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2021.04.22

我が国における金属由来の粒子酸化能の大気中濃度について、初めて予測に成功し、発生源別の寄与率を評価しました

令和3年4月22日
気象研究所
日本自動車研究所
国立環境研究所
計量計画研究所
聖路加国際大学
慶應義塾大学
京都大学

我が国における金属由来の粒子酸化能の大気中濃度について、
初めて予測に成功し、発生源別の寄与率を評価しました

―健康影響の低減に効果的な大気汚染物質の削減に向けて―

 大気中の粒子酸化能は、生体に酸化ストレスを与える原因となる粒子の酸化能力のことで、呼吸器・循環器系の急性疾患に強い関連を示すことが指摘され、国内外で注目されています。
 今般、我が国における金属由来の粒子酸化能の大気中濃度について、試薬実験と野外観測の結果を元にした数値シミュレーションで初めて予測に成功し、その発生源別の寄与率を評価しました。

 大気中の微小粒子状物質(PM2.5)の質量濃度は、慢性・急性の呼吸器・循環器疾患や早期死亡に関連があることが従前から指摘されています。近年、肺に取り込まれた粒子状物質(PM)が生体に与える酸化ストレスを試験管系 で評価する手法として、粒子の酸化能(Oxidative Potential; OP)を用いた研究が盛んに行われています。OPは、PM中の遷移金属と有機物が主要因とされ 、海外においては呼吸器・循環器系への急性疾患と強い関連性を持つことが分かって来ましたが、数値シミュレーションを活用したOPの大気中濃度の予測研究はこれまでほとんど行われてきませんでした。
 そこで、気象庁気象研究所、日本自動車研究所、国立環境研究所、計量計画研究所、聖路加国際大学、慶應義塾大学及び、京都大学の研究グループはまず、OPが高いと言われている遷移金属のうち、発生量も比較的多い、銅(Cu)、鉄(Fe)、マンガン(Mn)、ニッケル(Ni)、バナジウム(V)に着目し、各金属の単位質量濃度あたりの酸化能の試薬実験結果を掛け合わせて合計することで得られる金属由来のOP(transition metal based cumulative oxidative potential; OPtm*)を数値シミュレーションと西日本における野外観測から算出し、両者の比較からその予測可能性と発生源寄与率を我が国において初めて評価しました()。
 その結果、両者の値やその変化傾向がよく一致したことから、OPtm*の分布がある程度精度よく予測できることが示されました。また、春先は人為起源の影響が小さくなる傾向(黄砂の寄与が増加)や、寒候期に国内寄与率が小さくなる傾向(越境汚染の寄与の増加)があることも分かりました。さらに、我が国の人為起源排出量においては、主にブレーキ粉塵や鉄鋼業、次いで発電所、排気ガス、鉄道などからの寄与が示されました。
本研究では、有機物のOPを考慮していませんので、今後、数値シミュレーション技術のさらなる改良とともに、大気科学、分析化学、毒性学、疫学の連携研究が求められます。

 

:(左)鳥取県米子市における全粒径(微小+粗大)OPtm*の観測値(青)と予測値(赤)。期間は2013年3月から12月、時間分解能は1日。(右)予測値における発生源寄与率(赤:人為起源の割合、緑:微小粒子の割合、青:国内寄与率)。見やすさのため10日平均値を表示。

本研究成果は、2021年3⽉22⽇付けで、Springer Natureが発行する「Scientific Reports」誌に掲載されています。

<発表論文>

掲載誌: Scientific Reports
タイトル: Simulation of the transition metal-based cumulative oxidative potential in East Asia and its emission sources in Japan
著者名: Mizuo Kajino, Hiroyuki Hagino, Yuji Fujitani, Tazuko Morikawa, Tetsuo Fukui, Kazunari Onishi, Tomoaki Okuda, Yasuhito Igarashi
所属: 梶野瑞王(気象庁気象研究所)、萩野浩之(日本自動車研究所)、藤谷雄二(国立環境研究所)、森川多津子(日本自動車研究所)、福井哲央(計量計画研究所)、大西一成(聖路加国際大学)、奥田知明(慶應義塾大学)、五十嵐康人(京都大学)
掲載場所: https://www.nature.com/articles/s41598-021-85894-z

<関連情報>
本研究は(独)環境再生保全機構の環境研究総合推進費(JPMEERF20165005)の助成を受けました。
また一部、同推進費(JPMEERF20165051)、科研費(JP19K19468、JP25870447、 JP20H00636)、鳥取大学乾燥地研究センター共同研究(No.27C2001, 28D2005, 30D2003, 02C2010)の助成を受けました。

問合せ先:気象研究所 全球大気海洋研究部 主任研究官 梶野瑞王
メール:kajino[at]mri-jma.go.jp
(広報担当) 気象研究所 企画室 広報担当 電話:029-853-8535

問合せ先:一般財団法人日本自動車研究所 企画・管理部 広報グループ
メール:sogomado[at]jari.or.jp
 ※メールアドレスは[at]を@に替えてください。

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