係留型気球による浮遊粒子状物質(SPM)濃度鉛直分布計測のための基礎的研究
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(2) 灘 翼蔓. 灘墾 拶 Fig. I. Small SPM sampler. Fig. 3. Micrograph of filter and particles ( X 500). Fig. 2. い る(JISZ8814「. ロ ウ ボ リ ウム. Fig.. エ ア サ ンプ ラ」[5]).. 4. Plane view of measure. point at the riverside. Measurements of SPM number, temperature, relative humidity and wind velocity at the riverside. これ らの 基 準 ・規 格 に基 づ い て 既 に,市 販 の エ ア サ ン プ ラー が 普 及 して い るが,SPM濃. 度 の 高 度 分 布 ・粒 子 組 成. の 構 成 要 素 と し て は,電. 源,ろ. 過 材(フ. ィ ル タ ー),ろ. 過. を得 るた め に 適 した サ ン プル 方 法 ・機 器 は確 立 して い な い.す な わ ち これ らの 方 法 で は,比 較 的 体 積 や 重 量 が 大. 材 保 持 具(フ. き く,か っ 高 価 な機 器 を使 用 す るた め に,SPM濃. 度 の 鉛 直 分 布 を 測 る た め の 小 型 サ ン プ ラ ー の 担 体 と して. 度 ・組. 成 の 鉛 直 方 向 分布 の 計 測 は 困 難iであ る.. ィ ル タ ー ホ ル ダ ー),吸. 引 の た め の ポ ン プ,. お よ び そ れ ら を つ な ぐ 導 管 が 挙 げ られ る.ま. は,係. 留 型 気 球 を 用 い る.筆. は,全. 長6m,幅2.2mで. は,「 サ ン プ ラ の構 成 例 」お よび 「 各 部 の構 造 」が 示 され. る.従. っ て 小 型 サ ン プ ラ ー 本 体 は,こ. て お り,そ れ に よれ ばエ ア サ ンプ ラ ー は 分 粒 装 置,ろ 過. 取 り付 け 可 能 な 構 造 と し,上. 材 保 持 具,流 量 計,吸. は 可 能 な 限 り小 型 軽 量 な も の を 選 ぶ.. た だ し,JISZ8814「. ロ ウボ リウ ム. エ ア サ ンプ ラ」で. 引 ポ ンプ お よ び ろ過 材 や 導 管 な ど. の 附 属 品 で 構 成 され る.体 積 や 重 量 が 小 さ く と も,こ れ. ポ ン プ に は,本. 者 らが所 有 す る係 留 型 気 球. あ り,ペ イ ロ ー ドは 約20kgで. す 能 力 を 有 す る 小 型 真 空 ポ ン プ(日 フ ィル タ ー ホ ル ダ ー に はPM2.5以. して の役 割 は果 た し得 る.近 年,化. 学 物 質 分 析 にお い て. 能 な 個 人 用 サ ン プ ラ ー ホ ル ダ ー(柴. 普 及 が 進 ん で い る電 子 顕 微 鏡 やX線. 分 析 装 置 な どの機 器. そ れ ぞ れ 採 用 した.ま. 捕 集 した フ. の気球の係留索 に. 体 質 量0.08kgで2.5ε/minの. られ,SPMの. を用 い る こ とに よ り,ろ 過 材(ま た はSPMを. た,フ. 空 気 を吐 出. 東 工 器(株)製)を, 上 お よび 以 下 で 分 粒 可 田 科 学(株)製)を,. ィ ル タ ー ホ ル ダ ー とポ ン プ. を 繋 ぐ 導 管 に は ビ ニ ー ル 製 チ ュ ー ブ を,電. 源 に は乾 電 池. ィル ター)を 直 接 拡 大観 察 し,粒 子 の個 数 や そ の組 成 を 計 測 す る こ とで き る.す な わ ち ろ過 材 や フ ィル ター に捕. を 用 い た.. 集 され たSPMが. 化 お よ び 風 に 対 す る 抵 抗 を 低 減 す る こ と を 考 慮 して,プ. 微 量 で あ っ て も,そ の 分 析 が 可 能 で あ り,. 