井上奉生

3７ 法政大学教養部紀要

No.84,1993年

空中塩分の標高別降下特性

井上奉生

Ｉはじめに

大気中に浮遊する微粒子（エアロゾルまたは空中塩分）の起源としては，海 水の飛沫，土壌粒子や火山からの放出物等の舞いあがったもの，花粉等の植物 起源のもの，さらには近年大幅に増加した化石燃料の燃焼産物の排出などがあ げられる。これらは大気の移動，つまり風により発生場所より粒径にもよる が，長・中・短距離それぞれに運搬輸送され，それ自体直接的に，あるいはレ インアウト，ウォッシュアウトとして地表に降下する。また，変形変質されて 降下することもある。以上の過程を経て，各物質の濃度分布あるいは降下量が 決定され，そこに存在する陸水の溶存成分の起源の一部となったり，植物など の生物やひいては人間生活にも影響を与えることになる。

本研究は，比較的人為の影響が小さいと推定される東北地方北部の内陸に位 置する独立峰において標高別に各成分の降下量を求めたものである。なお，蔽 雪期にも実施したが，これは近辺からの土壌粒子の舞いあがりの影響はほとん ど無いと推定されるため，空中塩分の起源を長・中距離輸送の承を考慮すれば よいと考えられたためである。

、調査方法

ＩＩ－１調査対象地域

秋田県北秋田郡の北緯40度に位置する森吉山（標高1,454.2ｍ）の北西斜面 とした。観測位置（標高）の決定はトーメン気圧高度計（ＴＸ型）を使用した

(図１)。

3８

灘

|欝塞

１１－２試料採取方法

降水：細口のポリエチレン製ピン（ｎ用）に直径90ｍｍの同製のロー トを装着したしの（パルク法）を地上約1.5ｍの高さに設置した。また，同様 の装置に蒸発防止用にオイル（灯油）を油膜が張る程度に投入したものを併設 し，降水量の測定用とした。

積雪：各採取地点の積雪を内径50ｍｍの塩化ペニールパイプで採取，融 解ざせ雨量換算および分析試料とした。

なお，全試料ともフィルターでろ過し分析に供した。

１１－３分析項目

降水および積雪の主要成分であると同時に循環塩と考えられるＣｌ－，ｓ042-, Ｎａ+，Ｋ+，Ｃａ2+，Ｍｇ２＋と人為的彫響が大きいと推定されるＮＯ３－，ＮＨ`＋の

８項目である。なお，現地にてｐＨ，電導度（積雪の場合は融解直後）を測定 した。他の項目は島津イオンクロマトグラフ（HIC－６Ａ）を使用した。

3９

11-4試料採取期間

1991年２月18日から３月17日（積雪)，1991年９月13日から10月４日（降水）

および1991年12月25日から1992年２月14日（積雪）の計３回である。

II-5風向資料

３回にわたる期間中における秋田市および仙台市の上空約1,500ｍ(850hPa，

21時）の卓越風向を気象庁天気図より整理し，風向頻度を求めた。

、調査結果 111-1各成分の測定結果

表１（積雪Ｉ)，表２（降水)，表３（積雪Ⅱ）に各期間それぞれの測定結果 を，表４に各期間別に標高別各成分の降下鐘を示した。また，各期間中の卓越 風向頻度を表５に示した。（表２の標高400ｍ地点では台風19号の強風により支 柱が倒れ，降水斑の測定は不可能であった。また，地表の土壌，植生等の影響 が大きく，その値は参考とし，平均値より除外した)。

ｐＨ：降水の値は5.28（標高1,000ｍ）から６．２７（同500ｍ）の間にあり，平 均値は5.65である。ただしこの値は長時間（約３週間）にわたり大気と平衡状 態にあり，すなわちＲｐＨの値に近似するものと思われる。これに対して積雪 の値では第１回は4.49から5.23の間にあり，平均値は4.99と極めて低い。第２ 回目には4.94から5.56の間にあり，平均値5.17と第１回目よりは高い値を示す

ものの降水の値よりは低い。

電導度：降水の平均値は18.4‘s/ｂｍであるが，積雪では１回目，２回目そ れぞれ31.4,31.7浬s/cｍと降水の値より高い。このことは積雪中には電解質 物質がより蓄積されていることを示している。

