[A-AS11] 大気化学

[AAS11-08] 大気化学の将来構想：成層圏・中間圏の大気化学の諸問題

*水野 亮¹、長浜 智生¹、江口 菜穂²、秋吉 英治³、斉藤 拓也³、杉田 考史³、山下 陽介³、坂崎 貴俊⁴ (1.名古屋大学宇宙地球環境研究所、2.九州大学応用力学研究所、3.国立環境研究所、4.京都大学理学研究科)

キーワード：将来構想、成層圏、中間圏

成層圏は、対流圏と力学的な相互作用や物質交換で相互に影響を及ぼしあっている。特に成層圏に分布の極大をもつオゾン層は、太陽からの有害な紫外線を吸収して地球上の生態系を守るだけでなく、紫外線による加熱と赤外線による冷却を通して、大気のエネルギー収支で重要な役割を果たしており、地球の気候を考える上でも重要である。オゾン自身も温室効果ガスであるが、人為的オゾン層破壊対策を通して代替ガスとして使用されるようになったHCFCやHFCなどは長寿命の強力な温室効果ガスとして働き、こうしたオゾン層破壊対策の気候影響も成層圏に関わる課題として研究し、追跡していなければいけない課題である。また、人為的オゾン層破壊の最も著しい表れであるオゾンホールにより、大気の循環場が影響を受けていることなども示唆されており、化学気候モデルでオゾンと気候の相互作用を取り扱うことが重要となっている。
　対流圏と成層圏の間の物質交換に関しては、熱帯域の上昇流や対流圏界面遷移層(TTL)などでの対流圏から成層圏への影響が議論されている。また、ブリューワ・ドブソン循環に伴う中高緯度域での空気の下降(deep branch)や中緯度帯の成層圏最下層に循環おける空気の下降（shallow branch）などによる成層圏から対流圏への輸送の議論が最近でも活発に行われている。
　中間圏は、大気密度が小さく比熱も小さいため、大気波動の伝播や破砕による気温変動や大気循環の変動など地球内の環境変動に敏感に反応する。一方、太陽紫外線や高エネルギー粒子の大気へのフラックス変動などの約11年周期で起きる太陽活動の変動など、地球外で起こる様々な変動の影響が大気環境の変動として顕著に現れる領域でもある。こうした地球外からの影響は、上部中間圏から下部熱圏における電離圏の力学として主として物理学の研究者らによって超高層大気の加熱メカニズムなどとして研究されてきたが、2000年代に入ってから地球外から磁力線に沿って降り込んでくる高エネルギー粒子とそれにトリガーされるイオン化学反応による大気組成変化が注目されるようになった。当初は、太陽面での巨大な爆発現象に起因する太陽陽子によるプロセスが注目されたが、地球の周りの放射線帯の電子も同様の組成変化を生じさせ、かつ太陽陽子イベントに比べて発生頻度も高く、生成された分子が極渦内で下方輸送され、結果的に光化学寿命が延びることにより、中下層大気への環境影響の可能性が示唆されている。
　こうした状況の中で、対流圏と成層圏の遷移領域では、より微細で精緻な観測データが継続的に取得されることが極めて重要である。また中間圏以上では、これまで限られた観測点のみで行われてきた下部熱圏を含む領域の全球的な気象場データが超高層物理学の研究者らからも求められ、SMILESなどのミリ波、サブミリ波観測で培われた手法をさらに進化させた分野融合的な研究の発展の可能性も議論されている。
　大気化学の成層圏と中間圏に関わる将来構想を議論する本章では、以下の６つの節
(1) 対流圏と成層圏の結合／物質交換
(2) 気候変動に伴う大気循環の変化が成層圏／中間圏に与える影響
(3) オゾン層の現代的問題 オゾン層問題と温暖化問題と両方の観点から
(4) 太陽活動、磁気圏・電離圏の変動が成層圏／中間圏に与える影響
(5) 地上・気球観測で明らかにすべき成層圏／中間圏の研究テーマと観測装置
(6) 衛星観測で明らかにすべき成層圏／中間圏の研究テーマと衛星計画
について、今後の10年を展望し、重要となる研究課題や発展させるべき研究の方向性について掘り下げる。