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The effect of surface morphology of aerosol particles on ice nucleation

Research Project

Project/Area Number 20K19959
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 63010:Environmental dynamic analysis-related
Research InstitutionJapan, Meteorological Research Institute (2022-2023)
Keio University (2020-2021)

Principal Investigator

Iwata Ayumi  気象庁気象研究所, 気象予報研究部, 研究官 (30827340)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Keywords氷晶形成 / 表面積 / 野外観測 / エアロゾル・雲相互作用 / 粒子化学成分 / 個別粒子分析 / 気候変動
Outline of Research at the Start

地球温暖化に伴う気候変動の影響が顕在化する昨今において、その予測に不確実性を及ぼす大きな要因の一つとして雲中の氷晶形成における理解の遅れが挙げられる。しかしながら、粒子表面形態の情報は連続的かつ浮遊させた状態で正確に測定することが難しい為に、とりわけ実大気粒子における氷晶形成能力の評価に不確実性を及ぼしていると考えられる。本研究では粒子表面形態と氷晶形成の関係性を明らかにする為に、従来の問題点を解決する粒子表面形態測定法と捕集試料の分析、さらには同一粒子における双方の詳細な個別粒子分析を行う。

Outline of Final Research Achievements

To clarify the effect of particle surface area on the variations of the ice nucleation in the atmosphere, we conducted out the evaluation of the uncertainty in the measurement of the particle surface area concentration of atmospheric particles, the investigation of the key factors that affect the concentration of ice nucleating particles at some observations, and the investigation the effect of mineral particle surface area on the ice nucleation by aircrfat observations.These results suggested that it is difficult to explain the variation of ice nucleation in the atmosphere by only particle physical properties. These results suggested that it is difficult to explain the variations of ice nucleation in the atmosphere by only particle physical properties. Meanwhile, this study suggested that they can only be explained at temperatures below approximately -20°C by the surface area of mineral particles.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

大気中の粒子を介した氷晶形成は、雲特性を変調させるために、気候変動予測やより高い分解能の気象予報において重要なプロセスであるものの、氷晶核粒子の挙動やその変動因子は十分に理解されておらず、これらの問題解決の障壁の一つとなっている。本研究の結果は、これらの氷晶形成に対して実大気中の表面積濃度における懸念点、粒子種とその物理特性の両方の重要性、さらにはその季節および地域的な違いを明らかにしたものであり、実大気中の氷晶核粒子の理解向上ならびに将来的な気候・気象予測精度向上に資する成果といえる。

Report

(5 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (24 results)

All 2024 2023 2022 2021 2020

All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 3 results) Presentation (21 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results)

  • [Journal Article] Contribution of Physical and Chemical Properties to Dithiothreitol-Measured Oxidative Potentials of Atmospheric Aerosol Particles at Urban and Rural Sites in Japan2022

    • Author(s)
      Kurihara Kazuki、Iwata Ayumi、Murray Horwitz Samuel Gray、Ogane Kako、Sugioka Tomoki、Matsuki Atsushi、Okuda Tomoaki
    • Journal Title

      Atmosphere

      Volume: 13 Issue: 2 Pages: 319-319

    • DOI

      10.3390/atmos13020319

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      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Lung deposited surface area of atmospheric aerosol particles at three observatories in Japan2021

    • Author(s)
      Kurihara Kazuki、Iwata Ayumi、Kiriya Miho、Yoshino Ayako、Takami Akinori、Matsuki Atsushi、Nishita-Hara Chiharu、Hara Keiichiro、Hayashi Masahiko、Kaneyasu Naoki、Seto Takafumi、Fujitani Yuji、Funato Koji、Inoue Kozo、Okuda Tomoaki
    • Journal Title

      Atmospheric Environment

      Volume: 262 Pages: 118597-118597

    • DOI

      10.1016/j.atmosenv.2021.118597

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] 黄砂の混合状態が持つ気候学的重要性 : 個別粒子観察の見地から2020

    • Author(s)
      松木篤, 岩田歩, 張代洲, 小島知子, 山田丸, 當房豊
    • Journal Title

      エアロゾル研究

      Volume: 35 Pages: 5-13

    • NAID

      130007833235

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] CCN and INP abilities of aerosol particles measured during HIWC-2022 and CPEX-CV flight campaigns2024

    • Author(s)
      Narihiro Orikasa, Masataka Murakami, Ayumi Iwata, Atsushi Matsuki, Masayuki Toda, HIWC Science Team
    • Organizer
      5th International Workshop on Cloud Turbulenc
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      2023 Annual Research Report
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  • [Presentation] HIWC-2022とCPEX-CVキャンペーンで直接観測された雲核・エアロゾルの特性2024

    • Author(s)
      折笠成宏, 村上正隆, 岩田歩, 松木篤, 戸田雅之, 米国HIWCサイエンスチーム
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      2023年度エアロゾル・雲・降水の相互作用に関する研究集会
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      岩田歩, Samuel Gray MURRAY HORWITZ, 栗原一嘉, 松木篤, 奥田知明
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      金沢大学環日本海域環境研究センター2023年度共同研究成果報告会
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Aircraft observations of aerosols and clouds during High Ice Water Content (HIWC 2022) flight campaign : Preliminary results2023

