大気観測

(理工学研究科 環境科学・社会基盤部門 環境科学領域) ○関口 和彦, 工藤 慎治, 安原 正博

研究背景

2005年 8/26～9/2 (夏季) 2005年 12/12～12/20 (冬季)

※補足的に2006年8/24～9/1 (個数濃度測定)

大気観測

結果および考察

PM

_2.5 サイクロン

PM

_0.1 インパクタフィルター

(IF)

個数濃度 超微小粒子測定装置

(UFPC)

・・・連続測定

元素状炭素(EC)、有機炭素(OC) ⇒熱光学式炭素分析計 水溶性有機炭素(WSOC) ⇒全有機体炭素計

※ 非水溶性有機炭素(WIOC)＝OC－WSOC（計算により算出）

主要イオン成分(NH₄⁺

, NO

₃^-

, SO

₄^2-

)

⇒イオンクロマトグラフ 捕集時間

(11時間30分) 9:00～20:30 [Day]

21:00～8:30 [Night]

首都高速道路 首都高速道路 観測地点：東京都豊島区 サンシャイン60

南東バルコニー

6F（地上からおよそ24 m）

55F（地上からおよそ220 m）

Inlet (40 L/min)

(20 L/min)

(20 L/min) PM_2.5インパクタ

PM_1.0インパクタ インパクタフィルター

石英繊維フィルター

ポンプB ポンプA

粒子を慣性さえぎり効果により 大気圧下で分級 フィルター上に均一に濃縮捕集

5つの粒径別粒子個数濃度 が測定可能

レーザー粒子計数器 (Laser Particle Counter ; LPC)

凝縮核計数器:プロピレングリコール で凝縮成長 (Condensation Nucleus Counter ; CNC)

（レーザー光を用いた光散乱式 ）

＜PM_0.1捕集システム（IF）＞ ＜UFPC＞

Inlet (16.7 L/min)

石英繊維フィルター ポンプ

Inlet (16.7 L/min)Inlet (16.7 L/min)

石英繊維フィルター ポンプ

Inlet (16.7 L/min)

＜サイクロン＞

※ 粒径範囲>2.5 μm, 2.5～1.0 μm, 1.0～0.5 μm, 0.5～0.3 μm, 0.3～0.01 μmであり、今回は 0.3～0.01 μmを用いた

< Summer >

PM0.1 -6F PM0.1 -55F PM2.5 -6F PM_2.5 -55F

0 20 40 60 80 100

Relative contribution [%]

0 20 40 60 80 100

Relative contribution [%]

0 20 40 60 80 100

Relative contribution [%]

< Winter >

0 20 40 60 80 100

Relative contribution [%]

< Winter >

EC WIOC WSOC NH4+ NO3- SO42- EC WIOC WSOC NH4+ NO3- SO42- EC WIOC WSOC NH4+ NO3- SO42- EC WIOC WSOC NH4+ NO3- SO42- EC WIOC WSOC NH4+ NO3- SO42- EC WIOC WSOC NH4+ NO3- SO42- EC WIOC WSOC NH4+ NO3- SO42- EC WIOC WSOCWSOC NHNHNH444+++ NONONONO3333---- SOSOSOSOSO444442-2-2-2-2-

PM0.1 -6F PM0.1 -55F

PM2.5 -6F PM_2.5 -55F 0

2.5 5.0 7.5 10

PM2.5-6F PM2.5-55F PM0.1-6F PM0.1-55F

2.5-6F 2.5-55F 0.1-6F 0.1-55F

EC Concentration [μg / m3]

0 5 10 15 20

OC Concentration [μg / m3]

PM2.5-6F PM2.5^2.5-55F-6F

2.5-55F PM0.1-6F PM0.1-55F

2.5-6F 2.5-55F 0.1-6F 0.1-55F

8/26 -N 8/27 -D 8/27 -N 8/28 -D 8/28 -N 8/29 -D 8/29 -N 8/30 -D 8/30 -N 8/31 -D 8/31 -N 9/1 -D 9/1 -N

< Summer >

EC

OC

0 5 10 15 20

OC Concentration [μg / m3] 12/13 -D 12/13 -N 12/14 -D 12/14 -N 12/15 -D 12/15 -N 12/16 -D 12/16 -N 12/17 -D

12/17 -N 12/18 -D 12/18

-N 12/19 -D 12/19 -N - - - - PM2.5-6F PM2.5-55F PM0.1-6F PM0.1-55F

-55F-6F -6F-55F 0

2.5 5.0 7.5 10

EC Concentration [μg / m3]

