森林火災から大量に生じる固体有機エアロゾルの発生・除去過程の解明と気候影響

• 研究課題/領域番号: 19H04259
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分63010:環境動態解析関連
• 研究機関: 気象庁気象研究所
• 研究代表者: 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)
• 研究分担者: 茂木 信宏 東京都立大学, 理学研究科, 准教授 (20507818)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円); 2022年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2021年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2020年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円); 2019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: エアロゾル / 森林火災 / 地球気候 / 電子顕微鏡 / ターボール / エアロゾル粒子 / 航空機観測 / 北極観測 / 気候変動 / 電子顕微鏡分析 / 気候影響 / 大気観測 / 飛行機観測

研究開始時の研究の概要

気候変動に影響を与えるエアロゾルに、森林火災から大量に発生する固体有機物粒子（ターボール；TB）がある。このTBは、主要エアロゾル種に匹敵する排出量が推定されながら、生成・除去プロセスや光学特性など、気候モデルに組み込むための必要なデータがなく、世界的にTBの気候影響はほとんど分かっていない。本申請では北半球での広域な航空機観測や地上観測で得られる試料の電子顕微鏡分析を通じて、TBの①生成メカニズム、②発生量及び光学特性の定量、③除去過程の解明に取り組む。これらの結果で得られるデータは、気候モデル等に組み込まれることによって、気候変動予測の精度向上に貢献することが期待される。

研究成果の概要

本研究課題では、森林火災によって生じる固体有機エアロゾル（ターボール）に関して、航空機を用いた森林火災の直接観測や、長距離輸送を経た極域での試料分析をもとに電子顕微鏡分析を行った。その結果、その物理化学特性、光学特性、大気存在量、大気除去過程などを明らかにした。それらの観測データにより、ターボールの気候影響に関する詳細な情報を得ることができた。これらの成果は、今後の気候変動解析高精度化に生かされることが期待される。

研究成果の学術的意義や社会的意義

地球気候の変化により、大規模かつ高頻度の森林火災が生じることが懸念されている。森林火災に伴い様々な物質が大気に放出されるが、その中の一つに有機エアロゾルの一種であるターボールがある。ターボールはこれまでその分析の困難さからその実態が十分に分かっていなかった。本研究課題では、そのターボールに焦点を当てた研究を行い、その実態解明を行った。これらの研究により、ターボールの大気中での振る舞いが明らかとなり、今後の気候研究での重要な要素となることが分かった。