その他の各成分についてゑると，降水試料と積雪試料にかなりの濃度的相違 がみられる｡両者の各成分濃度を比較すると次のように分類することができる。

降水試料が高い値を示す成分 Ｃﾉｰ，Ｋ＋

積雪試料が高い値を示す成分 SO3-，Ｎａ+，Mg2+，ＮＯ３－

明瞭でない成分

4０

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4２

Ｃａ2+，ＮＨ４＋

これらのなかで降水試料中のＣﾉｰの値が極めて高いのは1991年９月27～28日 の台風19号の影響により海塩粒子が日本海より運搬されたものと考えられる。

111-2各成分の降下鼠

濃度，降水量（積雪の場合は融解量)，試料採取面積より算出した降下趾を 表４に示す。単位はｋg/km2/dayである。

1991年２月18日から３月17日の積雪試料の平均値はＣノーが3.99,ｓ042-が 7.83,Ｎａ+が12.35,Ｋ+が1.21,Ｍ92+が1.47,Ca2+が1.86,Ｎ03-が2.41, ＮＨけが2.12となっている。これらのうち，標高1,190ｍ（当観測時での最高 地点）の値がＮＨ`＋を除いて全てが股高値を示していることは注目される。

1991年９月13日から10月４日の降水試料の平均値はＣノーが25.00,ｓO`２－が 8.27,Na+が12.60,K+が6.24,Ｍ92+が2.04,Ca2+が2.57,N03-が2.48, ＮＨけが2.02である。これらのうちＣﾉｰ，Ｋ＋の値が他の観測時期に比較して 極めて高い値を示している。とくに標高の1,100ｍのＣノー降下量は50.94とな

っている。

1991年12月25日から1992年２月14日までの積雪試料を平均値でみると，ＣＪ－

が12.49,ｓ０４２－が22.74,Ｎａ＋が38.40,Ｋ＋が3.41,Ｍ92＋が4.96,Ｃａ2＋が 3.39である。この期間中ではＳＯ４２－とＮａ＋の値が高く，とくに標高900ｍの それぞれの値は37.01,92.34と極めて高い。

111-3調査期間中の卓越風向

地上の風系は河谷や稜線等の地形に非常に影響を受けやすい。とくに河谷の 走向によく一致するので今回はこれら地形の影響が少ないと考えられる上空の 卓越風向の頻度を求めた。すなわち，秋田市と仙台市の上空約1,500ｍ（850 hPa，２１：００）の風向をまとめた（表５)。1991年２月18日から３月17日の間で は北西～西～南西といった西を中心とする風向が秋田で85.7％，仙台で82.1％

を占めている。1991年９月13日から10月４日の秋季には西～南西～南の南西を 中心とする風向がそれぞれ68.4％，68.3％を占めている。1991年12月25日から 1992年２月14日の期間には北西～西～南西と西を中心とする風向がそれぞれ 92.2％，８８．５％を占めている。すなわち，冬季には西を中心とする季節風の影 響下にあり，秋季には南および東よりの風向から冬季の季節風に移行する過渡 期にあたるものと思われる。

4３

表４森吉山における標高別空中塩分降下鉦 降下錘（kg/km2/day）（1991.2.18～3.17）

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3０１丘旧 ５３１１．９５１３－Ｃ

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降下趾（kg/km2/day）（1991.9.13～10.4）

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0．３３１１０６４ )0０１２８．５８１３．０２１９－Ｃ

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3．５５１０．４７１８－９」

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降下戯（kg/km2/day）（1991.12.25～1992.2.14）

