北極航空機観測計画(AAMP02)と南極昭和基地,スウェーデン・キルナおよび日本三陸上空における成層圏大気採取実験によって観測された 大気主要成分の重力分離

• Main Authors: 石戸谷 重之, 菅原 敏, 森本 真司, 青木 周司, 中澤 高清, 本田 秀之, 山内 恭, Shigeyuki Ishidoya, Satoshi Sugawara, Shinji Morimoto, Shuji Aoki, Takakiyo Nakazawa, Hideyuki Honda, Takashi Yamanouchi
• Format: Report
• Language: Japanese
• Published: 東北大学大学院理学研究科大気海洋変動観測研究センター 2010
• Subjects: 551.5; Arctic; Kiruna; Svalbard; Syowa Station; Antarc*; Antarctica
• Online Access: https://nipr.repo.nii.ac.jp/?action=repository_uri&item_id=9565; http://id.nii.ac.jp/1291/00009565/; https://nipr.repo.nii.ac.jp/?action=repository_action_common_download&item_id=9565&item_no=1&attribute_id=18&file_no=1

成層圏における大気成分の重力分離を調べるため,北極航空機観測計画(AAMP02)において採取した大気試料の酸素・窒素比(δ(O_2 N_2)),窒素と酸素の安定同位体比(δ^<15>N,δ^<18>O),およびアルゴン・窒素比(δ(Ar N_2))を分析した.AAPM02において観測されたスバールバル諸島およびバロー上空の成層圏のδ^<15>N,δ^<18>Oおよびδ(Ar N_2) の関係は質量依存型の同位体分別を示しており,極渦内の成層圏最下部で大気主成分の重力分離が検出可能であることを示唆している.また,δ(O_2 N_2) と二酸化炭素(CO_2)濃度およびその安定炭素同位体比(δ^<13>C)との関係からは,対流圏での高度分布が地表での季節変化の上方伝搬によって形成され,成層圏での高度分布が鉛直方向の空気塊の年代差に加えて,重力分離の影響を受けて形成されていることが示唆された.南極昭和基地上空,スウェーデン・キルナ上空および日本三陸上空において,大気球を用いたクライオジェニックサンプリングによって採取した,中部成層圏大気試料のδ^<15>Nおよびδ^<18>Oの分析から,重力分離は場所によって異なる高度分布を示し,その程度は極渦内で観測が行われたキルナ上空で最も大きいことが明らかとなった.このことから,重力分離の観測は成層圏における空気塊の鉛直輸送に関する情報をもたらす可能性が示唆される.重力分離,空気塊の平均年代および一酸化二窒素(N_2O)濃度の関係から,N_2O > 125 ppbvおよびN_2O < 45 ppbvの領域では,空気塊の沈降の影響がキルナ上空で最大,三陸上空で最小であること,45 ppbv < N_2>O < 125 ppbvの領域では空気塊の鉛直混合が生じていることがそれぞれ示唆される. To investigate the gravitational separation of atmospheric components in the stratosphere, air samples collected using an aircraft during the Arctic Airborne Measurement Program 2002 (AAMP02) were analyzed for the O_2 N_2 ratios (δ(O_2 N_2)), δ^<15>N of N_2, δ^<18>O of O_2 and Ar N_2 ratio (δ(Ar N_2)). The relationship between observed stratospheric δ^<15>N of N_2, δ^<18>O of O_2 and δ(Ar N_2) over the Svalbard Islands and Barrow showed mass-dependent fractionation of atmospheric components in the stratosphere, which suggested that gravitational separation could be observable in the lowermost stratosphere inside the polar vortex. By examining the rates of change in δ(O_2 Nv) and δ^<13>C of CO_2 relative to the CO_2 concentration, such observed correlations were bound to be mainly attributable to upward propagation of their seasonal cycles produced in the troposphere and height-dependent air age as well as gravitational separation in the stratosphere. Air samples collected over Syowa Station, Antarctica, Kiruna, Sweden and Sanriku, Japan using balloon-borne cryogenic air samplers were analyzed for δ^<15>N of Nv and δ^<18>O of O_2. Strength of the ...