- 藤田 慎一、三浦 和彦、大河内 博、速水 洋、松田 和秀、櫻井 達也, 2014, 2017, 2021: 越境大気汚染の物理と化学 2訂版。成山堂書店, 294 pp. ISBN 978-4-425-51363-5.
A5判 横書きのペーパーバック。2014年に初版、2017年に「改訂増補版」、2021年 2月28日に「2訂版」が出ている。【初版がでたのが、わたしが窒素循環に関する環境科学の課題を調査していた時期よりもあとだったので、わたしはどの版も読まないままきてしまった。2024年4月から「温暖化と酸性雨」という授業を担当することになったのでその準備として、2024年2月に買って、拾い読みしている。】
「越境」とは国境をこえることであるが、本書の話題は国境に関係なく 水平スケール 数百 km 以上の大気汚染現象である。それを定量的に把握したり予測型のシミュレーションをしたりするための基礎知識をまとめた教科書である。
章だてと執筆分担はつぎのようになっている。なお、各章の演習問題があるが、まとめて最後の章のあとに置かれている。
第1章 越境大気汚染とは /藤田
第2章 発生源と排出量 /藤田
第3章 大気 (気体) の化学 /大河内
第4章 大気の物理 1 (気象) /三浦
第5章 大気の物理 2 (移流・拡散) /櫻井
第6章 粒子の物理 /三浦
第7章 粒子の化学 /大河内
第8章 雲の物理 /三浦
第9章 雲の化学 /大河内
第10章 乾性沈着 /松田
第11章 湿性沈着 /藤田
第12章 広域輸送 /速水
第13章 自由対流圏および成層圏の汚染 /大河内
汚染物質としてあつかわれているのは、まず、イオウ酸化物・硫酸と、窒素酸化物・硝酸である。それが雨にふくまれれば「酸性雨」ともいえるが、本書の用語では「湿性沈着」である。それに対して気体またはエーロゾル粒子の形で地上に達するのが「乾性沈着」である。両方とも重要だ。
また、いわゆる「PM 2.5」 (粒径 2.5 μm 以下の粒子) をふくむ 浮遊性粒子状物質 (SPM)もあつかわれている。
オゾンおよびそれとの反応にかかわる物質については、3.5節で対流圏でおこるおもな反応、第13章で成層圏オゾン破壊に関することをのべているが、対流圏での具体的なふるまいにはふみこんでいない (いわゆる光化学スモッグは本書にとっては空間規模が小さいという判断だろう)。
広域の輸送の例としては、原子力事故による放射性核種や、黄砂もあげられている。
なお、気象学のたちばからみると、エーロゾルについては 放射 (光や赤外線) を吸収・散乱・射出するはたらきも重要なのだが、本書では、6.8節で、その素過程と、光学的厚さ (いいかえれば大気の混濁度) の実態の例をあげているが、気候にあたえる効果は話題にふくめていない。
化学の専門教科書にありがちなように、微分や積分をふくむ数量の式も出てくるし、化学反応式や化学平衡の式もでてくる。粒子を球で近似するつごうで円周率 π と 粒径 rの何乗かがふくまれる式がわりあい多い。粒子を粒径の区間別にわけてそれぞれの粒子数をかぞえるような計算もよくでてくる。
第4章と、第8章の大部分は、気象学の教科書にもでてくる内容である。説明が短すぎる気もするが、不足を感じた読者が気象学の教科書でおぎなえばよいだろう。第8章の最後の 8.7 節は、エーロゾル粒子が雲粒や雨・雪にとりこまれるプロセスであり、気象学の教科書には出てこないが本書としては大事なところである。
折りかえしのあとに目次をつける。「/」につづいて執筆者名をいれた。
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まえがき
著者略歴
目次
第1章 越境大気汚染とは /藤田
– 1.1 東アジアの酸性雨 — 半世紀近くに及ぶ取り組み
– 1.2 酸性雨からアジアの大気汚染へ — 物質輸送と物質循環
– 1.3 越境大気汚染の物理と化学 — 本書の構成
– [コラム 1] 大気汚染問題とその変遷
第2章 発生源と排出量 /藤田
– 2.1 排出量の推移 — 人口問題と環境問題の接点
– – 2.1.1 人口の増加
– – 2.1.2 燃料の燃焼
– – 2.1.3 化石燃料の消費と二酸化炭素の排出量の増加
– – 2.1.4 大気汚染物質の排出量の変化
– – 2.1.5 将来の排出量の推移
– 2.2 自然発生源 — 人間活動に止まらない発生源
– – 2.2.1 硫黄酸化物
– – 2.2.2 窒素酸化物
