【研究領域課題番号】22H03722 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

気候変動 / エアロゾル / エアロゾル－雲相互作用 / 氷晶核 / 全球気候モデル

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2022-04-01 - 2025-03-31

【配分額】17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)

【研究領域課題番号】19H04259 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ターボール / 森林火災 / エアロゾル / 電子顕微鏡分析 / 気候影響 / 電子顕微鏡 / 気候変動 / 大気観測 / 航空機観測 / 地球気候 / 飛行機観測

【研究成果の概要】

気候変動に影響を与えるエアロゾルの一つに、森林火災から大量に発生する固体有機物粒子（ターボール）があげられる。このターボールは、主要エアロゾル種に匹敵する排出量が推定されながら、生成・除去プロセスや光学特性など、気候モデルに組み込むための必要なデータがなく、世界的にターボールの気候影響はほとんど分かっていない。そのターボールの理解のため、2019年度の夏季に北米において航空機観測（FIREX-AQ）に参加し、バイオマス燃焼由来の試料を採取して透過型電子顕微鏡を用いて分析した。そして、新たに開発した画像解析手法によるターボールの検出と、透過型電子顕微鏡を使った組成分析を組み合わせて、10以上の森林火災から生じた粒子の生成メカニズムについて解析を行った。
ターボール粒子に加え、新たな森林火災由来のエアロゾル粒子種として灰粒子を新たに提唱した。電子顕微鏡分析、化学分析などを組み合わせて、その存在量や特性を明らかにした。また、年間の排出量の推定も行い、重要なエアロゾル源になることを明らかにした。これらの内容をまとめ、Journal of Geophysical Research誌に出版を行った（Adachi et al. 2022）。
また、成層圏から由来するナノサイズの隕石成分について解析を行った。これらの粒子も森林火災由来粒子と同様に気候に影響をもたらす可能性がある。気象条件や化学分析からこれら粒子の挙動を粒子の画像とともに明らかにし、現在論文投稿中である。
最後に、北極における森林火災由来エアロゾル粒子の特徴を調べ、春秋に多い傾向を示した。また、これらの粒子が雲の生成に与える影響を解析し、論文投稿に向けて準備中である。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2019-04-01 - 2023-03-31

【配分額】17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)

【研究分野】気象・海洋物理・陸水学

【研究領域課題番号】15H05465 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

大気化学 / 放射強制力 / エアロゾル / 地球温暖化 / 大気放射 / 大気環境 / 気候変動 / 大気物理学 / 光散乱

【研究成果の概要】

当初の予定では、単一粒子光散乱法と単一粒子レーザー白熱法を用いてブラックカーボン粒子の散乱断面積、吸収断面積を同時測定し、そこから複素屈折率を導出する方法論を構築する予定であった。予備実験の過程で、自動車や製鉄所から発生する人為起源の酸化鉄粒子を、ブラックカーボンや自然起源の酸化鉄粒子と区別して検出できることを発見し、その手法を確立した。人為起源酸化鉄粒子の多地点の観測データと数値シミュレーションを用いて、全球大気中の濃度および放射強制力を世界で初めて評価した。また、より複素屈折率の虚部に感度の高い測定原理である、単一粒子消散法を新たに考案し、その計測の理論モデルおよび実験系を完成させた。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】21,580千円 (直接経費: 16,600千円、間接経費: 4,980千円)

【研究分野】環境動態解析

【研究領域課題番号】23221001 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

気候変動 / 環境変動 / 環境分析 / エアロゾル / 雲 / 降水 / 観測 / モデル

【研究成果の概要】

エアロゾル・雲・降水過程の理解が不十分なため、気候変動予測に大きな不確定性が生じている。我々はエアロゾルの微物理特性（数濃度・粒径分布など）の理解の改善により、気候に影響を及ぼすエアロゾルの主要な過程を解明した。また素過程の理解を通して雲の微物理特性、降水粒子の生成、エアロゾルの湿性除去を解明した。エアロゾル・雲・降水測定のための先端計測器を開発し、航空機・地上観測を行い、鍵となる過程の理解を進展させた。それらの過程を正確に表現した世界最先端の領域モデルを開発し、観測との比較により各要素を段階的に検証した。モデルと観測データを組み合わせ、エアロゾルの雲・降水への影響を高精度で推定した。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2011-04-01 - 2015-03-31

【配分額】215,150千円 (直接経費: 165,500千円、間接経費: 49,650千円)

【研究分野】気象・海洋物理・陸水学

【研究領域課題番号】22740311 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

気候.エアロゾル / エアロゾル / 計測工学 / 地球環境 / 気候変動

【研究成果の概要】

大気中の黒色炭素(BC)エアロゾル(微粒子)の形状の分析法の開発は、人為起源エアロゾルの気候影響や微粒子計測技術の分野では最先端かつ重要な研究課題である。本研究では微粒子から放出される熱輻射光の方位.偏光依存性を記述する一般理論(Rytov理論)を実験的に検証することにより、BCの形状分析が可能な新しい原理を提唱した。Rytov理論によって推定されるように、光波長よりも小さなサイズの微粒子についても放出される熱輻射光の方位依存性.偏光状態が粒子形状によって決定されることを実証した。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2010 - 2011