PM2.5-6F PM2.5-55F PM0.1-6F PM0.1-55F

-6F-55F -6F-55F

< Winter >

EC

OC 0

2.5 5.0 7.5 10

PM2.5-6F PM2.5-55F PM0.1-6F PM0.1-55F

2.5-6F 2.5-55F 0.1-6F 0.1-55F

EC Concentration [μg / m3]

0 5 10 15 20

OC Concentration [μg / m3]

PM2.5-6F PM2.5^2.5-55F-6F

2.5-55F PM0.1-6F PM0.1-55F

2.5-6F 2.5-55F 0.1-6F 0.1-55F

8/26 -N 8/27 -D 8/27 -N 8/28 -D 8/28 -N 8/29 -D 8/29 -N 8/30 -D 8/30 -N 8/31 -D 8/31 -N 9/1 -D 9/1 -N

< Summer >

EC

OC

0 5 10 15 20

OC Concentration [μg / m3] 12/13 -D 12/13 -N 12/14 -D 12/14 -N 12/15 -D 12/15 -N 12/16 -D 12/16 -N 12/17 -D

12/17 -N 12/18 -D 12/18

-N 12/19 -D 12/19 -N - - - - PM2.5-6F PM2.5-55F PM0.1-6F PM0.1-55F

-55F-6F -6F-55F 0

2.5 5.0 7.5 10

EC Concentration [μg / m3]

PM2.5-6F PM2.5-55F PM0.1-6F PM0.1-55F

-6F-55F -6F-55F

< Winter >

EC

OC

夏季および冬季におけるOC, EC濃度の経時変化 PM_0.1, PM_2.5のEC : 高度による濃度変化がない

⇒上下混合

PM_0.1, PM_2.5のEC : 日中よりも夜間で増加

⇒夜間のディーゼル車の通行増加を示唆

＜夏季＞

PM_2.5のEC；55階よりも6階でEC濃度が高い PM_0.1のEC；高度による濃度差がない

⇒PM_2.5よりも、PM_0.1の拡散の影響が大きい

＜冬季＞

季節別

EC

、

OC

経時変化

PM_0.1およびPM_2.5のOC / EC比や SO₄^2－/ EC比が、ともに日中で増加

⇒光化学生成

光化学生成の寄与

＜夏季＞

・冬季のPM_0.1は、イオン成分に着目す ると、夏季で割合の高かったSO₄^2-より も、NO₃^-の割合の方が高い結果となっ た。これは、大気中では、硝酸塩が温 度に大きく依存するためである。

・イオン種については、55階で3つのイオ ン種をあわせた成分割合が高く、6階よ りも55階の方が、長い時間を経て、粒子 が形成されたと考えられる。

・夏季は、UFPの光化学生成が活発と 考えられる6階で、55階よりも顕著な 個数濃度の増加を示した。

・夏季よりも光化学反応活性が低下する と考えられる冬季では、6階と55階で似通った 個数濃度変化を示した。

⇒一次排出UFPは、冬季でも上空まで到達する。

組成割合

個数濃度

近年、大気中の浮遊粒子状物質のうち、粒径0.1

μ m以下の超微小粒子 (UFP) が注目されつつある。

UFPは、質量濃度こそ小さいが、個数濃度、表面積では大気中微小粒子のほとんどを占め、従来の浮

遊粒子状物質とは異なる健康影響を引き起こすと言われている。また、上空においてUFPは粒子核と なり、気象条件にも影響を及ぼすことが指摘されており、発生源から上空への移流についての調査を 行う必要がある。そこで、本プロジェクト研究の一環として都市部高層ビルにおける高度別大気観測を 実施し、UFPの主要な発生源である自動車排ガスとの関連を調査した。本研究では、粒子を慣性さえ ぎり効果により大気圧下で分級し、フィルター上に均一に濃縮捕集できるインパクタフィルターを用い、

UFPの組成を明らかにするとともに、PM

_2.5のフィルター捕集ならびにUFPの粒子個数濃度測定を並行 して行うことで、都市部高層におけるUFP (PM_0.1

)の大気挙動を明確にすることを目的とした。

分級濃縮分析を用いた大気中超微小粒子における EICs 成分の抽出と そのクロスメディア（気圏、水圏、地圏）環境への関わり

分析手法

PM_0.1およびPM_2.5 中の炭素成分,イ オン成分割合

PM_0.1

0 2 4 6 8 10

OC / EC

6F 55F

8/26-N 8/27-D 8/27-N 8/28-D 8/28-N8/29-D 8/29-N 8/30-D 8/30-N 8/31-D8/31-N 9/1-D 9/1-N Sampling period (a)

PM_0.1

0 2 4 6 8 10

OC / EC

6F 55F

8/26-N 8/27-D 8/27-N 8/28-D 8/28-N8/29-D 8/29-N 8/30-D 8/30-N 8/31-D8/31-N 9/1-D 9/1-N Sampling period (a)