研究成果

• [国際共同研究] Stockholm University(スウェーデン)
• [国際共同研究] NASA(米国)
• [国際共同研究] NASA/NOAA(米国)
• [国際共同研究] Stockholm University(スウェーデン)
• [国際共同研究] NASA/NOAA(米国)
• [国際共同研究] NASA/NOAA(米国)
• [雑誌論文] Microphysical properties of atmospheric soot and organic particles: measurements, modeling, and impacts (2024)
  • 著者名/発表者名: Li Weijun、Riemer Nicole、Xu Liang、Wang Yuanyuan、Adachi Kouji、Shi Zongbo、Zhang Daizhou、Zheng Zhonghua、Laskin Alexander
  • 雑誌名: npj Climate and Atmospheric Science 巻: 7 号: 1
  • DOI: 10.1038/s41612-024-00610-8
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Occurrence, abundance, and formation of atmospheric tarballs from a wide range of wildfires in the western US (2024)
  • 著者名/発表者名: Adachi, K. Dibb, J. E. Katich, J. M. Schwarz, J. P. Guo, H. Campuzano-Jost, P. Jimenez, J. L. Peischl, J. Holmes, C. D. Crawford, J.
  • 雑誌名: EGUsphere 巻: - ページ: 1-30
  • DOI: 10.5194/egusphere-2024-880
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A signature of aged biogenic compounds detected from airborne VOC measurements in the high arctic atmosphere in March/April 2018 (2023)
  • 著者名/発表者名: Holzinger Rupert、Eppers Oliver、Adachi Kouji、Bozem Heiko、Hartmann Markus、Herber Andreas、Koike Makoto、Millet Dylan B.、Moteki Nobuhiro、Ohata Sho、Stratmann Frank、Yoshida Atsushi
  • 雑誌名: Atmospheric Environment 巻: 309 ページ: 119919-119919
  • DOI: 10.1016/j.atmosenv.2023.119919
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Shortwave absorption by wildfire smoke dominated by dark brown carbon (2023)
  • 著者名/発表者名: Chakrabarty Rajan K.、Shetty Nishit J.、Thind Arashdeep S.、Beeler Payton、Sumlin Benjamin J.、Zhang Chenchong、Liu Pai、Idrobo Juan C.、Adachi Kouji、Wagner Nicholas L.、Schwarz Joshua P.、Ahern Adam、Sedlacek Arthur J.、Lambe Andrew、Daube Conner、Lyu Ming、Liu Chao、Herndon Scott、Onasch Timothy B.、Mishra Rohan
  • 雑誌名: Nature Geoscience 巻: 16 号: 8 ページ: 683-688
  • DOI: 10.1038/s41561-023-01237-9
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Constraining the complex refractive index of black carbon particles using the complex forward-scattering amplitude (2023)
  • 著者名/発表者名: Moteki Nobuhiro、Ohata Sho、Yoshida Atsushi、Adachi Kouji
  • 雑誌名: Aerosol Science and Technology 巻: 57 号: 7 ページ: 678-699
  • DOI: 10.1080/02786826.2023.2202243
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Evaluation of a method to quantify the number concentrations of submicron water-insoluble aerosol particles based on filter sampling and complex forward-scattering amplitude measurements (2023)
  • 著者名/発表者名: Ohata Sho、Moteki Nobuhiro、Kawanago Hikaru、Tobo Yutaka、Adachi Kouji、Mochida Michihiro
  • 雑誌名: Aerosol Science and Technology 巻: 57 号: 10 ページ: 1013-1030
  • DOI: 10.1080/02786826.2023.2223387
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Regionally sourced bioaerosols drive high-temperature ice nucleating particles in the Arctic (2023)
  • 著者名/発表者名: Pereira Freitas Gabriel、Adachi Kouji、Conen Franz、Heslin-Rees Dominic、Krejci Radovan、Tobo Yutaka、Yttri Karl Espen、Zieger Paul
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 14 号: 1 ページ: 5997-5997
  • DOI: 10.1038/s41467-023-41696-7
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Contribution of fluorescent primary biological aerosol particles to low-level Arctic cloud residuals (2023)
  • 著者名/発表者名: Pereira Freitas Gabriel、Kopec Ben、Adachi Kouji、Krejci Radovan、Heslin-Rees Dominic、Yttri Karl Espen、Hubbard Alun、Welker Jeffrey M.、Zieger Paul
  • 雑誌名: Atmospheric Chemistry and Physics 巻: -
  • DOI: 10.5194/egusphere-2023-2600
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Fine Ash‐Bearing Particles as a Major Aerosol Component in Biomass Burning Smoke (2022)
  • 著者名/発表者名: Adachi Kouji、Dibb Jack E.、Scheuer Eric、Katich Joseph M.、Schwarz Joshua P.、Perring Anne E.、Mediavilla Braden、Guo Hongyu、Campuzano‐Jost Pedro、Jimenez Jose L.、Crawford James、Soja Amber J.、Oshima Naga、Kajino Mizuo、Kinase Takeshi、Kleinman Lawrence、Sedlacek Arthur J.、Yokelson Robert J.、Buseck Peter R.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Atmospheres 巻: 127 号: 2 ページ: 1-22
