Nano-scale analyses of structures and chemical compositions of ice nucleating particles
| Project/Area Number |
19K21905
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 17:Earth and planetary science and related fields
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| Research Institution | Japan, Meteorological Research Institute |
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Principal Investigator |
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)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2022-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
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| Keywords | 氷晶核 / エアロゾル / 電子顕微鏡 / 冷凍チャンバー / 気候変動 / 凍結実験 / 気候影響 |
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| Outline of Research at the Start |
地球温暖化などの気候変動メカニズムの理解にとって、氷の粒（氷晶）からなる氷晶雲が不確定要素となっている。このため、高い氷晶核能を持つ粒子がどのような物理化学特性を持ち、どのようなメカニズムで氷を成長させるかの解明は大気科学における挑戦的な研究課題である。本研究では、申請者がこれまで蓄積してきた顕微鏡学的分析技術を組み合わせ、結晶構造、ナノスケールの化学分析を同一粒子に行う革新的な実験手法によって、この謎の解明に取り組む。
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| Outline of Annual Research Achievements |
エアロゾル粒子の中に、気候変動に影響を与える氷晶雲の生成に重要な高い氷晶核能を持つ粒子が存在する。それらの限られた粒子が氷晶雲の形成に非常に重要となり、また気候にも大きな影響を与える。それらが氷晶を形成する過程が、どのような物理・化学的性質によって引き起こされているかは、まだ十分に理解されていない点が多い。そのため、本研究ではそれらの未解明な点を個別粒子分析で明らかにすることを目的とする。実験では、冷凍チャンバーを用いた個別粒子分析実験を行い、高い氷晶核能を持った粒子がどのような物理化学的特徴をもち、どのようなメカニズムで高い氷晶核能を持つのかを明らかにする実験を行った。特に、2020年度はアマゾン地域で得られた氷晶核能実験を集中的に行い、バイオエアロゾルとダスト粒子の氷晶核能の比較検討を行った。その結果、バイオエアロゾルが高い氷晶核能を示したものの、サハラ砂漠からのダストプルームが到達した際にはダストも大きく氷晶核寄与をすることが分かった。また、両者の氷晶生成プロセスが異なることを顕微鏡分析で明らかにした（論文準備中）。加えて、北極の航空機観測で高い氷晶核能が得られた試料の電子顕微鏡分析結果を論文として公表した（Hartmann, Adachi et al., 2020）。また、新たに高い氷晶核能を持つ粒子として注目されている森林火災由来の灰粒子に着目し、その氷晶核能実験を行い、その結果、灰粒子が森林火災プルームの中では重要な氷晶核粒子となることが分かった（Adachi et al. 投稿中）。また、太平洋航海試料において、氷晶核能が高かった試料の電子顕微鏡実験を行ったほか、氷晶核として機能する可能性がある固体粒子の新たな検出方法に関して検討を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
計画は順調に進んでいる。特に、アマゾンで採取された試料を用いて、統計に必要な数の試料を分析し、その氷晶核とエアロゾル種の関係について検討を行った。また、森林火災由来の灰粒子について、その氷晶核能の検討を行い、興味深い成果を得ており、現在論文投稿中である。加えて、過去の観測で得られた試料などを用いて、他の研究者とも議論しながら氷晶核とエアロゾル種の関係について多くの知見を得た。それらデータに関して論文を投稿中もしくは準備中である。研究計画が遅れている面としては、世界的なパンデミック状況において、国内外での出張を伴う学会発表、新たな野外観測等が進んでいないことがあげられる。そのため、既存の試料分析に集中した研究を進めており、本研究課題に関連した新たな野外調査は、今後出張が可能になった研究期間の後半で行いたい。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究計画は、過去に採取した試料の室内実験を進める予定である。特に、氷晶核データがそろう北極の試料解析を中心に実験を行う計画である。出張が可能になれば、北極（ノルウェー、スバールバル諸島）での氷晶核試料の追加採取を行う予定である。
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Report
(2 results)
Research Products
(17 results)
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[Journal Article] SIGMA及び関連プロジェクトによるグリーンランド氷床上の大気・雪氷・雪氷微生物研究2021
Author(s)
10.青木輝夫, 的場澄人, 庭野匡思, 朽木勝幸, 谷川朋範, 竹内望, 山口悟, 本山秀明, 藤田耕史, 山崎哲秀, 飯塚芳徳, 堀雅裕, 島田利元, 植竹淳, 永塚尚子, 大沼友貴彦, 橋本明弘, 石元裕史, 田中泰宙, 大島長, 梶野瑞王, 足立光司, 黒﨑豊, 杉山慎, 津滝俊, 東久美子, 八久保晶弘, 川上薫, 木名瀨健
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Journal Title
雪氷
Volume: 83
Pages: 169-191
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Peer Reviewed
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