Design and development of a portable cloud chamber and understanding of mixed-phase microphysical and chemical processes by mountain observation

• Project/Area Number: 23K17465
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 63:Environmental analyses and evaluation and related fields
• Research Institution: Japan, Meteorological Research Institute
• Principal Investigator: 梶野 瑞王 気象庁気象研究所, 全球大気海洋研究部, 主任研究官 (00447939)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岩田 歩 気象庁気象研究所, 気象予報研究部, 研究官 (30827340) ; 猪俣 敏 国立研究開発法人国立環境研究所, 地球システム領域, 主席研究員 (80270586) ; 藍川 昌秀 北九州市立大学, 国際環境工学部, 教授 (90446815)
• Project Period (FY): 2023-06-30 – 2029-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥26,000,000 (Direct Cost: ¥20,000,000、Indirect Cost: ¥6,000,000); Fiscal Year 2028: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2027: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2026: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2025: ¥7,670,000 (Direct Cost: ¥5,900,000、Indirect Cost: ¥1,770,000); Fiscal Year 2024: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000); Fiscal Year 2023: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
• Keywords: 数値モデル開発 / 実験装置開発 / 野外観測 / 室内実験 / 氷晶核活性 / 雲内化学反応 / エアロゾル雲相互作用 / 可搬型雲チャンバー / 混合相雲微物理 / 混合相雲化学 / 大気化学

Outline of Research at the Start

エアロゾルと雲の相互作用過程の中でも「氷晶核活性」と「雲内化学反応」はとりわけ未解明な点が多い。これらは上空の現象であるが、そのプロセス研究は「雲生成チャンバー」や「光化学チャンバー」など地上のラボで実施される。この空間的解離を埋めるために、本研究では、エアロゾルが雲に供給される入り口となる雲底の代表的高度に山頂をもつ孤立峰に設置するための小型の雲・エアロゾルの物理・化学実験装置「可搬型雲チャンバー」を設計・開発し、実際の雲粒を活用して上空で変質実験を実施することにより、「雲粒はいつどのようにして凍るのか」「雲水・雲氷粒子の化学的役割とは」という雲科学の未解明問題の解決を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

可搬型雲チャンバーのテフロン線による液滴のトラップ部分および捕集サンプルのオートチェンジャー部分を開発した。筑波山頂において氷晶核活性の測定のための顕微鏡試料の捕集装置を開発し、観測を開始した。また雲内化学反応の測定のために霧水サンプラーによる雲水の捕集と化学成分分析の観測を実施した。そのほか、数値モデルは氷晶核活性に関しては、ブラックカーボンと鉱物ダストによる氷晶核活性化を実装し、鉱物ダストによる氷晶核活性が雲・降水機構に及ぼす影響について数値解析を行った。また、雲内化学反応については、その酸化反応に関する触媒として重要視される鉄イオンや銅イオンに関するシミュレーション技術を確立した。実験・観測については、エアロゾル帯電測定技術や顕微鏡分析技術の開発、反応性窒素・有機窒素化合物の観測技術、西日本観測地点である北九州市での観測研究、についてそれぞれ成果発表を行った。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

装置の大まかな設計は終了し開発に着手した。また数値モデル開発、観測地点であるつくば市、北九州市における実験・観測的研究も順調に進行している。論文成果も数報あがった。

