Development and evaluation of a simple but powerful method for measuring atmospheric ice nucleating particles

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15K13570
• Research Institution: National Institute of Polar Research
• Principal Investigator: 當房 豊 国立極地研究所, 研究教育系, 助教 (60572766)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 塩原 匡貴 国立極地研究所, 国際北極環境研究センター, 准教授 (60291887)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 気象学 / エアロゾル－雲相互作用 / 氷晶核

Outline of Annual Research Achievements

氷晶核（氷形成能力を有するエアロゾル粒子）の存在は、極微量であっても、雲形成の初期過程に多大な影響を及ぼす。しかし、その計測は技術的に難しいとされており、観測データが非常に不足している。水滴凍結法（エアロゾル粒子を含む水滴を低温ステージ上で冷却することで、それらの粒子の氷核活性を計測する手法）は、雲生成チャンバーや氷晶核計を用いた方法と比較し、より手軽に氷晶核を計測できる技術として知られている。しかし、従来の水滴凍結法は、エアロゾル粒子を含まない水滴であっても、理論値よりもかなり高い温度で凍結し始めてしまうため、約－20℃以下の温度での氷晶核の計測には適さないと考えられてきた。

そこで初年度（平成27年度）には、より幅広い温度範囲でも適用できる新しい水滴凍結法の開発に取り組んだ。その結果、約－30℃～0℃と非常に幅広い温度範囲内で適用できる実験系（CRAFT: Cryogenic Refrigerator Applied to Freezing Testと命名）を確立することに世界で初めて成功した。

最終年度（平成28年度）には、CRAFTに関する最初の技術論文をScientific Reports誌に発表した（Tobo, 2016）。さらに、CRAFTによる大気中の氷晶核計測の実用化も進めており、コロラド州立大学（CSU）と共同研究では、CSUの氷晶核計等との計測精度の比較実験を実施した（DeMott et al., 2017）。また、2016年7月と2017年3月には、スバールバル諸島・ニーオルスンにて集中観測を行い、北極圏のようなクリーンな環境下であっても、CRAFTであれば、超低濃度状態にある氷晶核を計測可能であることを実証した。その他にも、2016年8月からは、東京スカイツリーに開設した大気観測サイトを利用した氷晶核の通年観測を既に開始している。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Colorado State University/West Texas A&M University(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: Colorado State University/West Texas A&M University
• [Int'l Joint Research] Karlsruhe Institute of Technology(Germany)
  • Country Name: Germany
  • Counterpart Institution: Karlsruhe Institute of Technology
• [Int'l Joint Research] Norwegian Polar Institute/NILU(Norway)
  • Country Name: Norway
  • Counterpart Institution: Norwegian Polar Institute/NILU
• [Int'l Joint Research] ISAC/University of Perugia(Italy)
  • Country Name: Italy
  • Counterpart Institution: ISAC/University of Perugia
• [Journal Article] An improved approach for measuring immersion freezing in large droplets over a wide temperature range (2016)
  • Author(s): Tobo, Y.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 6 Pages: 32930
  • DOI: 10.1038/srep32930
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Sources of organic ice nucleating particles in soils (2016)
  • Author(s): Hill, T. C. J., DeMott, P. J., Tobo, Y., Frohlich-Nowoisky, J., Moffett, B. F., Franc, G. D. & Kreidenweis, S. M.
  • Journal Title: Atmospheric Chemistry and Physics Volume: 16 Pages: 7195-7211
  • DOI: 10.5194/acp-16-7195-2016
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Introduction of the ArcticCARE-2017 campaign (2017)
  • Author(s): Tobo, Y., Koike, M., Moteki, N., Ohata, S., Mori, T., Yoshida, A., Shiobara, M., Uetake, J., Hiranuma, N. & Pantazi, M.
  • Organizer: Atmosphere Flagship On Site Meeting
  • Place of Presentation: Ny-Alesund, Svalbard （Norway）
  • Year and Date: 2017-03-22
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 大気中の氷晶核数濃度のモニタリング体制の構築 (2017)
  • Author(s): 當房 豊
  • Organizer: 2016年度 エアロゾル・雲・降水の相互作用に関する研究集会
  • Place of Presentation: 国立極地研究所（東京・立川）
  • Year and Date: 2017-02-16 – 2017-02-17
• [Presentation] Routine measurements of atmospheric ice nucleating particles on the Tokyo Skytree (2017)
  • Author(s): Tobo, Y., Uetake, J., Uji, Y., Iwamoto, Y., Miura, K. & Misumi, R.
  • Organizer: Atmospheric Ice Nucleation Conference - Focus Meeting 9
  • Place of Presentation: Leeds (UK)
  • Year and Date: 2017-01-16 – 2017-01-17
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 東京スカイツリーで捕集した大気エアロゾルの氷晶核能 (2016)
  • Author(s): 當房 豊
  • Organizer: 第１回 東京スカイツリー大気観測データ検討会
  • Place of Presentation: 東京理科大学（東京・神楽坂）
  • Year and Date: 2016-12-21
• [Presentation] Intensive measurements of ice nucleating particles at Ny-Alesund, Svalbard, in summer 2016 (2016)
  • Author(s): Tobo, Y. & Uetake, J.
  • Organizer: 7th Symposium on Polar Science
  • Place of Presentation: Tachikawa, Tokyo (Japan)
  • Year and Date: 2016-11-29 – 2016-12-02
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 鉱物エアロゾル粒子の表面状態の変化：吸湿性や氷核活性に与えうる影響 (2016)
  • Author(s): 當房 豊
  • Organizer: 気候物質科学セミナー
  • Place of Presentation: 東京大学（東京・本郷）
  • Year and Date: 2016-11-18
  • Invited
• [Presentation] CRAFTを用いた氷晶核の数濃度の計測：コロラド高原での事例 (2016)
  • Author(s): 當房 豊・植竹 淳・Suski, K. J.・Schill, G. P.・Hill, T. C. J.・DeMott, P. J.
  • Organizer: 日本気象学会 2016年度秋季大会
  • Place of Presentation: 名古屋大学（愛知・名古屋）
  • Year and Date: 2016-10-26 – 2016-10-28
• [Presentation] Evaluation of the immersion freezing behaviors of dust collected in northwest Greenland (2016)
  • Author(s): Tobo, Y., Nagatsuka, N. & Uetake, J.
  • Organizer: 17th International Conference on Clouds & Precipitation
  • Place of Presentation: Manchester (UK)
  • Year and Date: 2016-07-25 – 2016-07-29
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] Researchmap
  • URL: http://researchmap.jp/yutaka.tobo/
• [Remarks] ResearcherID
  • URL: http://www.researcherid.com/rid/D-9158-2013
• [Remarks] ResearchGate
  • URL: https://www.researchgate.net/profile/Yutaka_Tobo