lNTRODUCTlON 1996ACTIVITIES

Technical Reports of the MRI，No．371999

1996ACTIVITIES

lNTRODUCTlON

   In1996，GRD scientists forcused their study on atmospheric chemistry，biogeochemical oceanography，and enVirOnmental radiOaCtivity．

   Intemationa1／National scientific programs an（i budgetary funds for our studies are shown in Table2。

1．Field Observation Studies

GREENHOUSE GASES（CO2，CH4，and CO）

1．Stuaies on Greenhouse Gases in Upper Air Using Commercial Airliners   l．I Atmosphedc CO2and CH4measurements from l993to l994

      Matsueda an−Inoue（1996）

   The increase of trace gases such as carbon dioxide in the atmosphere is expected to contribute to on−going global warming and to af『ect the chemical cycles in the atmosphere．Recent levels of greenhouse gases in surface air have been regularly observed at worldwide sampling networks such as NOAA／CMDL and GAW，but few systematic measurements have been ma（1e of greenhouse gases in the upper atmosphere．

   Matsueda and Inoue（1996）developed a new automatic nask sampling system for the Boeing747

commercial airliner in Apri11993to observe the mixing ratios of CO2，CH4and other trace gases in the upper atmosphere at altitudes of9−13km using regular commercial且ights between Australia and．Japan．This program was to clahfy seasonal variations an（i secular trend．s in greenhouse gases in the upper atmosphere through cooperation supPorted by the JAL Foundation，Japan Airlines（JAL），the JMA，and Japan s Ministry of Transportation．

   They（iescribed their sampling system and the results of CO2and CH4measurements in the upper troposphere for one year from1993to1994（Fig．96−1）．The air sampling system was（1eveloped to coHect air samples automatically in12electrochemically buf『e（i titanium且asks of automatic air sampling equipment

（ASE）using a metal bellows pump．Engine bleed（fresh air outsi（1e the aircraft）was intro（1uced into the ASE through a pneumatic system and a bypass intake using a metal beHows pump for nushing an（1compressing the air sample into flasks．Storage tests indicate（i no signi五cant change of CO2and CH4mixing ratios in sample∬ask unt丑analysis．

   The air sample was analyzed for the CO2mixing ratio using an NDIR and．for CH4mixing ratio using a GC−FID in the Iaboratory．Analytical precision for measurement was less than±0．02ppm for CO2and less than

±0．12％forCH4．

   The CO2an（1CH4mixing ratios in the air sample were referenced to five working stan（1ar（1gases of CO2 in air and CH4in air．Working standards were calibrated regularly by primary standards．No signiHcant drift of

mixing ratio was foun（i in any of the working stan（lards in high−pressure aluminum cylinders for one year．AU mixing ratios are reported in ppm or ppb by mole fraction in dry air based on the WMO x85scale for CO2and the MRI／GRD scale for CH4．

Author：Katsuhiko Fushimi e−ma翌：kfushimi＠mrijma．go．jp

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Reprinted fromz4渉o窺osρh6ηOo勘吻o〃耀磁30，Matsueda andInoue，Measurementsofatomospheric CO2and CH4 using a commercial airHner from1993to1994，1647−1655，Copyright（1996），with kind permission from Elsevier Science．

Technical Reports of the MRI，No．371999

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Fig。96−2 Averaged CO2mixing ratios（closed circles）and SD（e貰or bars）jor121atitudinal bands between30。N and         30。S at9−13km over westem Pac置c．Selected data presente（1as（＋）．Thick Hnes：best fit curve of data；dotted         l血es：且tte（l straight trend．

Northem Hemisphere（CH4） Southem Hemisphere（CH4）

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Technical Reports of the MRI，No．371999

   Air was sampled．monthly over the westem North Pacific between Narita（35。46 N，140。23〆E），Japan，and．