PM_0.1

0 2 4 6 8 10

OC / EC

6F 55F

8/26-N 8/27-D 8/27-N 8/28-D 8/28-N8/29-D 8/29-N 8/30-D 8/30-N 8/31-D8/31-N 9/1-D 9/1-N Sampling period PM_0.1

0 2 4 6 8 10

OC / EC

6F 55F 6F 55F

8/26-N 8/27-D 8/27-N 8/28-D 8/28-N8/29-D 8/29-N 8/30-D 8/30-N 8/31-D8/31-N 9/1-D 9/1-N Sampling period (a)

PM_0.1

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

8/26-N8/27-D 8/27-N 8/28-D8/28-N 8/29-D 8/29-N8/30-D 8/30-N 8/31-D 8/31-N 9/1-D 9/1-N Sampling period SO42-/ EC

6F 55F (b)

PM_0.1

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

8/26-N8/27-D 8/27-N 8/28-D8/28-N 8/29-D 8/29-N8/30-D 8/30-N 8/31-D 8/31-N 9/1-D 9/1-N Sampling period SO42-/ EC

6F 55F (b)

PM_0.1

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

8/26-N8/27-D 8/27-N 8/28-D8/28-N 8/29-D 8/29-N8/30-D 8/30-N 8/31-D 8/31-N 9/1-D 9/1-N Sampling period SO42-/ EC

6F PM_0.1 55F

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

8/26-N8/27-D 8/27-N 8/28-D8/28-N 8/29-D 8/29-N8/30-D 8/30-N 8/31-D 8/31-N 9/1-D 9/1-N Sampling period SO42-/ EC

6F 55F6F 55F (b)

0 4 8 12 16 20

12/13-D12/13-N 12/14-D 12/14-N12/15-D 12/15-N12/16-D 12/16-N12/17-D 12/17-N12/18-D 12/18-N12/19-D 12/19-N Sampling period

OC / EC ^6F55FPM0.1

(a)

0 4 8 12 16 20

12/13-D12/13-N 12/14-D 12/14-N12/15-D 12/15-N12/16-D 12/16-N12/17-D 12/17-N12/18-D 12/18-N12/19-D 12/19-N Sampling period

OC / EC ^6F55FPM0.1

(a)

0 4 8 12 16 20

12/13-D12/13-N 12/14-D 12/14-N12/15-D 12/15-N12/16-D 12/16-N12/17-D 12/17-N12/18-D 12/18-N12/19-D 12/19-N Sampling period

OC / EC ^6F55FPM0.1

0 4 8 12 16 20

12/13-D12/13-N 12/14-D 12/14-N12/15-D 12/15-N12/16-D 12/16-N12/17-D 12/17-N12/18-D 12/18-N12/19-D 12/19-N Sampling period

OC / EC ^6F55F6F55FPM0.1

(a)

PM0.1

0 1 2 3 4

SO42-/ EC ^6F55F

12/13-D12/13-N 12/14-D12/14-N 12/15-D12/15-N 12/16-D12/16-N 12/17-D12/17-N 12/18-D12/18-N 12/19-D 12/19-N Sampling period (b)

PM0.1

0 1 2 3 4

SO42-/ EC ^6F55F

12/13-D12/13-N 12/14-D12/14-N 12/15-D12/15-N 12/16-D12/16-N 12/17-D12/17-N 12/18-D12/18-N 12/19-D 12/19-N Sampling period (b)

PM0.1

0 1 2 3 4

SO42-/ EC ^6F55F

12/13-D12/13-N 12/14-D12/14-N 12/15-D12/15-N 12/16-D12/16-N 12/17-D12/17-N 12/18-D12/18-N 12/19-D 12/19-N Sampling period PM0.1

0 1 2 3 4

SO42-/ EC ^6F55F6F

55F

12/13-D12/13-N 12/14-D12/14-N 12/15-D12/15-N 12/16-D12/16-N 12/17-D12/17-N 12/18-D12/18-N 12/19-D 12/19-N Sampling period (b) PM2.5

0 1 2 3 4

5 6F

55F

SO42-/ EC 8/26-N 8/27-D 8/27-N8/28-D 8/28-N 8/29-D 8/29-N 8/30-D 8/30-N8/31-D 8/31-N 9/1-D9/1-N

Sampling period (b)

PM2.5

0 1 2 3 4

5 6F

55F

SO42-/ EC 8/26-N 8/27-D 8/27-N8/28-D 8/28-N 8/29-D 8/29-N 8/30-D 8/30-N8/31-D 8/31-N 9/1-D9/1-N

Sampling period (b)