– 2.3 排出インベントリ — 排出量を推計する具体的な方法
– – 2.3.1 これまでの推移
– – 2.3.2 排出量の算定方法
– – 2.3.3 排出インベントリの事例
– [コラム 2] 船舶からの排ガスに対する規制
第3章 大気 (気体) の化学 /大河内
– 3.1 気体濃度の表し方 — 理想気体として扱う
– – 3.1.1 分圧
– – 3.1.2 混合比
– – 3.1.3 数密度
– – 3.1.4 質量濃度
– 3.2 気相化学反応の基礎 — 気体が変化する速さ
– – 3.2.1 大気化学反応: 均一反応と不均一反応
– – 3.2.2 気相反応速度
– – 3.2.3 気相の一次反応
– – 3.2.4 気相の二次反応
– – 3.2.3 気相の三次反応
– 3.3 大気の化学組成 — 私たちが吸っている空気の中身
– – 3.3.1 主要成分
– – 3.3.2 微量気体と地球大気環境に与える影響
– 3.4 日本の大気汚染状況 — 空気の汚れ具合を監視
– – 3.4.1 常時監視項目
– – 3.4.2 有害大気汚染物質
– 3.5 重要な気相均一反応 — オゾンができる仕組み
– – 3.5.1 対流圏オゾン
– – 3.5.2 ヒドロキシルラジカル
– – 3.5.3 硝酸ラジカル
– – 3.5.4 対流圏リザーバー分子
第4章 大気の物理 1 (気象) /三浦
– 4.1 大気の鉛直構造 — 気温の高度分布
– 4.2 大気の熱力学 — 気温、湿度と大気の安定度
– – 4.2.1 理想気体の状態方程式
– – 4.2.2 静力学 (水圧) 平衡
– – 4.2.3 乾燥空気の断熱変化
– – 4.2.4 大気中の水蒸気量の表現法
– – 4.2.5 湿潤大気の断熱変化
– – 4.2.6 大気の安定度
– 4.3 大気の放射 — エネルギーのつり合い
– – 4.3.1 太陽放射
– – 4.3.2 地球の放射平衡
– – 4.3.3 吸収・透過・反射
– – 4.3.4 地球大気による吸収
– – 4.3.5 温室効果
– – 4.3.6 地球大気の熱収支
– 4.4 大気の力学 — 空気の運動、風
– – 4.4.1 地衡風
– – 4.4.2 円形等圧線と傾度風
– – 4.4.3 局地風
– – 4.4.4 季節風 (モンスーン)
– – 4.4.5 大気の大循環
– [コラム 3] 山岳大気
第5章 大気の物理 2 (移流・拡散) /櫻井
– 5.1 地表付近の気象と大気拡散 — 流体としての大気のふるまい
– – 5.1.1 大気境界層
– – 5.1.2 大気の安定度と拡散
– – 5.1.3 風の鉛直分布
– – 5.1.4 風の乱れと拡散
– 5.2 大気環境のモデル化 — 煙突からの煙の流れを決定するもの
– – 5.2.1 乱流拡散
– – 5.2.2 煙の拡散のモデル化
– – 5.2.3 拡散幅 σ の決定方法 (パスキル・ギフォード線図)
– – 5.2.4 有効煙突高さ
– – 5.2.5 モデル化を行う上での留意点
– [コラム 4] 上空大気の観測プラットフォーム
第6章 粒子の物理 /三浦
– 6.1 大気エアロゾル粒子 — 大気中に漂う粒子
– 6.2 粒径 — 粒子の大きさ
– – 6.2.1 不整形粒子の大きさと形状
– – 6.2.2 粒子の大きさに関する統計量
– 6.3 粒径分布 — 大きさ別の濃度
– – 6.3.1 さまざまな粒径分布表示法
– – 6.3.2 大気エアロゾルの粒径分布表示法
– – 6.3.3 対数正規分布
– 6.4 分散による生成 — 地面と海面から発生する粒子
– – 6.4.1 地表面から発生するエアロゾル粒子
– – 6.4.2 海面から発生するエアロゾル粒子 (海塩粒子)
– 6.5 気体の粒子化 — 化学反応によってできる粒子
– 6.6 動力学的性質 — 電荷を持たない粒子の運動
– – 6.6.1 凝集
– – 6.6.2 粒子の運動に対する空気抵抗
– 6.7 電気的性質 — 電荷を持つ粒子の運動
– – 6.7.1 大気イオン
– – 6.7.2 イオンの伝記的易動度
– – 6.7.3 エアロゾル粒子への小イオンの衝突付着
– – 6.7.4 帯電率
– 6.8 光学的性質 — 粒子の散乱と吸収
– – 6.8.1 散乱
– – 6.8.2 減衰
– – 6.8.3 混濁度、視程、光学的厚さ
第7章 粒子の化学 /大河内
– 7.1 エアロゾル化学の基礎 — 粒子の大きさによる分類と吸湿性
