大気中のブラックカーボン粒子の複素屈折率の観測手法の開発

• 研究課題/領域番号: 15H05465
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 気象・海洋物理・陸水学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 茂木 信宏 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (20507818)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 21,580千円 (直接経費: 16,600千円、間接経費: 4,980千円); 2017年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2016年度: 14,950千円 (直接経費: 11,500千円、間接経費: 3,450千円); 2015年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
• キーワード: 大気化学 / 放射強制力 / エアロゾル / 地球温暖化 / 大気放射 / 大気環境 / 気候変動 / 大気物理学 / 光散乱

研究成果の概要

当初の予定では、単一粒子光散乱法と単一粒子レーザー白熱法を用いてブラックカーボン粒子の散乱断面積、吸収断面積を同時測定し、そこから複素屈折率を導出する方法論を構築する予定であった。予備実験の過程で、自動車や製鉄所から発生する人為起源の酸化鉄粒子を、ブラックカーボンや自然起源の酸化鉄粒子と区別して検出できることを発見し、その手法を確立した。人為起源酸化鉄粒子の多地点の観測データと数値シミュレーションを用いて、全球大気中の濃度および放射強制力を世界で初めて評価した。また、より複素屈折率の虚部に感度の高い測定原理である、単一粒子消散法を新たに考案し、その計測の理論モデルおよび実験系を完成させた。

研究成果

• [国際共同研究] Cornell University/Pacific Northwest National Laboratory/University of Michigan(米国)
• [国際共同研究] NOAA/CIRES(米国)
• [国際共同研究] Cambustion Ltd/University of Manchester(英国)
• [国際共同研究] Tata Institute of Fundamental Research(India)
• [国際共同研究] Stockholm University(Sweden)
• [国際共同研究] Agricultural University of Iceland(アイスランド)
• [雑誌論文] New particle formation leads to cloud dimming (2018)
  • 著者名/発表者名: Sullivan R. C., P. Crippa, H. Matsui, L. R. Leung, C. Zhao, A. Thota, and S. C. Pryor
  • 雑誌名: Nature Partner Journals: Climate and Atmospheric Science 巻: 印刷中 号: 1 ページ: 1593-1593
  • DOI: 10.1038/s41467-018-03997-0
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Anthropogenic iron oxide aerosols enhance atmospheric heating (2017)
  • 著者名/発表者名: Moteki Nobuhiro、Adachi Kouji、Ohata Sho、Yoshida Atsushi、Harigaya Tomoo、Koike Makoto、Kondo Yutaka
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 8 号: 1 ページ: 15329-15329
  • DOI: 10.1038/ncomms15329
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Evaluation of ground-based black carbon measurements by filter-based photometers at two Arctic sites (2017)
  • 著者名/発表者名: Sinha P. R.、Kondo Y.、Koike M.、Ogren J. A.、Jefferson A.、Barrett T. E.、Sheesley R. J.、Ohata S.、Moteki N.、Coe H.、Liu D.、Irwin M.、Tunved P.、Quinn P. K.、Zhao Y.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Atmospheres 巻: 122 号: 6 ページ: 3544-3572
  • DOI: 10.1002/2016jd025843
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Mixing states of light-absorbing particles measured using a transmission electron microscope and a single-particle soot photometer in Tokyo, Japan (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Adachi, N. Moteki, Y. Kondo, Y. Igarashi
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Atmospheres 巻: 121 号: 15 ページ: 9153-9164
  • DOI: 10.1002/2016jd025153
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Effects of wet deposition on the abundance and size distribution of black carbon in East Asia (2016)
  • 著者名/発表者名: Kondo, Y., N. Moteki, N. Oshima, S. Ohata, M. Koike, Y. Shibano, N. Takegawa, and K. Kita
  • 雑誌名: J. Geophys. Res. Atmos. 巻: 121 号: 9 ページ: 4691-4712
  • DOI: 10.1002/2015jd024479
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A key process controlling the wet removal of aerosols: new observational evidence (2016)
  • 著者名/発表者名: Ohata, S., N. Moteki, T. Mori, M. Koike, and Y. Kondo
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 号: 1 ページ: 34113-34113
  • DOI: 10.1038/srep34113
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Discrete dipole approximation for black carbon-containing aerosols in arbitrary mixing state: A hybrid discretization scheme (2016)
  • 著者名/発表者名: N. Moteki
  • 雑誌名: Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer 巻: 印刷中 ページ: 306-314
  • DOI: 10.1016/j.jqsrt.2016.01.025
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Detection of light-absorbing iron oxide particles using a modified single-particle soot photometer (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshida, A., N. Moteki, S. Ohata, T. Mori, R. Tada, P. Dagsson-Waldhauserová, and Y. Kondo
  • 雑誌名: Aerosol Science and Technology (Aerosol Research Letter) 巻: 50 号: 3 ページ: 1-4
  • DOI: 10.1080/02786826.2016.1146402
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] Single-particle measurements of light-absorbing iron oxide aerosols and their radiative effects (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshida Atsushi、Moteki Nobuhiro、Ohata Sho、Adachi Kouji、Mori Tatsuhiro、Koike Makoto、Takami Akinori
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] EVALUATION OF THE BLACK CARBON MEASUREMENTS IN THE ARCTIC (2016)
  • 著者名/発表者名: Kondo Y.、Sinha P. R.、Koike M.、Ogren J. A.、Jefferson A.、Barrett T. E.、Sheesley R. J.、Ohata S.、Moteki N.、Coe H.、Liu D.、Irwin M.、Tunved P.、Quinn P. K.、Zhao Y.
  • 学会等名: AGU fall meeting 2016
  • 国際学会
• [学会発表] 任意の形状・混合状態の微粒子の光散乱計算とその応用 (2015)
  • 著者名/発表者名: 茂木信宏
  • 学会等名: 大気化学討論会2015
  • 発表場所: 東京工業大学大岡山キャンパス(東京都目黒区)
  • 年月日: 2015-10-21
• [学会発表] Improved volume integral equation method for computing optical properties of black carbon-containing aerosol particles (2015)
  • 著者名/発表者名: N. Moteki
  • 学会等名: Electromagnetic & Light Scattering XV 2015
  • 発表場所: Leipzig, Germany
  • 年月日: 2015-06-22
  • 国際学会
• [学会発表] 不純物粒子を含む水雲の光学特性の高精度・高速な近似計算法 (2015)
  • 著者名/発表者名: 茂木信宏, 青木大佳
  • 学会等名: 日本気象学会春季大会 2015年度
  • 発表場所: つくば国際会議場 (茨城県つくば市)
  • 年月日: 2015-05-24
• [学会発表] ブラックカーボン含有粒子の光学特性の高精度計算法 (2015)
  • 著者名/発表者名: 茂木信宏
  • 学会等名: 日本気象学会春季大会 2015年度
  • 発表場所: つくば国際会議場 (茨城県つくば市)
  • 年月日: 2015-05-23
• [備考] 個人ウェブページ
  • URL: http://www-sys.eps.s.u-tokyo.ac.jp/~moteki/
• [備考] 研究代表者の個人ホームページ
  • URL: http://www-sys.eps.s.u-tokyo.ac.jp/~moteki/