PM2.5

0 1 2 3 4

5 6F

55F

SO42-/ EC 8/26-N 8/27-D 8/27-N8/28-D 8/28-N 8/29-D 8/29-N 8/30-D 8/30-N8/31-D 8/31-N 9/1-D9/1-N

Sampling period PM2.5

0 1 2 3 4

5 6F

55F6F 55F

SO42-/ EC 8/26-N 8/27-D 8/27-N8/28-D 8/28-N 8/29-D 8/29-N 8/30-D 8/30-N8/31-D 8/31-N 9/1-D9/1-N

Sampling period (b) 0 2 4 6 8 10 12

OC / EC 8/26-N8/27-D 8/27-N 8/28-D 8/28-N8/29-D 8/29-N 8/30-D 8/30-N 8/31-D8/31-N 9/1-D 9/1-N

Sampling period 6F PM2.5 55F

(a)

0 2 4 6 8 10 12

OC / EC 8/26-N8/27-D 8/27-N 8/28-D 8/28-N8/29-D 8/29-N 8/30-D 8/30-N 8/31-D8/31-N 9/1-D 9/1-N

Sampling period 6F 55F6F PM2.5 55F

(a)

0 2 4 6 8 10

OC / EC 12/13-D 12/13-N12/14-D 12/14-N 12/15-D12/15-N 12/16-D12/16-N12/17-D 12/17-N12/18-D 12/18-N12/19-D 12/19-N

Sampling period 6F55F PM2.5 (a)

0 2 4 6 8 10

OC / EC 12/13-D 12/13-N12/14-D 12/14-N 12/15-D12/15-N 12/16-D12/16-N12/17-D 12/17-N12/18-D 12/18-N12/19-D 12/19-N

Sampling period 6F55F PM2.5 (a)

0 2 4 6 8 10

OC / EC 12/13-D 12/13-N12/14-D 12/14-N 12/15-D12/15-N 12/16-D12/16-N12/17-D 12/17-N12/18-D 12/18-N12/19-D 12/19-N

Sampling period 6F55F PM2.5

0 2 4 6 8 10

OC / EC 12/13-D 12/13-N12/14-D 12/14-N 12/15-D12/15-N 12/16-D12/16-N12/17-D 12/17-N12/18-D 12/18-N12/19-D 12/19-N

Sampling period 6F55F 6F55F PM2.5 (a)

PM2.5

0 1 2 3 4

55F6F

12/13-D 12/13-N12/14-D 12/14-N12/15-D 12/15-N12/16-D12/16-N 12/17-D12/17-N 12/18-D12/18-N 12/19-D12/19-N Sampling period SO42-/ EC

(b) PM2.5

0 1 2 3 4

55F6F

12/13-D 12/13-N12/14-D 12/14-N12/15-D 12/15-N12/16-D12/16-N 12/17-D12/17-N 12/18-D12/18-N 12/19-D12/19-N Sampling period SO42-/ EC

(b) PM2.5

0 1 2 3 4

55F6F

12/13-D 12/13-N12/14-D 12/14-N12/15-D 12/15-N12/16-D12/16-N 12/17-D12/17-N 12/18-D12/18-N 12/19-D12/19-N Sampling period

SO42-/ EC PM2.5

0 1 2 3 4

55F6F6F 55F

12/13-D 12/13-N12/14-D 12/14-N12/15-D 12/15-N12/16-D12/16-N 12/17-D12/17-N 12/18-D12/18-N 12/19-D12/19-N Sampling period SO42-/ EC

(b)

PM_0.1およびPM_2.5中の(a) OC/EC比ならびに(b) SO₄^2－/EC比

12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00

×10 ⁵ 2.5

Number conc. [cm-3] ＜2006 Summer＞

8/24 8/25 8/26 8/27 8/28 8/29 8/30 8/31 9/1 0

0.5 1.0 1.5

2.0 ^6F

55F

12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00

×10 ⁵ 2.5

Number conc. [cm-3] ＜2006 Summer＞

8/24 8/25 8/26 8/27 8/28 8/29 8/30 8/31 9/1 0

0.5 1.0 1.5

2.0 ^6F

55F 6F 55F

12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00

×10 ⁵ 2.5

Number conc. [cm-3] ＜2005 Winter＞

12/12 12/13 12/14 12/15 12/16 12/17 12/18 12/19 12/20 0

0.5 1.0 1.5 2.0 ^6F _55F

12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00

×10 ⁵ 2.5

Number conc. [cm-3] ＜2005 Winter＞

12/12 12/13 12/14 12/15 12/16 12/17 12/18 12/19 12/20 0

0.5 1.0 1.5 2.0 ^6F _55F ^6F _55F

夏季(2006)および冬季(2005)におけるUFPの個数濃度日内変化