研 究 論 文

研 究 論 文

秋 田八幡平の霧 ･雨及び秋 田市の降水の化学組成 と気象学的条件 の関係

小 川 信 明 , ^{*猪 爪 淳 子} , ^{* 菊 地 良 栄 , * 預 幡 哲 也 **}

岡 村 朋 子

*尾 関 徹 , *** 梶 川 正 弘 **

RelationshipsbetweenehemiealcompositionsandmeteorologicalConditionsforfogandrainat Hachimantairange,andrainatAkitaCityinJapan.

NobuakiOGAWAI,JunkoINOTSUME

I

I

†

Abstract

AcidfogandrainsampleswerecollectedatMountainrangeofHachimantaiandatAkitaCity in Japan. Variousionconcentrationofthesesamplewereanalyzed using an ion chroma‑

tographyandpH meter. TheNO 3 concentrationofrainatAkitaincreasedgraduallyyearto year. Thefogwaterhadahighconcentrationofvariousionscomparedwiththerain. Thehigh‑

estconcentrationwasobservedintheweatherchartofhighpressureonJapanIsland. Thefog waterhadalowconcentrationforvariousionsinautumncomparedwiththoseinspring,Sothat thisresultagreedwiththefactthattheautumnskyisclearandclearinJapan.

Kq Wol･ds:Acidfog,Acidrain,Chemicalcomposition,meteorologicalcondition

1.

緒言

日本 における酸性降水被害 は

年 に関東地方を中 心､ に霧雨 による被害が発生 して以来,明 らかな人的被害 は認 め られて はいない1 ) ｡ しか し

年以来行われている全 国調査 の結果や最近の第

次調査

の結果をみると, ほぼ全国 にわた って平均

台の降水が観測 されている｡農業県であ る秋田では農作物 などに対す る影響が心配 されているが,酸性 降水の系統的な研究 は少 な く,我々のグループ以外 にはほとん ど見 られない｡特 に,‑降水 または一 日毎のサ ンプ リングの結 果 はほとんど報告 されていない｡そ こで我々の研究 グループで は

年冬季か ら秋田県の酸性降水を一 日毎 にサ ンプ リングし, その化学組成を分析 し,降水の酸性化の原因や汚染起源を特定 す るために化学的,統計的,気象学的な解析を行 って きた

1994

年 までの結果か ら,冬季降水 の酸性化 の主 な原因が

O4 2 ( 非海塩型硫酸 イオ ン) であることを特定 した ものの, 汚染物質全体の輸送や降水粒子 の酸性化機構を充分 に解析す る ことはで きなか ったが,その後 も降水の採集を続 け,電気伝導

及 び主要 イオ ンの月別推移や年別推移 の調査 を 平成

年

月1

日受付

*秋 田大学工学資源学部環境物質工学科

〒010‑8502

秋 田市手形学園町

**秋 田大学土木環境工学科

〒010‑8502

秋 田市手形学園町

***兵庫教育大学 自然系化学

〒673‑1494

兵庫県加東郡社町下久米

†DepartmentofMaterials‑processEngineering

&

AkitaUniversity,111,TegataGakuen‑cho,AkltaOIO18502,Japan 千千DepartmentofCivllEnglneering,FacultyofEnglneeringand

ResourceScience,AkitaUniversity1‑1TegataGakuen‑cho,Aklta O10‑8502,Japan

†千千HyogoUniversityofTeacherEducatl

O

,

継続 している｡

本研究 は,汚染物質の輸送 と降水 の酸性化 に関 して降水の前 段階であ り,通常 の降水 よ り酸性度 が高 い と言 われてい る霧 ( 雲)

の酸性化要因を解明す るため

,秋 田八幡平 で

年

月

年

月

年

月 に採集 した 降水 と霧水､及 び秋田市で一 日毎 に採集 した降水の

, 主要 イオ ン濃度を測定 し, さらに霧の粒径を求め気象条件 との 関係を検討す ることを目的 とした｡

2

. 実験

図

に降水及 び霧水の採集場所を,図

には実験手順を示 し た｡ 降水 は秋 田市 ( 秋 田大学 屋上 )

,

S

1

),秋田八幡平大沼

. S . 1 . ) で, 内径

のプ ラスチ ック製 円筒容器 に透明なポ リエチ

レン製の袋を装着 した簡易バルクサ ンプ ラーで,霧水 は秋 田八 幡平 もっこ岳登 山口

0

,

. S. 1 . ) で,

㈱ 白井工業研究所製細線式パ ッシブ霧水捕集器

で採集 した3

｡

採 集 したサ ンプル は

の メ ンブ レンフ ィル ター

でろ過後,東亜電波工業㈱製

S型

メーター

S型電導度計 により,それぞ れ

と電気伝導度

を測定 した

+以外の

種類 の陽 イオ ン

†

2 +

と

種類の陰イオ ン

1

一

O｡ 2)濃度 は,東亜電波工業㈱製

型 イオ ンクロマ トグラフ装置を用 いて分析 した7 ) 8 ) ｡

霧粒 はツェダーオイルを塗布 したスライ ドガラスを霧の流れ

にさらす方法 によって採取 し,ただちに顕微鏡で写真撮影 して,

試料毎の粒径分布 と平均粒径 ( D ‑)を求 めた1 1 ) ｡

小川信明 ･猪爪淳子 ･菊地良栄 ･預幡哲也 ･岡村朋子 ･尾関 徹 ･梶川正弘

3.

