Evaluation of the influence of glacially sourced dusts on the variation of ice nucleating particles in the Arctic

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19H01972
• 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): 足立 光司 気象庁気象研究所, 全球大気海洋研究部, 主任研究官 (90630814) ; 永塚 尚子 国立極地研究所, 研究教育系, 特任研究員 (30733208)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 北極域 / エアロゾル－雲相互作用 / ダスト / 氷晶核

Outline of Annual Research Achievements

氷形成能力を有するエアロゾル粒子（氷晶核粒子：Ice Nucleating Particles）の存在は、極微量であっても、地球の気候や生態系に多大な影響を及ぼす。北極域の下層大気（数百メートル～数キロメートルの高度）では、年間を通して混相雲（過冷却水滴と氷晶が混在する雲）が頻繁に発生している。北極域混相雲内での氷形成過程には、氷晶核粒子の存在が必要であるが、北極域の大気中における氷晶核粒子の濃度は、非常に低く、その変動も比較的小さいと考えられていた。しかし、スヴァールバル諸島・ニーオルスンにて数回実施してきた短期集中観測からは、夏季に氷晶核粒子の濃度が大幅に増加していることが示唆された（Tobo et al., 2019, Nat. Geosci.）。そこで本研究では、夏季の高緯度域で発生する氷河起源ダスト（氷河堆積物から大気中へと飛散したダスト）の影響に着目し、スヴァールバル諸島における大気中での氷晶核粒子およびダスト粒子の時間・空間変動を通年観測によって明らかにしていくことを計画している。2年目にあたる2020年度は、前年度に引き続き、スヴァールバル諸島のZeppelin山観測所（海抜約474メートル地点）にて、自動エアロゾルサンプラーを用いた氷晶核計測用のエアロゾル試料の通年サンプリング、多段式インパクターを用いたエアロゾル粒子や雲残渣粒子の粒径別のサンプリングなどを継続して実施した。また、2020年10月に現地を訪問することで、これらの試料やデータの一部を回収し、帰国後に分析を進めた。

Current Status of Research Progress

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

Reason

新型コロナの世界的流行によって、スヴァールバルへの渡航は厳しく制限されたが、スヴァールバル諸島のZeppelin山観測所でのエアロゾル試料の通年サンプリングは、現地に常駐しているノルウェー極地研究所の技術スタッフの支援もあって、今のところは継続することができている。また、2020年10月には、特別な渡航許可を得ることによって現地入りし、一部のエアロゾル試料を持ち帰ることができた。持ち帰ったエアゾル試料の分析は順調に進んでおり、一年分以上のデータセットを蓄積することはできている。その一方で、北極域でのローカルダストの発生が活発になることが予想される夏季には渡航できなかったため、夏季の短期集中観測や（前年度に予定していた）スヴァールバル諸島にある複数の氷河下流の氾濫原での調査研究は、2020年度にも実施することができなかった。

Strategy for Future Research Activity

2019～2020年度までにスヴァールバル諸島のZeppelin山観測所およびGruvebadet観測所から持ち帰ることができたエアロゾル試料の分析を順次進めることにより、大気中における氷晶核粒子やダスト粒子の季節変動などについて明らかにしていく。懸念事項として、2021年度も新型コロナ問題に伴う渡航制限が継続されることが予想されるが、研究目的でのスヴァールバルへの渡航が認められる場合は、必要な手続き（出入国時の自主隔離、PCR検査など）を取ることによって、現地入りを目指す。その際、現地に設置してある自動エアロゾルサンプラーや粒子計測器の定期メンテナンスやエアロゾル試料の回収などを行うために、スヴァールバル諸島を数回訪問する予定である。その一方で、現地入りが難しい場合も想定し、スヴァールバル諸島・ニーオルスンに常駐しているノルウェー極地研の技術スタッフらとも情報・意見交換をしながら、どのように現地での観測活動を進めていくかを検討していく。

