Elucidating the effect of aerosols on fogs with direct synchronous observations from different heights, focusing on the hygroscopicity and light-absorptivity

Research Project

Project/Area Number	23K21741
Project/Area Number (Other)	21H03577 (2021-2023)
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Multi-year Fund (2024) Single-year Grants (2021-2023)
Section	一般
Review Section	Basic Section 63010:Environmental dynamic analysis-related
Research Institution	Nagasaki University
Principal Investigator	河本和明長崎大学, 総合生産科学研究科(環境科学系), 教授 (10353450)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	中山智喜長崎大学, 水産・環境科学総合研究科(環境), 准教授 (40377784) 張代洲熊本県立大学, 環境共生学部, 教授 (90322726) 鈴木健太郎東京大学, 大気海洋研究所, 教授 (00396946)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help	¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000) Fiscal Year 2024: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000) Fiscal Year 2023: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000) Fiscal Year 2022: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000) Fiscal Year 2021: ¥11,180,000 (Direct Cost: ¥8,600,000、Indirect Cost: ¥2,580,000)
Keywords	霧 / エアロゾル / 吸湿性 / 光吸収性 / 間接効果
Outline of Research at the Start	本研究では「地表に接した雲」である霧を対象とし、霧が頻発する長崎県の山岳地にて、独自の測器を含むシステムを用いて約1300 mの高度差を持つ直接同時観測を実施する。霧粒へのなりやすさを表す吸湿性と霧の反射率や寿命に関わる光吸収性に着目して、エアロゾル特性(タイプ、濃度、粒径)と気象条件(気温、湿度、風)の違いに対して霧特性(数濃度、粒径、反射率、寿命)がどう応答するかを解明する。この直接観測結果と併せて、衛星データから反射率の比較を行い、また数値モデル出力から各過程の寄与度を明らかにする。これらより、間接効果の理解を深めることで気候の将来予測の精度向上に貢献する。
Outline of Annual Research Achievements	エアロゾル粒子には硫酸塩や硝酸塩、ダスト、ブラックカーボン(以後BC)、有機物、海塩など様々なタイプがあるが、その一部は雲粒の核になり、間接的に気候に影響を及ぼしている。エアロゾル粒子の量や物理化学的な特性の違いにより、雲凝結核能が変化することで、生成する雲の特性が変化することが考えられるなど、エアロゾル粒子が雲粒生成に及ぼす影響は複雑で十分解明されていない。そこで本研究では、雲仙岳の山体を利用し、エアロゾル粒子と雲粒（正確には霧粒）の連続観測を実施するとともに、捕集したエアロゾル粒子の電子顕微鏡分析を行い、エアロゾルの特性が雲粒生成に及ぼす影響や、雲の有無がエアロゾルに及ぼす影響について調べる。また、得られた結果を利用することで、衛星観測による霧水総量や霧有効粒径の導出精度の向上を目指す。さらに、地上観測および衛星観測データを数値モデルに入力することで、雲粒の特性を決定づける各要因の寄与度を推定する。以上により、エアロゾル粒子の特性が雲粒生成に及ぼす影響の解明を目指している。 2022年度には、雲仙岳の山頂付近の2つの異なる高度において、年間を通じて、小型計測器を用いた雲粒子（霧粒子）とPM2.5の同時連続観測を実施し、各観測地点における雲粒子の数密度および粒径、形状に関する指標の日内変動や季節変動、これらの指標とPM2.5重量濃度の関係に関する知見を得ることができた。また地上での集中的なサンプリングから、異なる高度でのエアロゾルの性状について情報が得られた。衛星観測については、BC量と光吸収量についての放射モデル計算を継続し、ダスト量と過冷却水滴の物理特性の関係性を調査した。数値モデルからは、雲粒有効半径と光学的厚さの相関関係と吸湿性パラメータの値について調べた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 2022年度には、2021年度後半に実施した小型の雲粒子計測器の試験観測データを解析し、測定誤差を低減するための改良を実施した上で、雲仙岳の山頂付近の2つの異なる高度での雲粒子の数密度および粒径、形状に関する指標の観測を年間通じて行った。また、PM2.5およびBCの連続観測を継続するとともに、その場計測器の近傍に風向風速計を設置して観測を開始した。地上でのサンプリングについて、雲仙で2回集中観測を実施し、計5セットの山頂(妙見岳)と麓(南島原市瀬詰崎灯台)のエアロゾルサンプルの採集と濃度計測を行った。平常時(非黄砂時)、黄砂時、雲(霧)時のサンプルを取得した。昨年度の天草観測(海面付近と荒尾岳)で採集したサンプルを分析した結果、黄砂時に山頂と海面付近の粒子はかなり近い性状をもち、黄砂と海塩の結合粒子が多かった。また、山頂には粗大粒子の濃度がやや多い結果も得られた。これに対して、非黄砂時の海面付近には、予想通り海塩粒子が圧倒的に多いことがわかった。衛星観測について、BC量と光吸収量についての放射モデル計算を継続する一方、ダスト消散係数と雲の熱力学的相の関係や、過冷却水滴の物理特性との関係性を調査した。また地上設置型ライダのデータ併用の検討も開始した。数値モデルについて、前年度に引き続き、雲の粒径分布関数を陽に予報するビン法雲微物理モデルを用いた数値モデリング解析を行った。雲粒生成をもたらすエアロゾルの吸湿性パラメータに着目して、その値を変えた感度実験を行い、雲の微物理・光学特性への影響を調べた。その結果、衛星観測で知られている雲粒有効半径と光学的厚さの相関関係が吸湿性パラメータの値によって系統的に変化する初期結果を得た。以上のように、ほぼ当初の予定通り進めることができており、本申請研究は、現時点で概ね順調に進展していると考えている。
Strategy for Future Research Activity	これまでの進展を踏まえて2023年度には、小型計測器を用いた雲粒子およびPM2.5の連続観測を継続するとともに、エアロゾル粒子の粒径分布の連続観測を実施する。黄砂や雲粒のサンプリングについては、集中的な観測と化学・電子顕微鏡分析を続ける。衛星観測については放射モデルを用いた理論計算に加え、受動型・能動型データおよび地上設置型ライダデータを併用してエアロゾルと雲の解析を進める。また数値モデルについてはエアロゾルの吸湿性パラメータの雲物理特性への影響についての調査・解析を継続する予定である。