結果 と考察

3.1

秋 田市降水 の各種 イオ ンの月平均推移 と

の年間平 均推移

図

に

年

月

年

月 までの秋 田市降水 の各種 イオ ンの月別平均推移 と

年

年 までの

の年 間平均推移 と冬季 の平均

推移 を示 した｡冬季 (

月) にな ると海 塩起源 の Na+

1 の濃度 ( 図中の濃 い実線 と濃 く細 い点線)

1JbaT][

[

3

Figure1 Locationofsamplingsite.

素材物性学雑誌

Figure2 Experimentalprocedure.

M

^{n t h}

Figure3 Monthlytrendsofmeanconcentrationofvariousionsfor1993to1997inAkitaCity.

第

巻 第 y 2 号

年

月)

秋 田八 幡平 の霧 ･雨及 び秋 田市 の降水 の化学組成 と気象学 的条件 の関係

が上 昇す る傾 向 にあ るが, それ に ともない

の濃度

( 図中の濃 く太 い点線) も上昇す る傾向にある｡ また,年間の 平均

は1

年 を除 けば, ほぼ4.

台で推移 して いるが,冬 季 になると平均

は低 くなる傾向があることか ら,他 の日本 海側 と同様 に降水 は冬季 によ り酸性化 され ると考え られる｡

図

年か ら

年 までの秋 田市の降水の酸性化成分で あ る

2 と

, 中和化成分 であ る

4 十と

の年間平均濃度 の推移 を示 した｡また,図

に濃度比

と

の年間平均 の推移を示 した｡両図よ り

年 までの秋 田市 で は

] が

] よ りず っと高

く,降水の酸性化 は主 に

] によると考え られ るが, 近年秋 田市では

3 ‑の濃度が増加傾向にあ り,降水の酸性化 に対す る

3 の寄与が高 くなって きていることがわか る｡ こ の原因 としては, 自動車等か ら排出され る窒素酸化物の増加の 影響 が考え られ る｡ このような

の増加傾向は,近年山形 県米沢市 において行われた調査 において も同様 の傾向を示 して いる1 2 ) ｡ これ らの結果か ら

年以降の秋 田市 の降水 は

000432

1Jbart

J

1993 1994 1995 1996 1997 Year

Figure4 Annualtrendsof[nss‑SO

｡

Ll'OS･SSu)二

.C o N )

SO｡

2 と

の両方 によって酸性化 されていることが考え ら れ る｡ しか しなが ら, 秋 田市 の年 平 均

は1

年 に

が急激 に増加 したため低下 しているが,それを除 けばほ ぼ4.

台で推移 している｡ これ は酸性化成分濃度 の増加 と同時 に中和化成分の

4 +の濃度 も増加 しているためであると考え られる｡

3.2 霧水 と降水 のイオ ン濃度及 び単純平均 pH と最低 pH の比較

図

に1

年

年 までの秋田八幡平 の霧水 と降水及 び秩 田市 の降水のイオ ン濃度 を示 し,表 1には単純平均

と最低

を示 した｡秋 田八幡平 の霧水が,他 の地点 の降水 に比べて 全 イオ ン濃度が極 めて高 く, また,単純平均

と最低

が 最 も低 いことか ら,秋田八幡平 の霧水が他の地点の降水 よ りも 著 しく酸性化 されていることがわかる｡ ただ,1

年

月

日

抑

批弧榔5;

211｣音量t,07]

3 0 0 0

書 2500

王 2000 i 1500 1LXX)

5⁰⁰

0

3500

J官T

]

8/1 9/1 6/1

7 /

1997

1 9

RalnatMt.Mokkodake

N o T l 勺 b s e n / a t r o n夢

8/1 9J1 6/1 1997

(C)1997‑1999 RalnatSnowLab.

仁ト

E L

iJL L

a,FJ･:rf

か

Non‑ob舶 on 即1 9r1 6r1 7/1 8n 9ハ

1997 1998

6 35∝)

3

3500 4.5 3

0 C N

1993 1994 1995 1996 1997 Yoar

Figure 5 Annualtrendsofconcentrationratio[NO3

] /

(d)1997‑1999 RalnatOnuma

̲‑ ...ia‑ ̲̲ ∃

6日 7日 8/1 9/1 1999

8/119979/1 6/1 7/119988/1 9/1 6/1 7/11999a/1 9/1 [nss‑SO42]andpH oftheprecipitationinAkita Figure6 ュonconcentrationsfogandrainatHachimantai Cityfrom1993to1997. andrainatAkitaCityfor1997to1999.