標高(、）

２００ ４００ ５８０ ８２０ ９００ 1,020 １，２１０ 平均

CJ-lNO3-lSOJ2-lNa＋｜ＮＨ４＋｜Ｋ十

１０００４６８ ６ ９ ８７４３８６９ ９ Ｍ １２２７６８４ ４

Ｃａ+２ １．３２ １．７６ １．７７ ５．３２ ４．１３ ５．６６ ３．７６ ３．３９

２６３２６３５ ７０２８７１７ ４７６６８２１ ２ ７４２９８１３ ９ ７６８３４５５ ２３３０７７０

８．０５ １１．７３ １１．４３ 32.41 37.01 26.56 31.95 22.74

６．９３ ２１．６２ 19.67 52.45 92.34 38.46 37.31

０．２３ ０．６０ ０．７１ １．８６ ７．４８ ２．４３ ０．４７ １．９７

0．４３ １．５４ １．５０ ２．９７ １１．７４ ２．８９ ２．８２

38.40 3．４１

ＣＪ－ ＮＯ３－ SO42- Ｎａ＋ ＮＨ４＋ Ｋ＋ Mg2＋ ^Ca2＋

220 590 790 930

1,190

２３３４５ ^{●●●●●} ４２７６８ ６７７０５ １１２３４ ４９２０９ ０７２８２ ^{ＰＤＣ■●} ５１１７９ ０５１０２

^１

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平均 3．９９ 2．４１ 7．８３ 12.35 2．２１ 1．２１ 1．４７ 1．８８

０ ２ ０

００００００００００５０ ００００００００００６０ ３４５６７８９０１２２３

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平均 ^25.00 2．４８ 8．２７ 12.60 2．０２ 6．２４ 2．０４ 2．５７

|標高(､）｜ＣＩ－ｌＮＯ鬮一|so'-ｌＷｌＮＨ4条｜Ｋ･ｌＭｇ鴎｜Ｃａ難’

4４

表５秋田･仙台に:lさける上空850hPaの風向頻度（21：００）

1991.9.13～10.4 秋田仙台 1991.2.18～３．１７

秋田仙台

且_且’

風向|(%）

^{風向’（％）}

ＷＷＳＳＥ

ＮＮＷｓｓｓｓＳＳＳＮ _{ＷＷＷＷＷＥＥＥＥ} ^(％） １１１ ４４４８８８９９４４４ ●□●●●●●●印●●５５５２２２２２５５５

ＷＷＷＷＷＥＥＥ

ＮＮＷｓＳｓＳｓＳｓＥ ＷＷＳＳＥ ５５７５８１３５５１５

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ＷＷＷＷＷＥ

ＮＮＷｓＳｓｓＮ

ＷＷＳ

３０６１１７６６

□●●●●●●● ４５８７７０３３ １２２ １

1992.1.15～２．１４ 秋田仙台 1991.12.25～1992.2.14

秋田仙台

風向｜(%）

風向’（％）

ＷＷＷＷＷ

ＮＮＮＷｓＳｓ

ＮＷＷ

５７００７９２

●●●●●ＯＧ ６９９９９２３ ２２ １

ＷＷＷＷＷＥ

ＮＮＮＮＷＳＳＳｓ

ＮＷＷ

ｓ ９８５７２５６９９ 巴●●●●●●●●１５３２１１９１１ １３２１

1Ｖ考察

IV-1各成分の起源について

空中塩分の起源としてはすでに触れたように，④海塩に由来するもの，⑤火 山からの噴出物あるいは土壌粒子など地表面からの舞いあがったもの，、化石 燃料の燃焼産物などが一般的に考えられる。四周を海で囲まれている日本列島

ＷＷＷＷＷＥ

ＮＮＮＷｓｓｓＮ

ＷＷＳＥ ^２２１ ３７５８７７７３ ^{■●●ＤＣ●●■} ６１０６９１１６

|風向’

