最新情報
  • 2015年のデータをアップロードしました。 (Jun 18, 2017).
  • 2014年のデータをアップロードしました。 (May 19, 2016).
  • TROPOMIの検証プログラムNIDFORVAL(Corinne Vigouroux and Gaia Pinardi (BIRA, ベルギー)に参加します。
  • 我々のデータが MACC-III Project Report D15.2 (Philipp Schneider, NILU (ノルウェー)) に活用されました。

    背景と目的
    アジア周辺地域では人間活動の急速かつ顕著な増大が起こっており、大気の質(Air quality)の変化が注目されています。オゾンは光化学スモッグのガス状主原因物質であり、最近では都市域だけでなく東アジア広域に高濃度地帯が広がっています。またエアロゾル粒子(空気中に浮遊する粒子)は健康に影響をもたらすだけでなく、太陽光の反射吸収・雲生成を通して気候変動へ強い影響をもたらします。こうした背景のもとで、我々は、オゾンの主要前駆物質である二酸化窒素(NO2)の高度分布と対流圏カラム濃度、エアロゾル消散係数と光学的厚さを測定することができる、MAX-DOAS (Multi-Axis Differential Optical Absorption Spectroscopy;複数仰角太陽散乱光分光計測・差分吸収解析法) による長期観測ネットワークをアジア・ロシア地域に構築しています。本研究・開発は、全球地球観測システム(GEOSS)10年実施計画に関係した文部科学省・地球観測システム構築推進プランのサポートを受けて実現したものです。
    主な目的は、1) 対流圏NO2やエアロゾルを観測する衛星からのデータや大気化学輸送モデルシミュレーションの結果を検証すること、 2) 現在の周回衛星センサからは観測できない日変化や高度分布を観測することです。
    本プロジェクトは 海洋研究開発機構(JAMSTEC)が企画・主導し、韓国・光州科学技術院, 中国科学院・安徽光学精密機械研究所, ロシア科学アカデミー大気物理研究所, ロシア科学アカデミーシベリア支部・大気光学研究所が共同研究機関として参画する国際共同研究であり、平成18-22年度に渡り行われたもので、海洋研究開発機構の主導で継続されています。2014年1月、本プロジェクトに関する概要の論文(Kanaya et al., ACP, 2014)が出版されました。

    測定・解析の基本的な原理
    観測網配置のために標準化されたMAX-DOAS装置を株式会社プリードと共同で開発しています。6つの異なる仰角 (3, 5, 10, 20, 30, 90 (または70)度) における太陽散乱光(波長300-550nmの範囲)をコンピュータ制御で自動回転するミラーで受光し、光ファイバーバンドルケーブルで温度制御された小型の分光器(USB4000, Ocean Optics社製)に導入します。6つの仰角における測定は5分ごとに行い、30分で1セットの観測を行います。多点で得られた観測スペクトルは、差分吸収解析部・逆計算部などから成る共通の解析アルゴリズムによって処理され、NO2, エアロゾルの高度分布・鉛直積算量の物理量が導出されます。このことにより場所や装置個体によらない均質な観測データの提供を実現しています。波長476nmにおけるO4(酸素(O2)二分子の衝突錯体)の吸収バンド強度の測定は、光の到達経路の情報を含んでおり、このことを利用してエアロゾルの消散係数が導出されます。次に、波長460-490nmの範囲におけるNO2吸収度からの高度分布等を導出する際に、先に導出されたエアロゾルの情報を用いる工夫をすることにより、精度の高いNO2観測を実現しています。研究船での観測の際には、能動型ジンバル台の上に装置を設置し、船の揺れ(ロール・ピッチ)の影響を打ち消すことによって、観測に用いる仰角の精度を高めています。