4

小川信明 ･猪爪淳子 ･菊地良栄 ･預幡哲也 ･岡村朋子 ･展開 徹 ･梶川正弘

pTij lLLowestPH bH LowestpH

6

1200 ‑ i ‑ ‑ ‑ 5.tn43 1 4,=28) 75 960 4‑(n80 i4.‑9日 31 5,(n=2222)

h

9 日

の秋 田市の降水のイオ ン濃度が大変高 くな っているのは,台風

号の風 によるものである｡

3.3 酸性化成分 と pHの関係

図

に

年

年 までの秋 田八幡平の霧水 と降水及 び秩 田市 の降水の酸性化指標

1 3 )と

の関係を示 した

年 以降単純平均

が ,1:1 の直線か ら徐 々に右 にずれて きてい ることがわか る｡これは,霧水及 び降水中の中和化成分 ( NH ｡ 十 ,

の濃度の増加 によると考え られ る｡

3.4

天気図パター ン毎の各イオン濃度の比較

図

に

年 と

年及 び両年 をあわせて,秋 田八幡平 の霧 水 における天気図パ ター ン毎 の各 イオ ン濃度の平均 を示 した｡

秋 田八幡平で

月 に霧がかか る時又 は降水 のある時の天気 図パ ター ンは,梅雨前線型,秋雨前線型, 日本海低気圧型,本 州上高型の

つに分類できる

年 と

年及 び両年 をあわ せた場合で も本州上高型のときに最 も各 イオ ン濃度が高 く, ま た,単純平均

も最 も低 い値を示 してお り,本州上高型 の と きに霧水が最 も酸性化 されていることがわか る｡ また霧の粒径 も両年 をあわせた場合 に最 も小 さ くな っている｡ この原因 とし て は,本州上高型 の ときには もっこ岳付近 の高度

付近 では西風が卓越 してお り, この西風 によって汚染物質を多 く含 む空気塊が輸送 され粒径の小 さい霧水中に取 り込 まれたため と 考え られる｡ これは粒径が小 さくなるとイオ ン濃度が高 くなる

(a)1997(Åug.‑Sep.)

4

(b)1998(Jun.‑Sep.)

3

4 5 6 7 8

pH

8

7

6 5

4

D/Pm218 22417.2 19.1 182 166 187 101

1000000 0

1

llJ [u o

pH4.84 4684̲42 405 479 624 498 356

仁 U:1 ∵ i

ミロRa･nd (九州 L■L'eanvaluea̲r竺io̲TTa̲̲̲̲｣

ー3 4

5 p

7

Figure 7 RelationshipbetweenpAiandpH.

202 195 18̲0 146 482 497 462 3.74

+

● 【CIl

▲ 【NO3]

△□

☆

帖

suESaE S

:

S

e :

(n=18) (n=15) Lnj3) (n=9) (n=20J in=3) Lrn=26) (n=3) 'J1‑38ttn=1B)(n=34) (n=121

1998 1999 1998+1999

Figure8 10nconcentrationoffogforeachweatherchartpattern.(a):1998,(b):1999,(C):1998and1999.

素材物性学雑誌 第

巻 第 y 2 号

年

月)

秋 田八幡平の霧 ･雨及 び秋田市の降水 の化学組成 と気象学的条件 の関係

ためで あ り,著者 らの先 の研究で明 らか にな って いる7 ) ｡ さ ら に,梅雨前線型 の ときよ りも秋雨前線型 の ときに各 イオ ン濃度 が低 く,単純平均

も両年 をあわせ た場合 に最 も高 くな って いることがわか る｡ これは,一般 に言 われている秋空が春 の空 よ りもきれいであ ることを化学 的に裏付 けていると言え る｡

4.

緒論

1. 1994

年 まで は, 秋 田市 の降水 の酸性化 の主 な原 因 は

2 で あ ると考 え られて いたが,近年 で は

3 mの濃度 の増加 にともな って,両者 によ って酸性化 していた｡

2.

秋 田八幡平 の霧水 は降水 と比べて全 イオ ン濃度 が極 めて高 く, また,単純平均

と最低

が最 も低 い ことか ら降 水 よ りも著 しく酸性化 されていた｡

3.

霧水及 び降水 中の中和化成分 の濃度が,年 々増加す る傾 向 にあ った｡

4.

天気図パ ター ンによる分類 で は,本州上高型 の ときに霧水 の各 イオ ン濃度が最 も高 く, また,単純平均

が最 も低 い ことか ら霧水が最 も酸性化 されていた｡秋雨前線型 の と きに各 イオ ン濃度 が最 も低 く, また,単純平均

が最 も 高 い ことか ら秋空が きれ いであ ることが化学 的 に裏付 け ら れた｡

参考文献

1 )村野健太郎 :酸性雨 と酸性霧,裳華房,

2)

環 境 庁 :平 成 11年 度 環 境 白書 ,大 蔵 省 印 刷 局

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4)

小川信 明,菊地良栄,後 藤博,梶川正 弘,尾 関徹 :制 限斜 交回転因子分析法 による秋 田の降水中の海塩起源汚染物質

5)Minami

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6)Watanabe

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12)

志 田惇一,広瀬慎悟,吉川律 :山形県米沢市 にお ける降水

中の主要 イオ ンの経年変化,日本化学会誌,