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第 216回 大気海洋物理学・気候力学セミナー のおしらせ

日　時： 4月 28日(木) 午前 09:30
場　所： 環境科学院 D棟2階 D201号室

発表者： スンモヌ ルクマン アヤニー（地球圏科学専攻 大気海洋 物理学・気候力学コース/DC3)
\\Sunmonu Lukman Ayaniyi, Course in atmosphere-ocean and climate dynamics/DC3
題　目： 札幌における地表面付近の大気中の水蒸気の同位体比
\\Water Vapor Isotope ratios in Surface Air in Sapporo, Japan

発表者： 藤原 正智（地球環境科学研究院/准教授）
\\Masatomo Fujiwara, Faculty of Environmental Earth Science/Associate Professor
題　目： 気球搭載水蒸気計により観測された熱帯下部成層圏の水蒸気の季節〜10年規模変動
\\Seasonal to decadal variations of water vapor in the tropical lowerstratosphere
observed with balloon-borne cryogenic frost point hygrometers

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札幌における地表面付近の大気中の水蒸気の同位体比
\\Water Vapor Isotope ratios in Surface Air in Sapporo, Japan
\\（スンモヌ ルクマン アヤニー \\Sunmonu Lukman Ayaniyi）発表要旨 :

Water vapor's δD and δ18O at the surface provide important information about the 
characteristics of the moisture source, subsequent transport processesand atmospheric 
phase changes. Up to date, few studies have reported data of δD and δ18O in the vapor 
phase with most of them limited to short-term campaigns due to technical and instrumental 
limitations. The objective of this study is to investigate the characteristics of δD and 
δ18O of atmospheric water vapor near the ground in Sapporo, Hokkaido Prefecture and to 
explore the meteorological processes that influence δD and δ18O of atmospheric water 
vapor at the surface. It is anticipated that this research will add to the growing body 
of literature on the temporal dynamics of δD and δ18O of atmospheric water vapor near 
the ground and the data generated can also be used for validation of atmospheric models 
of water cycle at regional and global scales. 

Surface water vapor's δD and δ18O measurement was conducted in Sapporo (43.1N, 141.3E), 
a humid continental site characterized by a warm but not humid summer and a quite cold and 
snowy winter, Hokkaido Prefecture, Japan with a Los Gatos Research's (LGR) Water-Vapor 
Isotope Analyzer (WVIA, model DLT-100). The WVIA is based on off-axis integrated cavity 
output spectroscopy. The observation in Sapporo was carried out in four phases: (I) 28 
April 2009 - 25 June 2009; (II) 15 September 2009 - 29 November 2009; (III) 1 April 2010 - 
21 May 2010 and (IV) 17 December 2010 - date. In the last phase of the measurement, 
a cold trap method was used in addition to the WVIA. Measurement was also conducted in 
Takayama (36.19N, 137.25E), Gifu Prefecture from 1 July 2009 to 5 August 2009 and in Kanazawa 
(36.58N, 136.65E), Ishikawa Prefecture from 18 January 2010 to 20 February 2010. 
Auxiliary data (air temperature, relative humidity, wind speed & direction, etc.) were 
obtained with an automatic weather station (AWS) in Sapporo. In addition, atmospheric chemical 
components such as ozone, carbon-dioxide, optical particle data, etc were also analyzed. 

Water vapor isotope ratio showed high variability most of which was caused by prevailing 
meteorological conditions and air mass advection such as cold frontal passages, sea-breeze, 
etc. These variations, sometimes exceeded 20‰ and 120‰ for δ18O and
δD respectively and  occurred over certain period of 1-3 days. Variations in δ18O and δD
in the boundary layer 
reflect the combined effect of surface evapo-transpiration and entrainment of lighter vapor 
from the free atmosphere into the convective boundary layer. In general, δD and δ18O were 
higher in warm season (PHASES I & III) than in cold season (PHASES II & IV), consistent 
with previous results published for New England and Beijing. The observed maximum and minimum 
hourly average of δD (δ18O) values in Sapporo were approximately -45 ‰ (-10‰) and -238‰ 
(-45‰), respectively. The highest monthly mean values of the vapor δ D (-91‰) and δ18O 
(-27‰) occurred in September, 2009 while the lowest monthly mean values, -145‰ and -20‰ 
respectively, occurred in April 2010. Variation of water vapor isotope with carbon-dioxide, 
ozone and other related atmospheric particles is currently being studied to distinguish chemical particles due to advection from ones borne out of atmospheric chemical reactions.