    データセット
    site (latitude, longitude) surface and instrument elevation (m, asl) azimuth angle (N=0, E=90) operation period instrument no. year figures, recommendations
    Yokosuka (35.32N, 139.65E)
    0 m and 10 m +37.00 From April 2007 1 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 CI < 1.67 is recommended for AOD and extinction profile.
    Cape Hedo (26.87N, 128.25E)
    0 m and 68 m -14.00 From March 2007 1 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 CI < 2.4 is recommended for AOD and extinction profile.
    Fukue (32.75N, 128.68E)
    80 m and 86 m +30.00 From Feb 2009 1 ---- ---- 2009 CI < 0.81, 2.41, and 1.55 (for instrument 1, 2, and 3) are recommended for AOD and extinction profile.
    2 ---- ---- 2009 2010 2011 2012
    3 ---- ---- ---- ---- ---- 2012 2013 2014 2015
    Gwangju (35.23N, 126.84E)
    30 m and 43 m +44.00 From Feb 2008 1 ---- 2008 2009 CI < 2.20, 2.1, and 2.02 (for instrument 1, 2, and 3) are recommended for AOD and extinction profile.
    2 ---- ---- 2009 2010
    3 ---- ---- ---- ---- 2011 2012 2013 2014 2015
    Hefei (31.91N, 117.16E)
    30 m and 51 m +22.00 From Mar 2008 1 ---- 2008 2009 CI < 1.74 and 2.01 (for instrument 1 and 2) are recommended for AOD and extinction profile.
    2 ---- ---- ---- 2010 2011 2012 2013 2014 2015
    Zvenigorod (55.70N, 36.78E)
    186 m and 208 m -32.00 From Oct 2008 1 ---- 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 CI < 1.57 is recommended for AOD and extinction profile. Also, large errors are expected for wintertime data (November - March), because of the difference in surface albedo.
    Tomsk (56.48N, 85.05E)
    160 m and 188 m 0.00 From Jan 2009 1 ---- ---- 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 Quicklook figures
    CI < 2.7 is tentatively recommended for AOD and extinction profile.
    R/V Kaiyo
    0 m and 25 m undefined (+90 deg wrt heading) Jul 2008 and Feb-May 2009 1 ---- 2008 2009 ---- ---- Quicklook figures
    CI < tbd is recommended for AOD and extinction profile.
    R/V Mirai
    0 m and 25 m undefined (+90 deg wrt heading) 2010, 2011, 2012 1 ---- ---- ---- 2010 2011 2012 2013 2014 2015 Quicklook figures
    CI < tbd is recommended for AOD and extinction profile.


    エラーコード
    Error codes: 8桁で表示されています。それらの和で示されています。
    10000000=wrong mirror operation, incl power blackout
    1000000 =integration time or temperature shifted
    100000 =aerosol retrieval unsuccessful
    10000 =fitting residual >5e-3
    1000 =large stray light or spectrometer T anomaly 1
    100 =spectrometer T anomaly 2
    10 =raw signal >60000 in visible wavelength range
    1 =NO2vcd retrieval failed

    データ所有者
    日本の観測点(研究船)でのデータ: JAMSTEC所属研究者(金谷、入江、高島)
    韓国でのデータ:JAMSTEC所属研究者とM. Gu, J. Chong, Y.J. Kim, H. Lee
    中国でのデータ:JAMSTEC所属研究者とA. Li, S. Fu, J. Xu, P.-H. Xie, W.-Q. Liu
    ロシアズベニゴロドでのデータ:JAMSTEC所属研究者とO. Postylyakov, A. Dzhola, E. Grechko


    データポリシー
    観測データ使用希望者は下記の要領に従ってください:
  • データダウンロード後、JAMSTEC研究者にデータ使用の目的をお知らせください。これは研究者間で研究目的が重ならないように調整する目的や、観測データの不確かさの観点から使用に耐えうるか検討する必要があるためにお願いするものです。我々は極力データユーザーに必要なサポートや情報を提供する予定ですが、サービスを目的としている機関ではないので限界があることはご了承ください。
  • 観測データやその解析結果を論文や学会発表などの成果として用いる場合は、必ず事前にJAMSTEC研究者にご一報ください。論文や学会発表などではデータ所有者を共著者に入れてください。
  • 引用はKanaya et al. (2014)をお願いします。