従 っ て大 型 のサ ン プ ラ ー で 長 時 間 に 亘 っ てSPMの ル ター へ の 吸 引 を行 う必 要 も無 い.. フィ. Fig.1に,製. 2.2サ. ンプラー の構 造. 前 節 で も述 べ た よ うに,最 低 限 必 要 とな るサ ン プ ラー. 作 した 小 型SPMサ. ン プ ラ ー を 示 す.軽. ラ ス テ ィ ッ ク 製 の か ご(13cm×20cm×9.5cm)の. ご の 上 部 に は,フ. 径 約3cmの. 固定 し. ィ ル タ ー ホ ル ダ ー を 装 着 した ア. ル ミ製 の 缶 が 設 置 さ れ て お り,缶 の 蓋 に はSPM吸 め,直. 量. 内 部 に,小. 型 真 空 ポ ン プ お よ び 電 池 ボ ッ ク ス(単 三 ×8個)を た,か. あ. 記 の サ ン プ ラー の 構 成 要 素. ら と同様 の能 力 ・機 能 を 有 す る構 成 部 品 に よ り組 み 立 て 捕集 が 可 能 な もの で あれ ば,サ ン プ ラー と. た,SPM濃. 穴 を 開 け た.ま. 引のた. た気球の係留索 に吊 り.
(3) •. Temperature. Plane view of measure. Relative humidity. Relative humidity (%) 64 66 68. 62. Fig. 5. •. 70. point near the highway. 29.6. 29.8. JU. JU.2. JU.4. Temperature (°C) Fig. 7. Temperature. •. Fig. 6. Measurements of SPM number, temperature, relative humidity and wind velocity near the highway. 下 げ るた め,か ごの 外 側 上 部4点 に接 続 金 具 お よび 金 属 チ ェー ン を取 り付 け た 。 な お この サ ン プ ラー には,温 度 お よび 相 対 湿 度 の計 測 も実 施 す る た め に,温. and relative. Maximum value. U. 2. •. 4. humidity. Mean. profiles. value. 6. tS. 1U. Wind velocity (m/s) Fig. 8. Maximum. and mean wind velocity. profiles. ・湿 度 セ ン. サ ー お よび ロ ガー(エ スペ ッ ク ミ ック(株)製)も 装着 した.こ れ ら の 機 器 を 装 備 した サ ン プ ラ ー の 総 質 量 は. 像 の 撮 影 範 囲 は189μmX252μmで 定 範 囲 は567μmX756μmと. な る.た だ し こ の 方 法 で は,. 7105gと. 採 取 し た す べ て のSPMの. 個 数 を計 数 して い る訳 で は な. な り,気 球 に よ っ て複 数 個 の 吊 り下 げ が 可 能 な. い.現. 重 さに 収 ま っ た.. 在SPM計. SPM質. 2.3SPMの. あ り,合 計9枚. 数 手 法 の 改 善,さ. ら に はSPM計. で測. 数か ら. 量 濃 度 へ の 校 正 方 法 の 確 立 を 試 み て い る.. 分析方 法. 上 述 した よ うに,作 成 した 小 型SPMサ フ ィル ター に 採 取 され たSPMは,従. ンプ ラー に よ り. 3係. 来 の方 法 に 比 べ て,. 吸 引時 間 が 短 くフ ィル タ ー も小 さ い た め,そ の 量 は 少 な く な る.従 って そ の分 析 に 当た って,従 来 の 方 法(質 量 濃 度 測 定)方 法 で は無 く,以 下 の よ うな電 子 顕 微 鏡 を用 い たSPM個 数 の計 数 を行 っ た. ・電 子 やX線 を試 料 に 当て る 際 に試 料 が痛 ま な い よ うに,. 3.1河. 留型気球 を用 いた温 度 ・湿度 ・風速 お よびSPM個 数の鉛直分布計測 川敷 における計測. 