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更新日:2020年10月23日

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栃木県における微小粒子状物質(PM2.5)の成分及び高濃度化要因の解析

保健環境センターで実施している調査研究について紹介しています。調査研究紹介一覧に戻る

微小粒子状物質(PM2.5)とは?

微小粒子状物質(PM2.5)は、大気中に浮遊する2.5マイクロメートル以下のとても小さな粒子です。

PM2.5の基本情報や栃木県で実施しているPM2.5調査の内容を、大気環境部の業務紹介ページ(PM2.5調査)にまとめていますので、先にそちらを参照されることをおすすめします。

調査研究『栃木県における微小粒子状物質(PM2.5)の成分及び高濃度化要因の解析』とは?

調査研究のねらい

近年は、PM2.5濃度は全国的にも改善傾向にあり、県内では全地点で環境基準を達成しています。しかし、環境基準を達成していても、短時間だけPM2.5濃度が高くなるときもあります。また、PM2.5は、発生源があちこちにあり、その時々で変わる気象条件にも影響されるため、その成分や濃度は様々に変化します。

大気環境部では、PM2.5の調査結果を詳細に解析し、栃木県でPM2.5濃度が高くなる原因について、複数年にわたり調査研究しています。調査研究内容は主に次のとおりです。

  • PM2.5濃度やPM2.5の成分はどのように推移しているのか?
  • PM2.5が発生する原因は何か?
  • PM2.5濃度が高くなるのはどんなときか?

調査研究で分かったこと

ここでは、栃木県におけるPM2.5について、調査研究で分かったことの例を紹介します。

PM2.5濃度やPM2.5の成分の推移

  • 常時監視の結果から:1日の中でPM2.5濃度は変動し、昼間に高くなったり、冬は夕方に高くなる傾向があります。 
  • 四季調査の結果から:PM2.5の成分は季節変動し、夏の主成分は硫酸アンモニウム、冬は硝酸アンモニウムになります。

PM2.5が発生する原因

四季ごとPM2.5発生源の寄与率グラフ図は、四季調査の結果をレセプターモデル(CMB法)で解析した結果で、PM2.5にどの発生源が何%影響しているか示したものです。

この図から、主に二次生成粒子、そのほか自動車排ガス、重油燃焼、土壌の巻き上げ等の影響を受けていることが分かります。

※「レセプターモデル(CMB法)」と「二次生成」について大気環境部の業務紹介ページ(PM2.5調査)にまとめています。

PM2.5濃度が高くなるとき

PM2.5が発生する原因は上で紹介したとおりですが、特に気象によって、PM2.5の濃度が高くなるときがあります。PM2.5濃度が高かったときの気象条件等を紹介します。

  • 風があるとき:PM2.5やその元となる物質、関連する物質が、県外から栃木県内に運ばれてくる
  • 風がないとき:PM2.5が拡散しないで、その場に長くとどまる
  • 【夏】気温が高く、日射量が多い+二酸化硫黄とオキシダント濃度が高いとき:夏のPM2.5の主成分である硫酸アンモニウムが、大気中の化学反応で生成しやすい

《補足》二酸化硫黄:硫酸の元となる物質

オキシダント:硫酸を生成する化学反応を進める物質

  • 【冬】気温や湿度がちょうどよい+窒素酸化物の濃度が高いとき:冬のPM2.5の主成分である硝酸アンモニウムが生成し粒子になりやすい

《補足》窒素酸化物:硝酸の元となる物質

気温がちょうどよい:高すぎると生成した硝酸が気体になってしまい、PM2.5にはならない。5~10℃くらいでPM2.5濃度が高くなりやすい

湿度がちょうどよい:水分が硝酸アンモニウムを捕まえて粒子にするが、湿度が高すぎると水を含んだ粒子が大きくなってしまい、PM2.5でなくなってしまう。湿度の上がり始める夕方の時間帯に合わせて、PM2.5の濃度も上がり始めることが多い

の2つの図は、それぞれPM2.5濃度が高くなった日のPM2.5濃度(黒色)と窒素酸化物濃度(赤色)、湿度(水色)との関係を示したグラフです。左下の図では、PM2.5濃度が高くなった時に窒素酸化物濃度が高くなっています。また、右下の図では、PM2.5濃度の高くなり始めと湿度の上がり始めが一致している様子が見られます。

PM2.5濃度と窒素酸化物濃度の関係グラフPM2.5濃度と湿度関係グラフ


そのほか、花火大会等特定のイベントでPM2.5濃度が高くなることも確認されているので、紹介します。 

  • 花火大会:下図は花火大会の日に、PM2.5の濃度(黒色の折れ線)と成分ごとの量(カラフルな棒グラフ)が時間ごとにどう変化したのかを示しています。20時から21時にPM2.5濃度が高くなった時に、硫酸イオン(ピンク色)とカリウムイオン(黄緑色)も増えています。花火の黒色火薬が燃えたときに、火薬中の成分が化学反応して、硫酸カリウムが生成するためと考えられます。
    花火大会イラスト花火大会時のPM2.5濃度と成分変化グラフ
  • 渡良瀬遊水地のヨシ焼き、稲わら等の野焼き:植物が燃えるときには、硝酸イオン、塩化物イオン、カリウムイオンが増加します。

PM2.5濃度が高くなるイベントについては、その内容にクローズアップした資料を大気環境学会誌に掲載しています。大気環境学会誌「花火・ヨシ焼きによる汚染影響について」(外部サイトへリンク)

 

この調査研究について興味を持っていただけたら、さらに詳しい内容を実績(年報)に掲載していますので、ぜひそちらもご覧ください。

お問い合わせ

保健環境センター 大気環境部

〒329-1196 宇都宮市下岡本町2145-13

電話番号:028-673-9070

ファックス番号:028-673-9071

Email:kenkou-kc@pref.tochigi.lg.jp