Research Products

• [Int'l Joint Research] コロラド州立大学(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: コロラド州立大学
• [Int'l Joint Research] ノルウェー極地研究所/NILU(ノルウェー)
  • Country Name: NORWAY
  • Counterpart Institution: ノルウェー極地研究所/NILU
• [Int'l Joint Research] アルフレッド・ウェゲナー極地海洋研究所/ライプニッツ対流圏研究所(ドイツ)
  • Country Name: GERMANY
  • Counterpart Institution: アルフレッド・ウェゲナー極地海洋研究所/ライプニッツ対流圏研究所
• [Int'l Joint Research] ストックホルム大学(スウェーデン)
  • Country Name: SWEDEN
  • Counterpart Institution: ストックホルム大学
• [Int'l Joint Research] CNR/ペルージャ大学(イタリア)
  • Country Name: ITALY
  • Counterpart Institution: CNR/ペルージャ大学
• [Int'l Joint Research]
  • # of Other Countries: 2
• [Journal Article] Studies on Arctic aerosols and clouds during the ArCS project (2021)
  • Author(s): Koike, M., Goto-Azuma, K., Kondo, Y., Matsui, H., Mori, T., Moteki, N., Ohata, S., Okamoto, H., Oshima, N., Sato, K., Takano, T., Tobo, Y., Ukita, J., Yoshida, A.
  • Journal Title: Polar Science Volume: 27 Pages: 100621～100621
  • DOI: 10.1016/j.polar.2020.100621
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Compositions and mixing states of aerosol particles by aircraft observations in the Arctic springtime, 2018 (2021)
  • Author(s): Adachi, K., Oshima, N., Ohata, S., Yoshida, A., Moteki, N., Koike, M.
  • Journal Title: Atmospheric Chemistry and Physics Volume: 21 Pages: 3607～3626
  • DOI: 10.5194/acp-21-3607-2021
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Seasonal trends of atmospheric ice nucleating particles over Tokyo (2020)
  • Author(s): Tobo, Y., Uetake, J., Matsui, H., Moteki, N., Uji, Y., Iwamoto, Y., Miura, K., Misumi, R.
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research: Atmospheres Volume: 125 Pages: e2020JD033658
  • DOI: 10.1029/2020JD033658
  • Peer Reviewed / Open Access
• [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
  • DOI: 10.11203/jar.35.5
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Physically based model of the contribution of red snow algal cells to temporal changes in albedo in northwest Greenland (2020)
  • Author(s): Onuma, Y., Takeuchi, N., Tanaka, S., Nagatsuka, N., Niwano, M., Aoki, T.
  • Journal Title: The Cryosphere Volume: 14 Pages: 2087～2101
  • DOI: 10.5194/tc-14-2087-2020
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Mixing states of Amazon basin aerosol particles transported over long distances using transmission electron microscopy (2020)
  • Author(s): Adachi, K., Oshima, N., Gong, Z., de Sa, S., Bateman, A. P., Martin, S. T., de Brito, J. F., Artaxo, P., Cirino, G. G., Sedlacek III, A. J., Buseck, P. R.
  • Journal Title: Atmospheric Chemistry and Physics Volume: 20 Pages: 11923～11939
  • DOI: 10.5194/acp-20-11923-2020
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Rapid evolution of aerosol particles and their optical properties downwind of wildfires in the western US (2020)
  • Author(s): Kleinman, L. I., Sedlacek III, A. J., Adachi, K., Buseck, P. R., Collier, S., Dubey, M. K., Hodshire, A. L., Lewis, E., Onasch, T. B., Pierce, J. R., Shilling, J., Springston, S. R., Wang, J., Zhang, Q., Zhou, S., Yokelson, R. J.
  • Journal Title: Atmospheric Chemistry and Physics Volume: 20 Pages: 13319～13341
  • DOI: 10.5194/acp-20-13319-2020
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Detection of aerosol particles from Siberian biomass burning over the western North Pacific (2020)
  • Author(s): Yoshizue, M., Taketani, F., Adachi, K., Iwamoto, Y., Tohjima, Y., Mori, T., Miura, K.
  • Journal Title: Atmosphere Volume: 11 Pages: 1175～1175
  • DOI: 10.3390/atmos11111175
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Enhanced new particle formation above the marine boundary layer over the Yellow Sea: Potential impacts on cloud condensation nuclei (2020)
  • Author(s): Takegawa, N., Seto, T., Moteki, N., Koike, M., Oshima, N., Adachi, K., Kita, K., Takami, A., Kondo, Y.
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research: Atmospheres Volume: 125 Pages: e2019JD031448
  • DOI: 10.1029/2019JD031448
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mixing state of black carbon particles in Asian outflow observed at a remote site in Taiwan in the spring of 2017 (2020)
  • Author(s): Sun, C., Adachi, K., Misawa, K., Cheung, H. C., Chou, C. C.‐K., Takegawa, N.
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research: Atmospheres Volume: 125 Pages: e2020JD032526
  • DOI: 10.1029/2020JD032526
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Wintertime airborne measurements of ice nucleating particles in the high Arctic: A hint to a marine, biogenic source for ice nucleating particles (2020)
  • Author(s): Hartmann, M., Adachi, K., Eppers, O., Haas, C., Herber, A., Holzinger, R., Hunerbein, A., Jakel, E., Jentzsch, C., Pinxteren, M., Wex, H., Willmes, S., Stratmann, F.
  • Journal Title: Geophysical Research Letters Volume: 47 Pages: e2020GL087770
  • DOI: 10.1029/2020GL087770
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Variability of aerosols related to cloud formation over the Svalbard region (2021)
  • Author(s): Tobo, Y.
  • Organizer: 11th Ice Nucleation Colloquium
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 大気中の氷晶核粒子の季節変動：東京スカイツリーの事例 (2021)
  • Author(s): 當房 豊、植竹 淳、松井 仁志、茂木 信宏、宇治 靖、岩本 洋子、三浦 和彦、三隅 良平
  • Organizer: 2020年度 エアロゾル・雲・降水の相互作用に関する研究集会
• [Presentation] スヴァールバル諸島・Zeppelin山における雲凝結核・氷晶核の研究 (2020)
  • Author(s): 當房 豊
  • Organizer: 気候物質科学セミナー（東京大学）
  • Invited
• [Presentation] Spherical tarballs form through chemical and physical evolution of primary organic particles in biomass-burning smoke (2020)
  • Author(s): Adachi, K., Kinase, T., Scheuer, E. M., Dibb, J. E., Katich, J. M., Schwarz, J. P.
  • Organizer: AGU Fall Meeting 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Spherical tarballs form through chemical and physical evolution of primary organic particles in biomass-burning smoke (2020)
  • Author(s): Adachi, K.
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] Researchmap
  • URL: https://researchmap.jp/yutaka.tobo/