    アルゴリズムの詳細・現在の制約・推奨されること
    ネットワーク観測の概要論文(Kanaya et al., ACP, 2014)をご参照ください。NO2, エアロゾルの解析アルゴリズムは、JM1 (Irie et al., 2011)でのものと同様ですが、(1) 差分吸収解析にはQDOAS software ver 2.00 が使われており、また、(2) 斜め傾斜カラム(DSCD)の鉛直量への変換には新たなプログラムが使われています。アルゴリズムの基礎の詳細については、Irie et al. (ACP 2008a) および (ACP 2008b) をご参照ください。本解析コードは開発途上のものであり、MAX-DOASの国際相互比較観測CINDIに参加した経験などを活かした最善と考えられたバージョンです。詳細はKanaya et al., ACP, 2014をご覧ください。 国際比較では、我々の解析のうち、NO2の差分傾斜カラム濃度(DSCD)導出部については検証されています(Roscoe et al., AMT, 2010をご参照ください)。 DSCDを鉛直カラム濃度(VCD)に変換する際に用いられた放射伝達モデルMCARaTS (Iwabuchi, JAS, 2006),についても、MAX-DOASのためのボックスエアマスファクター国際比較において検証されています (Wagner et al., ACP, 2007)。しかしながら、導出された鉛直高度分布や鉛直積分濃度の不確かさや、O4の光学測定からエアロゾルの光学パラメータを導出する際の不確かさについては十分に評価されていません。当然のことながら、装置の運転状況の不安定さ等や解析の際の入力パラメータ(たとえば地表アルベドの値)の不確かさに起因して、導出結果の不確かさが上乗せされている場合もありますのでご注意ください。これらのことから、データを利用される研究者の方は直接金谷主任研究員に連絡され、詳細を確認されることを推奨します。

    別の問題として、雲のスクリーニングが挙げられます。本ページに掲載されたデータは少なくとも「軽い」雲スクリーニングは経たものであると考えられます。その理由としては、解析途中でAODが3未満と考えられる場合のみ解析を行っていること、各仰角にて観測されたO4の吸収度を放射伝達モデルによる値とよい一致が見られない場合はデータを除外していることが挙げられます。沖縄辺戸岬については、 Takashima et al. (JGR 2009) が国立環境研究所のミー散乱ライダーの結果とMAX-DOASのエアロゾル導出結果を比較する中で、より厳しい雲スクリーニングを行うには、MAX-DOAS color index (CI, 波長500nmと380nmにおける太陽散乱光の強度比)に関する条件を1.5未満(今回のデータのスケールでは2.4未満に相当)と設定するのが適切であると論じています。このしきい値については分光器ごとに異なるもので、各サイトにおける推奨しきい値を合わせて掲載しています(CI値はエアロゾルデータセットに含まれています)。NO2に対しては、雲の有無にかかわらず光路を考慮に入れた解析をしていることになるため、厳しい雲スクリーニングを行う必要性は低いと考えられます。


    参考文献
  • Kanaya, Y., Irie, H., Takashima, H., Iwabuchi, H., Akimoto, H., Sudo, K., Gu, M., Chong, J., Kim, Y. J., Lee, H., Li, A., Si, F., Xu, J., Xie, P.-H., Liu, W.-Q., Dzhola, A., Postylyakov, O., Ivanov, V., Grechko, E., Terpugova, S., and Panchenko, M.: Long-term MAX-DOAS network observations of NO2 in Russia and Asia (MADRAS) during the period 2007-2012: instrumentation, elucidation of climatology, and comparisons with OMI satellite observations and global model simulations, Atmos. Chem. Phys., 14, 7909-7927, doi:10.5194/acp-14-7909-2014, 2014.