– – 7.1.1 濃度単位
– – 7.1.2 エアロゾルの粒径分布
– – 7.1.3 一次粒子と二次粒子
– – 7.1.4 TSP, SPM, PMx
– – 7.1.5 吸湿特性
– 7.2 エアロゾルの化学組成 — 粒子を構成する物質: 水に溶けるもの、溶けないもの
– – 7.2.1 水溶性成分と不溶性成分
– – 7.2.2 微小粒子の主要化学組成
– – 7.2.3 化学物質の粒径分布
– 7.3 無機エアロゾル — 酸性物質、鉱物、海塩
– – 7.3.1 硫酸および硫酸塩エアロゾル
– – 7.3.2 硝酸塩エアロゾル
– – 7.3.3 土壌および鉱物エアロゾル
– – 7.3.4 海塩粒子
– 7.4 有機エアロゾル — 粒子の3割は多種多様な有機物
– – 7.4.1 元素状炭素と有機炭素
– – 7.4.2 一次有機エアロゾル
– – 7.4.3 二次有機エアロゾル
– – 7.4.4 半揮発性有機化合物
– 7.5 粒子状大気汚染物質: 大気汚染問題とその変遷 — 粒子の汚れ具合を監視
– – 7.5.1 日本における浮遊粒子状物質汚染の現状と環境基準達成率
– – 7.5.2 日本における浮遊粒子状物質の発生源とその対策
– – 7.5.3 日本における微小粒子状物質汚染の現状
– – 7.5.4 中国における微小粒子状物質汚染
– [コラム 5] 2013年 1月の PM2.5 騒動
– [コラム 6] 新しい PM2.5 問題? : 大気中マイクロプラスチック
第8章 雲の物理 /三浦
– 8.1 凝結 — 空気中に粒子があると水蒸気が水になる
– 8.2 雲凝結核 — 雲粒になりうる粒子
– 8.3 凝結による成長 — 水がくっついて粒子が大きくなる
– 8.4 山岳大気における凝結核、雲凝結核、雲粒の観測結果 — ヒマラヤ、富士山での観測結果
– 8.5 雲と霧 — 雲と霧のでき方
– 8.6 雨 — 暖かい雨と冷たい雨
– – 8.6.1 ラングミュアーの付着成長
– – 8.6.2 併合成長方程式
– – 8.6.3 ベルシェロンの氷晶成長
– 8.7 除去作用 — 雲と雨による粒子の除去
– – 8.7.1 雲底下洗浄
– – 8.7.2 雲内洗浄
– – 8.7.3 フィールドにおける核洗浄の観測例
第9章 雲の化学 /大河内
– 9.1 地球表層の水循環とガス・エアロゾルの洗浄 — 様々に姿を変え、物質を溶かす水
– – 9.1.1 雲の存在割合
– – 9.1.2 雲粒の液滴径
– – 9.1.3 雲内洗浄と雲底下洗浄
– 9.2 雲水化学の基礎 — 雲粒の大きさと採取方法
– – 9.2.1 雲水量の単位
– – 9.2.2 雲粒の特性
– – 9.2.3 化学分析のための雲水の採取方法
– 9.3 雲水の化学成分濃度および化学組成の支配要因 — 雲粒に含まれる物質
– 9.4 雲粒への粒子の取り込み: 雲凝結核と核洗浄 — 雲粒の生成と成長
– – 9.4.1 ケルビン式と過飽和度
– – 9.4.2 吸湿性無機エアロゾル
– – 9.4.3 有機エアロゾル
– 9.5 雲粒への気体の溶解 — ヘンリーの法則
– – 9.5.1 ヘンリーの法則
– – 9.5.2 SO2 の溶解
– – 9.5.3 雲と気相間の分配
– 9.6 雲内反応 — 雲粒内で物質は変化する
– – 9.6.1 二酸化硫黄の液相酸化
– – 9.6.2 ヒドロキシメタンスルホン酸の生成
– 9.7 雲水化学の実際 — 濃度は空気の流れや場所に依存
– – 9.7.1 雲水と雨水の化学組成
– – 9.7.2 空気塊の変化に伴う雲水化学組成の変化
– – 9.7.3 雲水化学組成の地域特性
– 9.8 雲 (霧) による化学物質の沈着 — “隠れた” 沈着: 第3の沈着過程
– – 9.8.1 オカルト沈着
– – 9.8.2 山間部森林生態系におけるオカルト沈着
– [コラム 7] 富士山と越境大気汚染
第10章 乾性沈着 /松田
– 10.1 乾性沈着とは
– 10.2 乾性沈着の基礎理論 — 浮遊する物質がなぜ沈着できるのか
– – 10.2.1 抵抗モデル
– – 10.2.2 空気力学的抵抗
– – 10.2.3 準層流抵抗
– – 10.2.4 表面抵抗
– – 10.2.5 エアロゾルの乾性沈着
– 10.3 乾性沈着測定法 — 鉛直方向の流れを測る
– – 10.3.1 渦相関法
– – 10.3.2 緩和渦集積法
– – 10.3.3 濃度勾配法
