値の経年変化（つくば）

(2) 直達日射計による大気混濁度の観測

直達日射とは、大気中で散乱又は反射されるこ となく、太陽面から直接地上に到達する太陽放射 のことである。直達日射量から計算される大気混 濁係数は、エーロゾルのほか、水蒸気、オゾン、

二酸化炭素等の太陽放射の散乱・吸収に寄与する 種々の物質を含む現実の大気の光学的厚さ（太陽 放射に対する大気の不透明さ、濁り具合）が、酸 素や窒素などの空気分子以外の物質が存在しない と仮定した大気の光学的厚さの何倍であるかを表 し、値が大きいほど大気を濁す物質が多いことを 示す。

図1.4.32に示すように、1963年から数年継続 しているやや高い値、1982～85 年と 1991～93 年にみられる極大は、それぞれ1963年2～5月の アグン火山噴火（インドネシア）、1982 年 3～4 月のエルチチョン火山噴火（メキシコ）、1991年 6 月のピナトゥボ火山噴火（フィリピン）によっ て硫酸（塩）エーロゾルの生成のもととなる火山 ガスが成層圏に大量に注入され、成層圏が長期に わたって混濁した結果である。ピナトゥボ火山噴 火以降は大規模な火山噴火が発生していないため、

大気混濁係数はその後次第に小さくなり、現在の 日本における大気混濁係数は、ほぼアグン火山噴 火前のレベルまで戻っている。

(3) サンフォトメータによるエーロゾル光学的 厚さとオングストローム指数の観測

サンフォトメータとは複数の特定波長の直達日 射量を測定する測定器であり、これを使ってエー ロゾル光学的厚さ（AOD：Aerosol Optical Depth、

エーロゾルによる大気の濁り具合）と粒径に関す る情報であるオングストローム指数（値が大きい ほど粒径の小さいエーロゾルが相対的に多いこと を示し、エーロゾルの種類を推定する手がかりと なる）を観測することができる。図1.4.33に示す ように、大陸から離れた南鳥島のAODは年間を とおして小さい値で安定している。一方、綾里や 与那国島のデータは変動が比較的大きい。これは アジア大陸からの黄砂、森林火災の煙、大気汚染 物質等が頻繁に輸送されてくるためと考えられる。

2003年 5月の綾里での大きなピークは、シベ リアで発生した大規模な森林火災の煙が日本上空 に流入してきたことによるものである。また、

2006年 5月の綾里のピークは、大規模な黄砂の 飛来によるものである。

綾里と与那国島のオングストローム指数は 1.2 前後の値をとることが多い一方、南鳥島ではそれ より小さい0.5～1.0程度となっている。これは、

綾里や与那国島に比べて、南鳥島では出現するエ ーロゾルの粒径が大きいことを示している。大陸 から離れた孤島である南鳥島では、比較的粒径が 大きい海塩粒子が卓越するためと考えられる。

図 1.4.32 バックグランド大気混濁係数の経年変化（1960～2013 年）

大気混濁係数に含まれる水蒸気や黄砂、大気汚染エーロゾル等対流圏の変動による影響を除くため、大気混濁係数の月最小値 を用いて国内5地点（札幌、つくば、福岡、石垣島、南鳥島）の平均値を求め、年平均値を算出している。

（第1章 異常気象と気候変動の実態）

なお、1998～2007年の統計期間において、AOD 及びオングストローム指数に長期的な変化傾向は 見られない。

(4) 衛星によるエーロゾル光学的厚さの観測 大気に入射した太陽放射は大気中に分布するエ ーロゾルによって散乱・吸収される。そのため、

大気外にある衛星から地球を観測すると、地球表 面での反射や大気分子により散乱された太陽放射 に加えて、大気中のエーロゾル分布によって散乱 された太陽放射が観測される。これら太陽放射の 各成分は理論的に計算できるため、大気中のエー ロゾルの粒径分布や鉛直分布を仮定すれば、衛星 によって観測される放射量から大気中のエーロゾ ル分布を推定することができる。この手法では地 球表面での太陽放射の詳細な反射率情報が必要と

なるが、海洋上であれば十分な精度で推定可能で ある（Higurashi and Nakajima, 1999）。

気象庁では、ひまわり（MTSAT-2）の可視域デ ータから AODを算出するアルゴリズム（Mano, 2000; 橋本, 2006）を用いて日本周辺海域のエー ロゾルの分布図を作成している。図 1.4.34 は、

2012 年の毎月の月平均の光学的厚さ（波長 500nm）の分布図である。太平洋高気圧に覆われ る日本の南海上では年を通じてAODが小さく、

本州周辺では黄砂が多く飛来する時期にあたる 3

～6月にAODが大きいことがわかる。また、こ の年（2012年）は春から夏にかけて、シベリアで 大規模な森林火災が発生しており、6～7月のオホ ーツク海に見られるAODの大きな領域は、この 森林火災の煙による影響と考えられる。

図 1.4.33 綾里、南鳥島、与那国島における エーロゾル光学的厚さ（AOD 500nm）及びオン グストローム指数（1998 年 1 月～2007 年 3 月）

【コラム⑪】ライダーによるエーロゾル鉛 直分布の観測

ライダー（Lidar）は、レーザー光のパルスを 大気中に射出し、大気分子・雲・エーロゾルなど によって散乱された光を望遠鏡で受信し、エーロ ゾルの鉛直分布を測定する装置である。気象庁は 2002年3月～2011年12月までの期間、岩手県 大船渡市綾里においてライダーによるエーロゾル の鉛直分布の観測を行った。

図⑪.1に2002年3月～2010年11月の季節ご とに平均したエーロゾルの高度分布を示す。成層 圏（季節によって異なるが、概ね高度10km以上）

のエーロゾルは、対流圏と比較して極めて少ない。

対流圏内のエーロゾルは季節による違いが大きい が、概ね地面に近づくほどエーロゾルの量は多い。

これらは、エーロゾルの発生源が主に地面付近に 存在していることによる。

春季（3 月～5 月）は、ほかの期間に比べて特 に対流圏中層のエーロゾルの量が多い。ライダー

図 1.4.34 ひまわり 7 号の可視画像から算出したエーロゾル光学的厚さ（AOD）の月平均分布図（2012 年）

図⑪.1 2002 年 3 月～2010 年 11 月の季節ごと（春：3～5 月、夏：6～8 月、秋：9～11 月、冬：12～2 月）の平均（綾 里）

散乱比は、ライダーで受信した散乱光の強度から求めたエ ーロゾル濃度を示す値。値が大きいほどエーロゾル濃度が 高いことを表す。