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      Narihiro Orikasa, Masataka Murakami, Ayumi Iwata, Atsushi Matsuki, Masayuki Toda, HIWC Science Team
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      International Union of Geodesy and Geophysics 2023
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  • [Presentation] 高濃度氷晶雲プロジェクトでのエアロゾル・雲の航空機観測(その2)2023

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      折笠成宏, 村上正隆, 岩田歩, 松木篤, 戸田雅之, 米国HIWCサイエンスチーム
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      日本気象学会2023年度春季大会
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  • [Presentation] 高濃度氷晶雲の実態把握と検出法・予測法開発に関する基礎的研究 -航空機観測(Florida Campaign)初期解析結果-2023

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      村上正隆, 折笠成宏, 岩田歩, 松木篤, Walter Strapp, Lyle Lilie, Thomas Ratvasky
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      日本気象学会2023年度春季大会
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  • [Presentation] 高濃度氷晶雲プロジェクトでのエアロゾル・雲の航空機観測:初期結果2023

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      折笠成宏, 村上正隆, 岩田歩, 松木篤, 戸田雅之, 米国HIWCサイエンスチーム
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      日本地球惑星科学連合2023年大会
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 大西洋上空で捕集されたエアロゾル粒子中の氷晶核粒子濃度と個別粒子分析2023

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      岩田歩, 折笠成宏, 村上正隆, 戸田雅之, 松木篤
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      第40回エアロゾル科学・技術研究討論会
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  • [Presentation] 横浜、能登における氷晶核粒子濃度に対する粒子組成および熱感受性生物起源粒子の寄与2023

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      岩田歩, Samuel Gray MURRAY HORWITZ, 栗原一嘉, 松木篤, 奥田知明
    • Organizer
      第64回大気環境学会年会
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 大西洋上空の氷晶核粒子濃度と個別粒子組成2023

    • Author(s)
      岩田歩, 折笠成宏, 村上正隆, 戸田雅之, 松木篤
    • Organizer
      日本気象学会2023年度秋季大会
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 高濃度氷晶雲プロジェクトでのエアロゾル・雲の航空機観測(その3)2023

    • Author(s)
      折笠成宏, 村上正隆, 岩田歩, 米国HIWCサイエンスチーム
    • Organizer
      日本気象学会2023年度秋季大会
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 大西洋上空における氷晶核活性粒子の個別分析2023

    • Author(s)
      戸田雅之, 岩田歩, 折笠成宏, 村上正隆, 松木篤
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      第28回大気化学討論会
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 国内2地点における粒子化学特性と氷晶形成粒子濃度の変動2023

    • Author(s)
      岩田 歩, Samuel Gray MURRAY HORWITZ, 栗原 一嘉, 松木 篤, 奥田 知明
    • Organizer
      2022年度 国立極地研究所 研究集会 エアロゾル・ 雲 ・降水の相互作用に関する研究集会
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 国内2地点における粒子特性の違いが及ぼす氷晶形成粒子濃度への影響2022

    • Author(s)
      岩田 歩, Samuel Gray MURRAY HORWITZ, 栗原 一嘉, 松木 篤, 奥田 知明
    • Organizer
      日本気象学会2022年度秋季大会
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 高濃度氷晶雲プロジェクトでの エアロゾル・雲の航空機観測(その1)2022

    • Author(s)
      折笠成宏, 村上正隆, 岩田歩, 松木篤, 戸田雅之, 米国HIWCサイエンスチーム
    • Organizer
      日本気象学会2022年度秋季大会
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 横浜と能登における 粒子特性の違いが及ぼす氷晶核濃度への影響2022

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      岩田 歩, Samuel Gray MURRAY HORWITZ, 栗原 一嘉, 松木 篤, 奥田 知明
    • Organizer
      第39回エアロゾル科学・技術研究討論会
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 肺沈着表面積に基づいた実環境大気粒子の酸化能評価2021

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      栗原一嘉, 岩田歩, Horwitz Samuel, 松木篤, 奥田知明
    • Organizer
      第62回 大気環境学会年会
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 都市域と遠隔地における粒子特性の違いがもたらす氷晶形成への影響2021

    • Author(s)
      Samuel Gray MURRAY HORWITZ, 岩田歩, 栗原一嘉, 松木篤, 奥田知明
    • Organizer
      第38回エアロゾル科学・技術研究討論会
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] Lung deposited surface area concentrations of atmospheric particles at three observatories in Japan2020

    • Author(s)
      Kazuki Kurihara, Ayumi Iwata, Ayako Yoshino, Akinori Takami, Takafumi Seto, Atsushi Matsuki, Masahiko Hayashi, Keiichiro Hara, Chiharu Nishita-Hara, Koji Funato, Kozo Inoue, Tomoaki Okuda
    • Organizer
      European Aerosol Conference 2020
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  • [Presentation] Characterizations of atmospheric ice nucleating particles during Asian dust and rain events by individual droplets freezing method2020

    • Author(s)
      Ayumi Iwata, Mayu Imura, Moeka Hama, Teruya Maki, Atsushi Matsuki
    • Organizer
      European Aerosol Conference 2020
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  • [Presentation] 長石の鉱物学的特性と氷晶核能との関連性2020

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      田所耕平, 岩田歩, 伊藤康平, 水上知行, 松木篤
    • Organizer
      第25回大気化学討論会
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      2020 Research-status Report

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Published: 2020-04-28   Modified: 2025-01-30  

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