^(％）

風向 (％）

ＷＷＷＷ ＮＮＷｓｓ

ＷＷ ２２５６２ １２３１１ ^{０ＣＤ●●} ９６５１９

ＷＷＷＷＷＷ ＮＮＮＷｓｓｓ

ＮＷＷｓ ^１１３１ ３１９４７９３ ^{０ＣＯ●●０●} ９５２６３６９

４５

表６森吉山における標高別空中塩分の濃縮定数 濃縮定数（1991.2.18～3.17）

標高（、）

２２０ ５９０ ７９０ ９３０ １，１９０ 平均

鮴》

^{Ｋ＋ Ca2＋} ２７７５７

９ ５５５５４ Ｍ

11.03 14,74 14.78 17.39 15.60 14.71

’3.90 20.71 20.97 24.25 2414

20.79 5．６０

濃縮定数（1991.9.13～10.4）

【164

4０１IＣ

｢１ h｣

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濃縮定数（1991.12.25～1992.2.14）

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死

２．７２ 1.00 13.72 5`９９ 1．３５

l〔lnnJTij

^{標高（、）}

_{０００ 加如銘}

^{SO42- Ｎａ＋ Ｋ＋ Ca2＋ Mg2＋}

００ ２０ ８９ ００ ２１ ０２

１１ ０９ ２１３３９５９ １１１１１１ ２５３６２５６ ６４６５７６６ ^{●●●●●●●} ２９４０２９８ ２８１８２６４ ２５５５５５５ ３７９０４７６ ５８９８３８９ ^{．●●●Ｇ□Ｃ １１２１１} ４０１８０１１ ^{０●●●●●■} ３１３４６１４ １１１１２１ 池、布々弱“鋼 ^{０●●●●●●} ０６３７７７９ ６００６０９４

^１

５５５６３０６ ^{△●●●●●●}

|平均’１３６３１５ﾕ８１１L481137416.321

４６

でlま大部分が④によって支配されていると考えられるが，海岸域と内陸域，都

市域と山間域および運搬輸送の原動力となる風向，風速等点によってその降下 量は変化している。そこで各観測地点の各成分ごとに濃縮定数（Ｍ/CJ試料／

Ｍ/α海水，Ｍは各成分）を求め，これを参考に本地域にもたらされた各成 分の起源について若干の検討を試ふる。

表６に各観測時期ごとの標高別濃縮定数を示す。これによると降水試料と積 雪試料との間には大きな差異が認められる。すなわち，1991年９月13日から１０ 月４日までの降水試料ではＫ＋の値を除き他の成分の値は小さく，大部分が海 塩起源とふなしてよいと思われる。とくに前述した台風19号により日本海から 運搬された海塩の影響も大きく寄与していると考えられる。Ｋ＋については，

標高ごとにバラツキも認められることから観測地点によっては周辺の土壌粒子

の影響も考えられる。

これに対して２時期にわたる積雪試料ではｓｏ`２－で約５倍，Ｎａ＋で５倍以 上，Ｃａ2＋で2.5～3.5倍，Mg2＋で４～５倍と降水試料の値を上回っており，

海塩以外からの成分が試料中に濃縮されていると考えられる。しかし，風向か らみて，西よりの風が卓越していることを考慮すれば日本海の影響を無視する ことはできないが，この値からは日本海を越えて大陸あるいはそれ以遠からの

長距離輸送が妥当であると考えられる。とくに積雪期においては観測地点近辺

からの土壌粒子等の舞いあがりは考えにくいので，このことからも長距離輸送 が考えられる。ただし，空中塩分の滞留時間を考える場合は，粒径や風速等に ついても考慮する必要がある。

