国立大学法人東海国立大学機構 名古屋大学の松見 豊名誉教授（宇宙地球環境研究所），北海道大学北極域研究センターの安成哲平准教授，同大学院工学院修士課程の若林成人氏（研究当時），同低温科学研究所の的場澄人助教らの研究チームは，パナソニック製の小型PM_2.5センサー^*1を搭載した，寒冷地でも動作温度環境を自動で保つことが可能な自動温度制御断熱ボックスを開発しました（以下，PM_2.5測定装置）。室内及び低温室における動作確認・検証実験や，冬季札幌・夏季アラスカでの現地観測による，現地の独立したPM_2.5観測データとも比較検証を行うことで非常に寒冷な環境や，森林火災のような高濃度PM_2.5環境下においてのPM_2.5^*2測定にも，開発した装置が十分実用的であることを確認しました。
北極圏では，夏季森林火災から冬季気温の逆転層形成による大気汚染^*3まで，通年を通じてPM_2.5の測定が求められていますが，これまでは厳冬期の観測が非常に困難でした。本研究で開発した寒冷地仕様のPM_2.5測定装置は，温度コントローラーの設定温度より少し低くなると，装置内部がヒーターで自動で温められ，外部が極寒でも内部をPM_2.5センサー動作環境に保つことができるため，冬季や通年で寒冷な場所でPM_2.5観測を安定かつ継続して行うことが可能になります。また，開発実験では，防水ファンによる強制通風が必須であることがわかりました。北海道大学低温科学研究所の?25℃の低温室実験では，ヒーターが正常に動作し，通風口2つの条件で内部の温度環境をプラスに保つことができることも確認しました。さらに，2019年2月に北海道大学工学部屋上で観測を行い，環境省国設局「国設札幌」で測定されたPM_2.5の1時間値（確定値）の変動と比較したところ，本研究のPM_2.5測定結果の1時間平均値と変動が整合的であることも確認できました。2019年6月からは，アラスカ大学フェアバンクス校（UAF）国際北極圏研究センター（IARC）に同PM_2.5測定装置を設置し，夏季（6-7月）アラスカの森林火災時の高濃度PM_2.5変動を捉えることに成功しました。
今後，冬季に寒冷になるアラスカやグリーンランドなどの北極圏及び南極など通年で寒冷な場所でも，安定にPM_2.5の継続観測を行うことが可能となり，PM_2.5測定が希薄な極寒の地域での観測展開が大いに期待されます。
なお、本研究成果は， 2022年3月10日（木）公開のJournal of Environmental Management誌に掲載されました。

【ポイント】

・極寒の寒冷地でもPM_2.5を連続測定可能な自動温度制御断熱ボックスを開発（?25℃で動作確認）。
・冬季札幌の大気環境で検証し，夏季アラスカ森林火災時にも高濃度PM_2.5を観測することに成功。
・今後，極寒になる北極圏や南極など多様な寒冷環境におけるPM_2.5観測のネットワーク展開に期待。

◆詳細（プレスリリース本文）はこちら

【用語解説】

＊1 パナソニック製の小型PM_2.5センサー…内部の下部ヒーターで上昇流を作り，波長625 nmのLED光を使用して気流中の粒子特性をフォトダイオード検出器で検出し，PM_2.5濃度へ換算する（換算用の補正係数は1.3を使用；最小粒子検出サイズは0.3μm）（Nakayama et al., 2018）。現在，パナソニック株式会社から商用版が販売されているが，研究用のものとは最小粒子サイズは異なる。
＊2 PM_2.5…主に2.5μm（1μm=0.001 mm）より小さい様々な大気汚染微粒子の総称（厳密には，測定時に空気力学径が2.5μmで捕集効率50%になる大気汚染微粒子のこと）
＊3　北極圏の夏季森林火災から冬季気温の逆転層形成による大気汚染…北極圏では，夏季森林火災（e.g., Yasunari et al., 2018, 2021；過去のプレスリリースも参照）や，冬季気温の逆転層形成時に高濃度PM_2.5などの大気汚染（e.g., Tran and M?lders, 2011）が見られることがこれまでの研究から報告されている。

【論文情報】

論文名 Developing an insulation box with automatic temperature control for PM_2.5 measurements in cold regions（寒冷地におけるPM_2.5測定用の自動温度制御断熱ボックスの開発）
著者名　安成哲平1,2, 若林成人3（研究当時）, 松見　豊4, 的場澄人5（1北海道大学北極域研究センター，2北海道大学広域複合災害研究センター，3北海道大学大学院工学院，4名古屋大学宇宙地球環境研究所，5北海道大学低温科学研究所）
雑誌名　Journal of Environmental Management（環境管理の専門誌）
ＤＯＩ　10.1016/j.jenvman.2022.114784
公表日　2022年3月10日（木）（オンライン公開）