【配分額】4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)

【研究分野】環境動態解析

【研究領域課題番号】22241002 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

エアロゾル / 数濃度 / 間接効果 / 東アジア / 航空機観測 / 環境分析 / 気候変動 / 大気現象 / アジア

【研究成果の概要】

エアロゾルは雲凝結核として作用し、地球の放射収支に大きな影響を与える(間接効果)。間接効果は気候変動予測における主要な不確実要素であり、その理解向上のためにはエアロゾル数濃度分布の支配要因を定量的に明らかにする必要がある。本研究では、航空機に搭載してエアロゾル数濃度を高速測定できるシステムを開発した。東アジアにおいて航空機観測を行い、エアロゾル数濃度の鉛直分布を明らかにした。さらに、3次元モデルを用いた解析から、春季では数濃度を決める上で新粒子生成が重要であることを示した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2010 - 2012

【配分額】46,410千円 (直接経費: 35,700千円、間接経費: 10,710千円)

【研究分野】環境動態解析

【研究領域課題番号】18310007 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

エアロゾル / ブラックカーボン / すす粒子 / 中国 / 北京 / 珠江デルタ / 放射強制力 / 気侯変動 / 気候変動 / 気候影響

【研究成果の概要】

近年、東アジアにおける人為的なエアロゾルの増大による、気候影響が強く懸念されている。各種のエアロゾルのうち、特に黒色炭素エアロゾル(ブラックカーボン)は太陽放射を効率よく吸収し大気を加熱するため、人為的なエアロゾルの気候影響評価において最も重要な物質である。
本研究ではH18年度の夏季に、中国の代表的な大都市である北京と珠江デルタ地帯(広州-香港を含む経済地域)において、それぞれ約1ヶ月にわたりブラックカーボンの濃度レベルや粒径分布などの観測を、北京大学をはじめとする国際研究チームにより観測を実施した。
H19年度においては、これらの観測結果を詳細に解析するとともに、三次元化学輸送数値モデルを使ってその発生源や、輸送過程などの研究を行なった。この結果、北京周辺のブラックカーボンは夜間に濃度が増大する明瞭な日変化をもち、それは大気境界層高度の日変化などによることが明らかとなった。また、大気中で生成する無機エアロゾルなどは、数日の時間スケールで汚染大気の溜まりこみにより濃度増大が観測されたが、ブラックカーボンでは、対応する変動幅は小さい。これは北京におけるブラックカーボン濃度は、北京周辺100KM程度以内で、過去24時間以内に放出されたものによりほとんどその濃度が決まっているのに対し、無機エアロゾルなどは500KM程度以内で過去3日間に放出された前駆気体からの生成・蓄積によりその濃度が決まっていることによることが明らかとなった。これらの研究成果は現在、学術研究雑誌に論文として投稿する準備中である。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2006 - 2007

【配分額】16,880千円 (直接経費: 15,500千円、間接経費: 1,380千円)

【研究分野】環境動態解析

【研究領域課題番号】17201003 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

エアロゾル / ブラックカーボン / 混合状態 / 雲凝結核 / 雲 / 間接効果 / 気候変動

【研究成果の概要】

エアロゾルがCCNとして作用するポテンシャル(CCN活性)は、主として、乾燥粒径、エアロゾル中の水溶性成分の量、エアロゾルの表面張力の三つの要素により決定されると考えられる。エアロゾルのCCN活性を定量化すること、及びCCN活性と雲粒子生成過程を定量的に結びつけるための研究を実施した。
A)都市大気エアロゾルのCCN活性支配要因
都市大気エアロゾル粒子の化学成分と内部混合状態をエアロゾル質量分析計(AMS)およびブラックカーボン(BC)粒径分布・混合状態測定装置で測定した。CCN活性の同時測定から、被覆が厚いBCは被覆成分の化学組成が支配要因であることを示した。また100nmの直径を持つBCはわずか数nmの被覆により1.0%程度の過飽和でCCN活性を持つことを初めて明らかにした。
B)CCN活性化の時定数
生成時にはCCN活性を持たないエアロゾルも時間の経過と共に、水溶性成分の凝縮によりCCN活性が増加すると考えられる。韓国済州島で取得されたデータを詳細に解析し、アジア大陸から2・3日かけて輸送されたエアロゾルのCC活性は主として、水溶性成分の量で決まることを示した。有機エアロゾルによる表面張力の低下もCCN活性の増加に寄与すると推定された。また、中国の北東部において、様々な時間経過を経た空気塊中のCCN活性を測定し、定性的に同様の結果を得た。
C)雲粒子測定装置の校正と測定の流体力学特性
標準粒子を用いた実験により光散乱型雲粒子計測器の校正を高精度で行なった。この測定器を航空機に搭載した形状での流体力学計算を行い、この装置による雲粒子の補足効率が十分に高いことを確認した。またCCN数から予測される雲粒子のサイズ分布をトラジェクトリーモデルで計算し、CCN-雲相互作用の感度の数値実験を行なった。これらの研究は、今後計画する航空機観測研究の基礎となる。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2005 - 2006

【配分額】51,090千円 (直接経費: 39,300千円、間接経費: 11,790千円)