平 成18年7月16日,京. 都 大 学 防 災研 究 所 宇 治川 オ ー. プ ン ラ ボ ラ ト リー 正 面 の 宇 治 川 河 川 敷 に て 計 測 を 行 っ た 。 当 日 の 天 候 は 曇 り で あ っ た.Fig.3に,計. 近 畿 大 学 共 同 利 用 セ ン タ ー の ホ ロー カ ソー ドプ ラズ マ オ ス ミウム コー タ ー((株)真 空 デ バ イ ス製)を 用 い て,フ. 示 す.. ィル ター 表 面 にオ ス ミ ウム の コー テ ィ ン グ を施 す.こ の フ ィル ター を,同 セ ン ター の 高 分 解 能 電 界 放 出 形 走 査 電. 製Windtronic2)を,気. 子 顕 微 鏡(日 立 ハ イ テ ク製)に. 対 湿 度 お よ び 風 速 を 計 測 す る.係. セ ッ トし,500倍. 画像 を. 小 型SPMサ. 上 空5m,10mお. 撮 影 す る.電 子 顕微 鏡 の 撮 影 画 像 の例 を,Fig.2に 示 す. SPMの 個 数 は,フ ィル ター の 中心 部 お よび そ の周 囲8箇. 幅2.2mで. 所 の 合 計9枚. した.Fig.4に,計. の500倍. 画 像 を 用 い て 計 数 す る。1枚 の画. 測 地 点 の概 要 を. ン プ ラ ー お よ び 風 速 計(Kaindlelectronic 球 の 係 留 索 に 取 り付 け,地 よ び20mに. あ り,ペ. お け るSPM個. 留 型 気 球 は,全. イ ロ ー ドは 約20kgで. 上 に も サ ン プ ラ ー,温. 数,温. あ る.ま. 上か ら 度,相 長6m, た,地. ・湿 度 計 お よ び 風 向 風 速 計 を 設 置. 測 の 様 子 を 示 す.温. ・湿 度 計,風. 向風.
(4) Per ad 1 Per ad 2 Per ad 3. 0. I. on. A. x. 400 Number. 200. 600 of particle. a. a~r. a. a^. A.,. a^. Temperature (°C) Number of SPM particle profile. Fig. 9. Maximum value • Period 1 • Period 2 • Mean value 0 Period 1 ^ Period 2 A. Period. 3. Period. 3. l ig. 11. Time change. of temperature. 0 0. b, 4. profile. Per ad 1 Per ad 2 Per ad 3. z. r-,. 'aao 32. V. , ^,. 4550. 55. 60. Relative humidity (%). 1 Fig. 12 2. 0. 46. 8. Time change. Wind velocity (m/s). 4計 4.1河. 速 計 は,1分. of relative. humidity. profile. 1. 間 隔 で 計 測 を 行 う.ま た 上 空 の 風 速 計 は,. 測結果. 川敷 における計測結果. Fig.7に,温 度 お よび 相 対 湿 度 の鉛 直 分布 を示 す,図 中 の値 は計 測 時 間(1時 間)の 平 均 値 で あ り,地 上(Om). 気 球 の係 留 索 に 取 り付 け た 時 点 か ら取 り外 す まで の平 均. の 結果 は 欠 測 で あ った.温. 風 速 お よび 最 大 風 速 を測 定 し,サ ン プ ラー は 気 球 の係 留. うに つ れ て 温度 が 高 くな る分 布 を,相 対湿 度 分 布 は10m. 索 に取 り付 けた 時 点 か ら取 り外 す ま で 大 気 を吸 引す る 、. 地 点 で 最 小 とな る分 布 をそ れ ぞれ 示 す.. 計 測 時 間 は 全 て の 計 測機器 が稼 動 した 時 点 か ら1時 間 と し,14:00か 3.2都. ら15:00ま. で計 測 を 行 っ た.. 平 成18年lI月23日,大. 