– – 10.3.4 林内雨・樹幹流法
– – 10.3.5 東アジアにおける沈着速度のフィールド観測
– 10.4 乾性沈着量の評価 — 高リスク地域を把握する
– [コラム 8] EANET: 東アジア酸性雨モニタリングネットワーク
第11章 湿性沈着 /藤田
– 11.1 湿性沈着とは — 洗浄比の重要性
– 11.2 湿性沈着の測定方法 — 降水モニタリングの基本的な考え方
– – 11.2.1 降水のモニタリング
– – 11.2.2 分析データの整理と製表
– – 11.2.3 分析データの精度管理
– – 11.2.4 海塩成分と非海塩成分
– 11.3 湿性沈着の広域推計 — 日本列島における物質収支
– – 11.3.1 日本列島の降水の化学組成
– – 11.3.2 東アジアの酸性雨
– 11.4 湿性沈着の経年変化と季節変化 — 降水の質的変化を追跡
– – 11.4.1 降水成分の濃度の長期的な変化
– – 11.4.2 降水の NO3– / nss-SO42- 濃度比を用いた解析
– – 11.4.3 湿性沈着の季節変化
– – 11.4.4 顕在化しつつある降水の質的変化
– – 11.4.5 日本と海外の降水酸性度の比較
– [コラム 9] 環境の時代
第12章 広域輸送 /速水
– 12.1 広域輸送の実例 — 大気汚染物質は国境を越えた
– – 12.1.1 地球を巡った放射性核種
– – 12.1.2 太平洋をわたる黄砂
– – 12.1.3 日本に飛来する中国大陸の汚染物質
– 12.2 広域輸送の解析方法 — 物質の濃度変化と履歴をつかむ
– – 12.2.1 滞留時間
– – 12.2.2 流跡線解析
– – 12.2.3 広域輸送モデル (1) トラジェクトリー型
– – 12.2.4 広域輸送モデル (2) オイラー型
– 12.3 発生源の寄与評価 — 影響の大きな発生源を探る
– – 12.3.1 発生源寄与の評価方法
– – 12.3.2 国際的な取り組み
– [コラム 10] HYSPLIT による流跡線とその解釈の実践
– [コラム 11] 新型コロナウイルス (COVID-19) と大気環境
第13章 自由対流圏および成層圏の汚染 /大河内
– 13.1 対流圏と成層圏における物質交換 — 上空で何が起きているか
– – 13.1.1 自由対流圏と成層圏
– – 13.1.2 バックグラウンド汚染と成層圏-対流圏交換
– – 13.1.3 ブリューワー・ドブソン循環
– – 13.1.4 温暖コンベアベルトと成層圏侵入
– 13.2 自由対流圏および成層圏汚染を引き起こす大気汚染物質 — 上空に運ばれる物質
– 13.3 成層圏オゾン層の破壊 — 紫外線から地球を守る “鎧”
– – 13.3.1 チャップマン機構
– – 13.3.2 成層圏オゾンの触媒反応サイクル
– – 13.3.3 極気での成層圏オゾン消失
演習問題
付録
– 1. SI接頭語
– 2. 基礎定数表
– 3. 気象定数表
– 4. 乾燥大気の化学組成
– 5. 海面レベルでの空気の物性
– 6. 気温、気圧、密度の高度分布
– 7. 雲の分類 (10種雲級)
– 8. 霧の分類
– 9. 大気汚染に係る環境基準
– – (1) 大気汚染に係る環境基準
– – (2) 有害汚染物質 (ベンゼン等) に係る環境基準
– – (3) ダイオキシン類に係る環境基準
– – (4) 微小粒子状物質に係る環境基準
– – (5) 光化学オキシダントの生成防止のための大気中炭化水素濃度の指針
– 10. 諸外国における PM10 および PM2.5 の環境基準
– 11. 諸外国における VOCs 規制とその定義
– 12. 海水 1 kg 中のイオンの量
– 13. イオンの極限モル電導度
– 14. エアロゾルの動力学に関する諸数値
– 15. 有機化学
– – (1) 代表的な揮発性有機化合物
– – (2) 代表的なペルオキシアシルナイトレート
– – (3) 代表的な多環芳香族炭化水素
– – (4) 代表的なニトロ多環芳香族炭化水素
– – (5) 代表的なオキシ多環芳香族炭化水素
– – (6) 植物ワックス由来の一次有機エアロゾル (POA)
– – (7) 大気中界面活性物質の候補物質
– – (8) 都市大気エアロゾルに含まれる有機物の典型的な濃度範囲
引用文献
頭字語
索引
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