Caims，（16。53 S，145。45／E），Australia，during1993−1994（Figs．1and2）．Measurements of CO2and CH4in the Northem Hemisphere showed a clear seasonal cycle greatly inHuenced by the seasonal variation in the lower troposphere（Figs．96−2and96−3）．A significant decrease in mixing ratio during winter was observe（i in CH4 variation，suggesting the intrusion of lower stratospheric air into the upper troposphere．The seasonal variation of both gases gradualy decaye（1toward the equator，but a dif侭erent seasonal cycle appeared in the Southern Hemisphere．This change indicated the significance of meridional transport of both gases through the upper troposphere into the Southem Hemisphere．The mixing ratio level of both gases showed a recent increase in the upPer troposphere．

  1．2CO2，CH4，and CO in the upper troposphere from1993to l996

       Matsueda，Inoue，an虚Ishii（1997）

   Matsueda6地1．（1997）summarized observation results for CO2，CH4and CO in the upper troposphere observed using a commercial airliner from1993to1996．To expand the observation region to the south，

sampling且ights after July1994were made using a d近erent JAL airliner from Sydney（16。53 S，145。45／E）to Narita，Japan．Sampling f且ght frequency was increased to about twice a month to obtain higher time resolution data．

   The sampling system was operated regularly using a JALαirliner between Australia and Japan for3years from Ap且11993to April1996．A unique set of data for trace gases has been obtaine（1in the upper troposphere at9−13km over the westem Pacific．Data analysis of the observed results indicated they were successful in observing recent trends and seasonal cycles of CO2，CH4，and CO between300N and30。S（Figs．96−2，96−3and 96−4）．The recent tren（1indicated recovery in the rate of CO2and CH4increase after the great anomaly around 1992．Seasonal cycles showed a large（iifference between the Northem and Southem Hemispheres．The northem

seasonal cycle was influenced by lower tropospheric variations and mixing processes in stratospheric air，while upper tropospheric transport was identified as an important process for the seasonal cycle in the Southem Hemisphere．In a（1dition，biomass buming in the Southem Hemisphere was i（lentified as an ad（1itional source of trace gases in the upPer troposphere．

   More long・term observation is necessary in this program to gain a better understanding of the global cycle of trace gases in the upper troposphere。Special attention should be paid to the impact of widesprea（i biomass buming on the upper atmospheric environment．

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       Fig．96−4 As in Fig。96−2for CO．

Technical Reports of the MRI，No371999

2．Greenhouse Gas Behavior in Westem anσCentral Pacific Ocean

2．l Evaluation of CO2excha㎎e at sea surface in westem North Pa面c：△pCO2dis㎡bu丘on and CO2flux       M皿ata，Fushimi，lnoue，Hirota，Nemoto，Okabe，Yabu㎞，and Asa皿uma（1996）

   We conducted repeated observation of carbon dioxide partial pressure（pCO2）in the westem North Pacific since1981．The increasing trend of pCO2in su㎡ace water in the region north of100N at1370E was reported for the first time by Inoueα召1．（1995）as（1escribed in1995ACTIVITIES．This result suggests that the mi（1dle latitude of the westem North Pacific is a sink for atmospheric CO2an（1pCO2is increasing．

    To evaluate CO2exchange at the sea surface in the westem North Pacific（130。E−1600E，30。N−0。）

throughout one year，Murataαα1．（1996）mapped the△pCO2using data observed from1987to1993by the

JMA and the MRI on board several research vessels（Fig．96−5）．They calculated the CO2flux based on surface seawater CO2normalized，interpolated，and extrapolated using the temperature dependence of dissolved CO2 determined empirically（Fig．96−6）．

    They obtained．the jollowing results：

（1）The△pCO2map shows that the region north of100N is a sink of＜一70μatm at a maximum in winter an（1     a source of＞40μatm at a maximum in summer．This demonstrates a large seasonal change in△pCO2     reaching90μatm．

（2）The region south of100N is a source of40μatm in winter an（l is almost at equHibhum with atmospheric CO2     in summer．This seasonal tendency is the reverse of that in the region north of10。N．

（3）Integrated annual net CO2aux is−22．4／一48．6MtC（ocean influx）in the region north of100N and3．7／5．4     MtC（ocean e租ux）south of it，depending on the wind−dependent transfer velocity and exchange coefacient     （Table96−1）．

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     Fig．96−6 Continued．

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Technical Reports of the MRI，No．371999

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△pCO2（μatm）：August

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160E 165E 170E