阪 中央 環 状 線 お よ び近 畿 自動 畿 大学 付 属 高 等 学 校 北側 の グ ラ. ン ドに て 計 測 を 行 っ た.当 5に,計 3。1と. 日 の 天 候 は 曇 りで あ っ た.Fig。. 型SPMサ. 気 球 の 係 留 索 に 取 り付 け,地 び50mに. お け るSPM個. を 計 測 す る.ま. た,地. ン プ ラ ー お よび 風 速 計 を 上 か ら 上 空10m,30mお. 数,温. 度,相. よ び 風 向 風 速 計 を 設 置 した.Flg.6に,計. 温 ・湿 度 計 お. 測 の 様 子 を 示 す.. の 計 測 を 行 っ た.. 計 測 時 の 各 サ ン プ ラ ー の 流 量,吸 が あ るた め,SPM個. 引時間には若干の違い. 数 は 流 量25C/min,稼. 動 時 間60分. 数 は5mの. 当. 地点で最. も少 な く,そ の 上 下 で 勾 配 が逆 転す る分 布 を 示 す.ま た この 計 測 地 点 は宇 治川 河 川 敷 で あ り,付 近 に は 比 較 的 交 通 量 の 少 な い 道 路 橋 梁 が あ るの み で あ る、従 っ てSPM濃 度 も少 な い と予 想 され,SPM個. 数 は 後 述 す る近 畿 大 学 グ. ラ ン ドで 採 取 され た そ れ の10分 の1程 度 で あ る.. 同 様 で あ り,12:07∼13:07. (Seriesl),14:14∼15:14(Series2),16:09∼17:09(Series3) の 計3回. よ. 対 湿度 お よび 風 速. 上 に もサ ン プ ラ「. 計 測 の 時 間 間 隔 も3.1と. 見 られ る地 表 付 近 の風 速 分 布 を類 似 の結 果 とな っ て い る, Fig.9に 、PM2.5以 上 のSPM個 数 の 鉛 直 分 布 を 示 す.. た りの 値 に 変 換 され て い る.SPM個. 測 地 点 の 概 要 を 示 す. 同 様 に,小. Fig,8に,平 均 風 速 お よ び 計 測 時 間 中 の 最 大 風 速 の鉛 直 分 布 を示 す.両 風 速 の 分 布 と も,地 上 よ り上 方 に 向 か う に つ れ て 風 速 が 大 き くな る分 布 を示 して お り,一 般 的 に. 市 域 の 高 速 道路 近傍 に お け る計 測. 車 道 沿 い に 位 置 す る,近. 度 の 鉛 直 分布 は,上 空 に 向 か. 4.2都. 市 域 の 高 速 道 路 近傍 に お け る計 測 結 果. Fig,10に,平. 均 お よび 最 大 風 速 の 鉛 直 分 布 経 時 変 化 を.
(5) 大 気 環 境 計 測 へ の 有 用性 を検 証 した そ の結 果,都 市 域 の 高 速道 路 近 傍 にお け る高 度50mま での 温 度 ・湿度 ・風 速 お よ びSPM個 数 の鉛 直 分 布 の経 時 変 化 が得 られ,高 度 の 違 い に よ る,SPMの 検 出 で き る こ とが 確 認 で き た.ま の通 りで あ る. (1)開 発 した 小型SPMサ SPM分 析 方 法 の 改 善. 存在量の差を. た,今 後 の 課題 は 以 下. ンプ ラー に よ り捕 集 され た,. (2)高 度100m程 度 ま で の 温度 ・湿 度 ・風 速 お よ びSPM 個数鉛直分布計測 の実施 (r. V V VJ. V. V V~. V. V. Number Fig. 13. V^. V. V VV. V V. V. 参考文献. of particle. Time change of SPM particle number profile. D高. 田 芳 矩,小. 熊 幸 一,平. 分 析 機 器,(社)日 示 す(30mの. 風 速 は 欠 測),地. 上 に お け る 風 向 き は,3回. の 計 測 を 通 じて 概 ね 北 寄 り で あ っ た.平. 2)齋. 均風 速の分布は. い ず れ の 計 測 時 間 で も 同 じ で あ っ た が,最. 高風 速 の 分 布. 藤 貢,大. 塚 尚 寛=ミ. 3)吉. ン プ ラ ー の 試 作,兵. よ びFig。