海洋生態系‐同位体分子種モデルを用いた 西部北太平洋におけるN2O生成プロセスの解明 吉川知里（BGC/JAMSTEC）

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1 海洋生態系‐同位体分子種モデルを用いた 西部北太平洋におけるN2O生成プロセスの解明 吉川知里（BGC/JAMSTEC）

2 Introduction

3 Wide range! Marine N2O emission Green house gas Inverse correlation
Ozone destroyer Inverse correlation (Marine N2O vs. O2 concentrations) (Global N2O concentrations) (IPCC ,2007） (Santharaligam and Sarmiento ,2000） (Global N2O ocean emission estimates) Wide range! Marine N2O flux 3.8 ( ) Tg N yr-1　（IPCC, 2013） ▲ ▲ ●：include coastal fluxes　 ▲：IPCC estimates 2007 2013 (EPA ,2010）

4 (Marine N2O isotopomer model)
Need for numerical model Quantitative understanding Global budget Future prediction 15N 16O 14N α β (Marine N2O isotopomer model) Complex processes… SP=33‰ (Sutka et al., 2006) SP=0‰ (Sutka et al., 2006) Isotopomer！

5 Observations for isotopomer model
(JAMSTEC time-series stations K2 and S1) (Observation data) ●Conc./SP/δ15N/δ18O of N2O (Kuzunuki-kun) Air ●N2O /CH4 conc. (Rakunou gakuen Univ.) ●Nitrification rate ●SP/δ15N/δ18O of N2O (Abe-san & Florian-san) ●δ15N/δ18O of NO3 ●δ15N of Chlorophyll ●δ15N of POM (JAMSTEC) ●δ15N of Sinking POM (JAMSTEC) ●δ15N of Zooplankton (JAMSTEC) Seawater

6 N2O isotopomer box model

7 Marine N2O isotopomer box model

8 Chlorophyll concentration
Box model – validation Model results are almost consistent with observation. （Yoshikawa et al., in revision） Marine N2O isotopomer model Chlorophyll concentration δ15N of PHY ★ ★ NO3 concentration δ15N of NO3 Upper simulation Middle simulation Lower simulation N2O concentration SP of N2O ○　Upper observation ×　Middle observation □　Lower observation

9 Box model - sensitivity tests
（Yoshikawa et al., in revision）

10 N2O isotopomer 1D model

11 Mellor-­Yamada Level 2.5 mixed layer model
1D model – description Mellor-­Yamada Level 2.5 mixed layer model Vertical resolution: 105 layers (5m:0-300m, 25m, 50m, 100m,1250m) Initial condition: Temperature, Salinity, NO3 (WOA09), N2O (July Obs.) Atmospheric Forcing: Radiation, Humidity, Pressure, Temperature, Precipitation, Wind (Daily mean JRA25 for 2012), Atmospheric N2O (July Obs.) Simulation period: After 5 years spin-up, 6 year was shown here. Station K2: 47N,160E Station S1: 30N, 145E

12 Nitrification (ammonium oxidation)
（NH4→NO2） = Nnit0*exp(knit+Temp)*[NH4]*（1-(Inhibition for NH4)） Slightly modified from Olson (1981)

13 Nitrification (nitrite oxidation)
（NO2→NO3） = Nnit0*exp(knit+Temp)*[NO2]*（1-(Inhibition for NO2)） Slightly modified from Olson (1981)

14 1D model – NO3- モデルの混合層深度は少し浅すぎるが、硝酸濃度はK2で高く、S1で低いという特徴は再現できた。

15 1D model – NO2- モデルの亜硝酸濃度は少し高すぎるが、S1よりもK2で高く、夏から冬にかけて亜表層に蓄積する特徴を再現できた。

16 1D model – NH4+ モデルのアンモニア濃度は少し高すぎるが、S1よりもK2で高く、夏から冬にかけて亜表層に蓄積する特徴を再現できた。

17 1D model – N2O １Dモデルによる年平均N2O放出量は、ボックスモデルと同程度で、K2で34mgN/m2/yr、S1で1mgN/m2/yrだった。

18 N2O validation １DモデルのN2O濃度は、ボックスモデルと同じく、観測で得られた鉛直分布をほぼ再現できた。 Abe-san
Yoshida Labo in Tokyo Tech.

19 まとめ 今後の課題 同位体・同位体分子種の観測を用いたモデルの検証 K2＆S1のN2O関連の観測の補充 N2O/NO3生成比の規定要因の解明
K2における硝化時のN2O生成は、硝酸生成に対して約0.22％であり、バクテリアと古最近の両者による硝化が主要なプロセスであることが明らかになった。 １DモデルによるN2Oフラックスの見積もりは、ボックスモデルと同程度だった（K2：34mgN/m2/yr、S1：1mgN/m2/yr）。 今後の課題 同位体・同位体分子種の観測を用いたモデルの検証 K2＆S1のN2O関連の観測の補充 N2O/NO3生成比の規定要因の解明 貧酸素水塊へ適用 同位体をはずして全球海洋N2O放出量の見積もり