Strategy for Future Research Activity

引き続き、装置開発、数値モデル開発、実験・観測的研究を継続する。

Research Products

• [Int'l Joint Research] インド工科大学デリー校/物理研究所（PRL）/バナラスヒンディ大学(インド)
• [Int'l Joint Research] ベルリン工科大学(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] 大学共同利用大気システム研究所（LISA）/パリ大学東クリテイユ校/クレルモンオーベルニュ大学(フランス)
• [Journal Article] Numerical simulation of IL-8-based relative inflammation potentials of aerosol particles from vehicle exhaust and non-exhaust emission sources in Japan (2024)
  • Author(s): Kajino Mizuo、Kayaba Satoko、Ishihara Yasuhiro、Iwamoto Yoko、Okuda Tomoaki、Okochi Hiroshi
  • Journal Title: Atmospheric Environment: X Volume: 21 Pages: 100237-100237
  • DOI: 10.1016/j.aeaoa.2024.100237
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Improved continuous measurement system for atmospheric total peroxy and total organic nitrate under the high NO<i>x</i> condition (2024)
  • Author(s): Ohara Nagomi、Shioji Takahiro、Matsumoto Jun、Inomata Satoshi、Sakamoto Yosuke、Kajii Yoshizumi、Shiigi Hiroshi、Sadanaga Yasuhiro
  • Journal Title: Review of Scientific Instruments Volume: 95 Issue: 4
  • DOI: 10.1063/5.0172219
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Key Factors Controlling Number Concentrations of Non-charged Particles: An Experimental Study (2024)
  • Author(s): Mori Tatsuhiro、Iwata Ayumi、Tabata Ryoya、Okuda Tomoaki
  • Journal Title: Aerosol and Air Quality Research Volume: 24 Issue: 4 Pages: 220382-220382
  • DOI: 10.4209/aaqr.220382
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Potential Impacts of Energy and Vehicle Transformation Through 2050 on Oxidative Stress‐Inducing PM_2.5 Metals Concentration in Japan (2023)
  • Author(s): Kayaba Satoko、Kajino Mizuo
  • Journal Title: GeoHealth Volume: 7 Issue: 10
  • DOI: 10.1029/2023gh000789
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Potential Impact of Battery Electric Vehicle Penetration and Changes in Upstream Process Emissions Assuming Night‐Charging on Summer O₃ Concentrations in Japan (2023)
  • Author(s): Kayaba Satoko、Kajino Mizuo
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research: Atmospheres Volume: 128 Issue: 11
  • DOI: 10.1029/2022jd037578
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A numerical study of lightning-induced NOx and formation of NOy observed at the summit of Mt. Fuji using an explicit bulk lightning and photochemistry model (2023)
  • Author(s): Sato Yousuke、Kajino Mizuo、Hayashi Syugo、Wada Ryuichi
  • Journal Title: Atmospheric Environment: X Volume: 18 Pages: 100218-100218
  • DOI: 10.1016/j.aeaoa.2023.100218
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Spatiotemporal Variations in Summertime Arctic Aerosol Optical Depth Caused by Synoptic‐Scale Atmospheric Circulation in Three Reanalyses (2023)
  • Author(s): Yamagami A.、Kajino M.、Maki T.、Toyoda T.
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research: Atmospheres Volume: 128 Issue: 22 Pages: 1-20
  • DOI: 10.1029/2022jd038007
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Very high particulate pollution over northwest India captured by a high-density in situ sensor network (2023)
  • Author(s): Singh Tanbir、Matsumi Yutaka、Nakayama Tomoki、Hayashida Sachiko、Patra Prabir K.、Yasutomi Natsuko、Kajino Mizuo、et al.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 13 Issue: 1
  • DOI: 10.1038/s41598-023-39471-1
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Airborne hydrophilic microplastics in cloud water at high altitudes and their role in cloud formation (2023)
  • Author(s): Wang Yize、Okochi Hiroshi、Tani Yuto、Hayami Hiroshi、Minami Yukiya、Katsumi Naoya、Takeuchi Masaki、Sorimachi Atsuyuki、Fujii Yusuke、Kajino Mizuo、Adachi Kouji、Ishihara Yasuhiro、Iwamoto Yoko、Niida Yasuhiro
  • Journal Title: Environmental Chemistry Letters Volume: 21 Issue: 6 Pages: 3055-3062
  • DOI: 10.1007/s10311-023-01626-x
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Characterization of adhesivity of organic enriched sea spray aerosols by atomic force microscopy (2023)
  • Author(s): Ono Kohei、Iwata Ayumi、Fukuma Takeshi、Iwamoto Yoko、Hamasaki Koji、Matsuki Atsushi
  • Journal Title: Atmospheric Environment Volume: 294 Pages: 119468-119468
  • DOI: 10.1016/j.atmosenv.2022.119468
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Daily-Basis Observation of Gaseous Mercury (Hg0) Concentrations in an Industrialized City in Japan and Introducing Two New Parameters to Evaluate the Risks of Gaseous Mercury (2023)
  • Author(s): Takata Nami、Kamo Taisei、Iwamoto Yuta、Aikawa Masahide
  • Journal Title: Water, Air, &amp; Soil Pollution Volume: 234 Issue: 9
  • DOI: 10.1007/s11270-023-06578-0
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 低高度孤立峰を利用した多角的観測に基づく非線形気象化学過程のシームレスな理解 (2023)
  • Author(s): 梶野瑞王
  • Organizer: 2023年度 日本地球化学会 第70回年会
  • Invited
• [Remarks] 気象庁 気象研究所 研究者一覧
  • URL: https://www.mri-jma.go.jp/Member/researcher.html
• [Remarks] 国立環境研究所 猪俣 敏
  • URL: https://www.nies.go.jp/researchers/100100.html
• [Remarks] 北九州市立大学 藍川 昌秀
  • URL: https://www.kitakyu-u.ac.jp/env/faculty/d-energy/introduction/masahide-aikawa.html