12に,温. 布 経 時 変 化 を,そ. 度 お よ び相 対 湿 度 の 鉛 直 分. れ ぞ れ 示 す.こ. こ に 示 さ れ る 値 は,各. 村 陽,小. 阪 浩:PM25長. 4)日. 本 規 格 協 会 編:JISハ. 点 で は,常. に. 温 度 が 最 も 低 く,湿. 度 は 最 も 高 い 値 を 示 し て い る.こ. の. (2004)II72-1174, 5)環 境 省:大. た. w.env.gojp/k加n/taiki.html. 温 度 は,Serieslお. よ びScrics2に. じ て い た.ま. お い て,地. 上 か ら上 方 へ. 向 か う に つ れ て ほ ぼ 単 調 に 減 少 す る 分 布 を 示 す が, Series3で. は 地 上 の 温 度 が10mお. て 低 く な っ て お り,温 る と 推 察 さ れ る.一 地 点 か ら50m地 か ら30m地. よ び30mの. そ れ に比 べ. 度 勾 配 逆 転 層 の形 成 が 始 ま っ て い. 方,湿. 度 は 地 上 か ら10m地. 点,30m. 点 に か け て は 増 加 して い る が,10m地. 点 に か け て は 減 少 し て お り,常 に30m地. 点 点で. 最 も 低 く な る 分 布 を 示 した. Fig.13に,PM25以 を 示 す.4.1と. 上 のSPM個 同 様,SPM個. 数 の鉛 直 分 布 経 時 変 化 数 は 流 量25C/min,稼. 間60分. 当 た りの 値 に 変 換 され て い る.Series1を. SPM個. 数 は 地 上 か ら 上 空 へ 向 か う に つ れ て,単. し て い る こ と が わ か る.Series1で SPM個. も,10mよ. 数 の 単 調 減 少 が 認 め られ る.ま. 取 さ れ たSPMは っ た.こ. 除 い て, 調 に減 少. り上 空 で の,. た,30m地. 点で採. 全 て の 計 測 に お い て ほ ぼ 同 じ個 数 で あ. の 結 果 よ り,改 良 し た 小 型SPMサ. り,SPM濃. 動時. ンプ ラー に よ. 度 の 鉛 直 方 向の 違 い を検 出 で き る こ とが 確 認. され た 。. 5結 鉛 直方 向100m程. 論. 度 ま で のSPM拡. 散 状 況 を計 測 す る手. 段 と して係 留 型 気 球 に 着 目 し,計 測 機 器 を気 球 の 係 留 索 に 取 り付 け,大 気 環 境 を 計 測 す る手 法 の 開 発 に 取 り組 ん で い る.そ の第 一段 階 と して,係 留 索 に 吊 り下 げ 可 能 な 小型SPMサ. ン プ ラ ー を 開 発 す る と とも に,河 川 敷 お よび. 都 市域 の 高速 道 路 近 傍 に お い て,係 留 型 気 球 を用 い た温 度 ・湿 度 ・風 速 お よびSPM個. 数 鉛 直分 布 計 測 を 実 施 し,. 期 モ ニ タ リング の た め の サ. 要,第2号(2005)56-6L. 平 均 値 で あ る.50m地. べ て の 計 測 時 間 を 通 じて,生. 気 環 境 学 会 誌,VbL38,. 庫 県 立健 康 環 境 科 学研 究 セ ン ター 紀. 計 測 期 間(Series)の. 現 象 は,す. 境 測定 と. No.3(2003)162-171.. に は 違 い が み られ た.ま た,平 均 お よ び 最 高 風 速 と も に,. Fig.11お. 田 衛:環. ク ロ 繊 維 シ ー トを 用 い た 多 点 で. の 簡 易 大 気 モ ニ タ リ ン グ 法,大. 地 上 か ら 高 度 が 上 が る に つ れ て,風. 速 は 大 き く な っ た.. 野 義 博,坂. 本 環 境 測 定 分 析 協 会(2003).. ン ドブ ッ ク52環. 境 測 定1. 気 汚 染 に 係 る 環 境 基 準,http:〃ww.
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