ＩＶ－２標高と各成分の降下量との関係

表７は標高と各成分（濃度，降下量，濃縮定数）との相関を求めたものであ

る。これらのなかで降下戯との関係（表７第３列）であるが，降下試料と積雪

試料との間には明らかに差異が認められる。1991年２月18日から３月17日の積

雪期では全成分とも標高との相関は0.9以上，1991年12月25日から1992年２月

14日の積雪期でもNoa~，ｓｏ`2-,Ｍ92+，Ｃａ2＋などは0.7以上の値を示してい

る。これに対して降水試料（1991年９月13日から10月４日）ではｓｏ`２－の承

が0.7以上の相関をもつが，他の成分降下量と標高との関係は低い値となって いる。このことは，粒径および風速等による滞留時間にもよるが，起源は別と

して，積雪期の空中塩分は比較的上空を長距離輸送されているのに対して，降

水期には，低空を中・短距離から運搬輸送され雨水等に補足除去されるものと

4７

表７森吉山における標高と各成分との相関係数 1991.2.18～3.17（菰雪）標高（220～1,190ｍ）

成分｜渡度｜降下量｜濃縮定数

Ｃｌ－

ＮＯＪ－

ＳＯＪ２－

Ｎａ＋

ＮＨ４＋

Ｋ＋

Mg2＋

Ｃａ群

0.4669 ０．８５５７ ０．８４９４ 0.3035 08803 0.9311 -0.3443 ０．９７０１

0.9729 0.9597 0.9695 0.9748 0.9172 0.9777 0.9831 0.9820

0.9400 -0.3990

0.8326 -0.8836 ０．９３８９

1991.9.13～10.4（降雨）標高（200～1,300ｍ）

成分｜渡度｜降下量｜濃縮定数

ＣＪ－

ＮＯＪ－

ＳＯｏ２－

Ｎａ＋

ＮＨＪ＋

Ｋ＋

Mg2＋

Ca2＋

0.3544 -0,1354 ０．６３３９ ０．４２６６ ０３００３

－０．０４０８ ０．３８７２ ０３５２３

0.4494 -0.1031 ０．７２００ ０．５２３０ ｑ３０９２ ０.Ｏ９０４ ｑ４７４２ ０．４７４４

0.5205 0.3521

0.0813 0.3033 0.1560

1991.12.25～1992.2.14（積雪）標高（200～1,210ｍ）

成分

Ｃｌ－

ＮＯ３－

ＳＯｌ２－

Ｎａ＋

ＮＨＪ＋

Ｋ＋

Mg2+

Ｃａ群

濃度

－０．２０２９ ０.Ｏ３１８ ｑ４３５８ ｑ２５２０ ０．２１７１ ０．２５９４ ０．０７３９ ０．０３６６

降下量 ０．５３７３ ０．８７７５ ０．８５５４ ０．５８１５ 0.3473 04221 ０．７５８７ ０．７８８４

濃縮定数

0.5852 0.6973

０．５３３５ ０．３０４３ ０．３０５６

4８

図２Ｓ042-と標澗との関係

(19912.18～3.17）

X軸：ＳＯＯ Ｙ柏：標高

ｙ＝(-104.955430)＋(108.451128).Ｘ 決定係数ｒ＝0.969524

標高 1190ｍ

705

220

8.16512.29

ｓO`降下戯(kg/kmVday）

4.04

(1991.9.13～10.4）

Ｘ軸：SOqＹ軸：標商 ｙ＝(127.846621)＋(82.591562)．Ｘ 決定係数「＝0.720021

標簡 1300ｍ

650

5６

ｓｏ`降下魁(kg/km2/day）

(1991.12.25～1992.2.14）

ｘ紬：ｓｑｙ軸：標高 ｙ＝(153.860948)＋(25.467974)．Ｘ 決定係数「＝0.855354

標間 '210ｍ

705

200

22.53３７．０１ ｓＯ`降下鉦(kg/kmyday）

8.05

４９

考えられる。また，いずれの時期でもｓｏ`２－と標高との相関は高いというこ とは注目される。各期別ごとのｓｏ`２－と標高との関係を図２に示す．これは 粒径や風向風速によっても変化することも考えられるが，上空ほどｓｏ`２－が

化学形は別としても存在し易い状況にあるのかもしれない。

Ｖまとめ

今回の調査で得られた結果を要約すると次のようになる。

①空中塩分の起源は，濃縮定数の値からゑて，台風の影響等もあった降水 試料は海塩起源が主体と考えられ，これに対して近辺からの供給源が無視 できる積雪試料については大陸およびそれ以遠からの土壊粒子や化石燃料 の燃焼産物等の粒子が比較的上空を長距離輸送されるものと考えられる。

②標高とｓｏ`２－の降下量との相関は時期をとわず極めて高い。このこと は上空ほど化学形は別としてＳＯ４２－が存在し易い状況にあるものと考え

られる。

以上であるが，今後，Ｎ03-,ＮＨ`＋等の分析資料を充実させ，それらの解

析も進めていきたい。

（この報告の一部に平成３年度法政大学特別助成金を使用した）

く参考文献＞

井上泰生・小林慈信（1971非東北地方北部における雨水中の塩素イオン濃度分布と地 形との関係について。資源科学研究所葉報。７５，７３～80・

三崎方郎（1981）：エアロゾルの挙動。気象研究ノート第142号・日本気象学会１～88．

弁上他（1989）：近江盆地周辺地域における風送塩の降下特性について。法政大学多摩

研究報告１，３７～65・

井上（1989）：河川源流部の水質と空中塩分との関係。法政大学教養部紀要68･自然科

学編，１１～28・

井上（1990）：北上川流域における空中塩分の降下特性。法政大学教義部紀要72．自然

科学編，１７～38．

弁上他（199の：日本海側北部の山間流域における積雪中の溶存成分について。法政地

理18,67～80。

（1992年９月28日受理）