気球搭載水蒸気計により観測された熱帯下部成層圏の水蒸気の季節〜10年規模変動
\\Seasonal to decadal variations of water vapor in the tropical lower stratosphere 
observed with balloon-borne cryogenic frost point hygrometers 
\\(藤原 正智 \\Masatomo Fujiwara）発表要旨 :

成層圏における水蒸気は、放射収支に寄与するとともに、水酸化物
ラジカル（HOx）の生成や極域成層圏雲（PSCs）・エアロゾル生成に関与
するため、その変動はオゾン層の変動・回復に大きな影響をおよぼす。
熱帯下部成層圏における水蒸気の季節変動・年々変動については、これ
まで主として人工衛星データにより調べられてきている。1990年代はじ
め以降、日本主導を含むいくつかのプロジェクトによって、衛星観測よ
りも測定の信頼度と鉛直分解能の高い、気球搭載・冷媒使用型・鏡面冷
却方式・霜点温度計ゾンデ（特殊水蒸気ゾンデ）を用いた観測が行われ
てきているが、季節・年々変動に着目した解析は行われていなかった。

  そこで、1993年から2009年の期間におこなわれた様々な特殊水蒸気
ゾンデ観測キャンペーンのデータを用いて、熱帯下部成層圏の水蒸気の
季節変動、準二年振動（Quasi-Biennial Oscillation）に伴う変動、10
年規模の変動を調べた。利用したデータは、1993年3月の米国による
Central Equatorial Pacific Experiment、1998年から2009年に渡る日本
主導のSoundings of Ozone and Water in the Equatorial Region 
(SOWER)プロジェクトによる熱帯東太平洋・西太平洋域における年１、２
回の集中観測キャンペーンのデータ、および2005年から2009年の米国・
中米コスタリカ共同プロジェクトTicosondeによるコスタリカでの月１、
２回程度の準定常観測データなどである。いずれのキャンペーンでも、
米国大気海洋庁NOAAによる霜点温度計（Frost Point Hygrometer；NOAA 
FPH）もしくはその改良版であるコロラド大学によるCryogenic 
Frostpoint Hygrometer（CFH）が用いられた。

  まず、コスタリカにおける準定常観測データにより、季節変動を調べ
た。熱帯対流圏界面の気温の季節変動によって決まる成層圏流入水蒸気量
の変動が成層圏子午面循環により上昇していく、いわゆる「テープレコー
ダー」シグナルが、特殊水蒸気ゾンデデータでも明瞭に見られた。その上
昇速度は過去に衛星データから見積もられたものとほぼ一致した。
SOWERによる5回の連続する北半球冬季・赤道西太平洋のデータ、および、
Ticosondeによる3回の連続する北半球夏季・コスタリカのデータには、
QBOによる2つの効果が明瞭に見られることが分かった。ひとつは、QBOに
伴う成層圏子午面循環の偏差による水蒸気プロファイルの鉛直方向へのず
れであり、もうひとつは、QBOに伴う対流圏界面気温の二年程度の周期変
動による水蒸気濃度値の変動である。

  成層圏においては東西方向の一様性が高いので、異なる地域の観測デ
ータをあわせ、熱帯下部成層圏の層平均の水蒸気濃度の時系列を作成し、
年々変動・10年規模変動について解析した。同時に、1990年代はじめから
2005年にかけて稼働し、成層圏水蒸気の長期データとしては信頼度が最も
高いとされてきた人工衛星Halogen Occultation Experiment（HALOE）の
データ、および、2004年以降稼働している人工衛星Aura搭載のMicrowave 
Limb Sounder（MLS）のデータについても同様に整理して比較した。その
結果、熱帯下部成層圏の水蒸気濃度は、1990年代に高めかつやや増加で
推移し、2000年頃に急減してその後数年間低値で推移したのち、2000年
代半ば以降ゆっくりと増加して1990年代のレベルに近づいているという
10年規模の変動があることが初めて分かった。さらに、2005年における
HALOEとMLSとCFHゾンデデータの比較により、HAILEEの観測データに無視
できない乾燥バイアスが存在することが分かった。

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