  • Irie, H., Takashima, H., Kanaya, Y., Boersma, K. F., Gast, L., Wittrock, F., Brunner, D., Zhou, Y., and Van Roozendael, M.: Eight-component retrievals from ground-based MAX-DOAS observations, Atmos. Meas. Tech. Discuss., 4, 639-690, doi:10.5194/amtd-4-639-2011, 2011.

  • Roscoe, H. K.., Van Roozendael, C. Fayt, A. du Piesanie, N. Abuhassan, C. Adams, M. Akrami, A. Cede, J. Chong, K. Clemer, U. Friess, M. Gil Ojeda, F. Goutail, R. Graves, A. Griesfeller, K. Grossmann, G. Hemerijckx, F. Hendrick, J. Herman, C. Hermans, H. Irie, P. V. Johnston, Y. Kanaya, K. Kreher, R. Leigh, A. Merlaud, G. H. Mount, M. Navarro, H. Oetjen, A. Pazmino, M. Perez-Camacho, E. Peters, G. Pinardi, O. Puentedura, A. Richter, A. Schonhardt, R. Shaiganfar, E. Spinei, K. Strong, H. Takashima, T. Vlemmix, M. Vrekoussis, T. Wagner, F. Wittrock, M. Yela, S. Yilmaz, F. Boersma, J. Hains, M. Kroon, and A. Piters, Intercomparison of slant column measurements of NO2 and O4 by MAX-DOAS and zenith-sky UV and visible spectrometers, Atmos. Meas. Tech., 3, 1629-1646 (2010).

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  • Takashima, H., H. Irie, Y. Kanaya, A. Shimizu, K. Aoki, and H. Akimoto, “Atmospheric aerosol variations at Okinawa Island in Japan observed by MAX-DOAS using a new cloud-screening method”, J. Geophys. Res., 114, D18213, doi:10.1029/2009JD011939. (2009). Irie, H., Y. Kanaya, H. Akimoto, H. Iwabuchi, A. Shimizu, and K. Aoki, “Dual-wavelength aerosol vertical profile measurements by MAX-DOAS at Tsukuba, Japan”, Atmos. Chem. Phys. 9, 2741-2749 (2009).

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  • Inomata, S., H. Tanimoto, S. Kameyama, U. Tsunogai, H. Irie, Y. Kanaya, and Z. Wang, “Technical Note: Determination of formaldehyde mixing ratios in air with PTR-MS: Laboratory experiments and field measurements”, Atmos. Chem. Phys., 8, 273-284 (2008)

  • Irie, H., Y. Kanaya, H. Akimoto, H. Iwabuchi, A. Shimizu, and K. Aoki, “First retrieval of tropospheric aerosol profiles using MAX-DOAS and comparison with lidar and sky radiometer measurements”, Atmos. Chem. Phys., 8, 341-350 (2008)

  • Wagner, T., J. P. Burrows, T. Deutschmann, B. Dix, C. von Friedeburg, U. Fries, F. Hendrick, K.-P. Heue, H. Irie, H. Iwabuchi, Y. Kanaya, J. Keller, C. A. McLinden, H. Oetjen, E. Palazzi, A. Petritoli, U. Platt, O. Postylyakov, J. Pukite, A. Richter, M. van Roozendael, A. Rozanov, V. Rozanov, R. Sinreich, S. Sanghavi, and F. Wittrock, “Comparison of box-air-mass-factors and radiances for multiple-axis differential optical absorption spectroscopy (MAX-DOAS) geometries calculated from different UV/visible radiative transfer models”, Atmos. Chem. Phys., 7, 1809-1833 (2007).

    リンク
  • 海洋研究開発機構・地球環境変動領域・物質循環研究P・大気組成研究チーム
  • 中国科学院 Key Laoratory of Environment Optics & Technology
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