  • DOI: 10.1029/2021jd035657
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Identification and particle sizing of submicron mineral dust by using complex forward-scattering amplitude data (2022)
  • 著者名/発表者名: Yoshida Atsushi、Moteki Nobuhiro、Adachi Kouji
  • 雑誌名: Aerosol Science and Technology 巻: Online 号: 7 ページ: 1-14
  • DOI: 10.1080/02786826.2022.2057839
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Arctic black carbon during PAMARCMiP 2018 and previous aircraft experiments in spring (2021)
  • 著者名/発表者名: Ohata, S., Koike, M., Yoshida, A., Moteki, N., Adachi, K., Oshima, N., Matsui, H., Eppers, O., Bozem, H., Zanatta, M., and Herber, A. B.
  • 雑誌名: Atmos. Chem. Phys. 巻: 21 号: 20 ページ: 15861-15881
  • DOI: 10.5194/acp-21-15861-2021
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Compositions and mixing states of aerosol particles by aircraft observations in the Arctic springtime, 2018 (2021)
  • 著者名/発表者名: Adachi Kouji、Oshima Naga、Ohata Sho、Yoshida Atsushi、Moteki Nobuhiro、Koike Makoto
  • 雑誌名: Atmospheric Chemistry and Physics 巻: 21 号: 5 ページ: 3607-3626
  • DOI: 10.5194/acp-21-3607-2021
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Comparison of three aerosol representations of NHM-Chem (v1.0) for the simulations of air quality and climate-relevant variables. (2021)
  • 著者名/発表者名: Kajino, M., Deushi, M., Sekitama, T., T., Oshima, N., Yumimoto, K., Tanaka, T., Y., Ching, J., Hashimoto, A., Yamamoto, T., Ikegami, M., Kamada, A., Miyashita, M., Inomata, Y., Shima, S., Khatri, P., Shimizu, A., Irie, H., Adachi, K., Zaizen, Y., Igarashi, Y., Ueda, H., Maki, T., Mikami, M,
  • 雑誌名: Geoscientific Model Development 巻: 14 号: 4 ページ: 2235-2264
  • DOI: 10.5194/gmd-14-2235-2021
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 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－ArCS IIプロジェクトへのつながり－ (2021)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: 雪氷 巻: 2 ページ: 169-191
  • NAID: 130008093538
  • 査読あり
• [雑誌論文] 東京都心における視程の変化 (2021)
  • 著者名/発表者名: 川端 康弘、梶野 瑞王、財前 祐二、足立 光司、田中 泰宙、清野 直子
  • 雑誌名: 天気 巻: 68 号: 1 ページ: 5-12
  • DOI: 10.24761/tenki.68.1_5
  • NAID: 130007992451
  • ISSN: 0546-0921, 2434-1185
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Wintertime Airborne Measurements of Ice Nucleating Particles in the High Arctic: A Hint to a Marine, Biogenic Source for Ice Nucleating Particles (2020)
  • 著者名/発表者名: Hartmann M.、Adachi K.、Eppers O.、Haas C.、Herber A.、Holzinger R.、H?nerbein A.、J?kel E.、Jentzsch C.、Pinxteren M.、Wex H.、Willmes S.、Stratmann F.
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 47 号: 13
  • DOI: 10.1029/2020gl087770
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Mixing State of Black Carbon Particles in Asian Outflow Observed at a Remote Site in Taiwan in the Spring of 2017 (2020)
  • 著者名/発表者名: Sun Cuizhi、Adachi Kouji、Misawa Kentaro、Cheung Hing Cho、Chou Charles C.‐K.、Takegawa Nobuyuki
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Atmospheres 巻: 125 号: 16
  • DOI: 10.1029/2020jd032526
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Enhanced new particle formation above the marine boundary layer over the Yellow Sea: Potential impacts on cloud condensation nuclei (2020)
  • 著者名/発表者名: Takegawa, N., T. Seto, N. Moteki, M. Koike, N. Oshima, K. Adachi, K. Kita, A. Takami, and Y. Kondo
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Atmospheres 巻: 125 号: 9 ページ: 1-17
  • DOI: 10.1029/2019jd031448
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Detection of Aerosol Particles from Siberian Biomass Burning over the Western North Pacific (2020)
  • 著者名/発表者名: Yoshizue Momoka、Taketani Fumikazu、Adachi Kouji、Iwamoto Yoko、Tohjima Yasunori、Mori Tatsuhiro、Miura Kazuhiko
  • 雑誌名: Atmosphere 巻: 11 号: 11 ページ: 1175-1175
  • DOI: 10.3390/atmos11111175
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Rapid evolution of aerosol particles and their optical properties downwind of wildfires in the western US (2020)
  • 著者名/発表者名: Kleinman Lawrence I.、Sedlacek III Arthur J.、Adachi Kouji、Buseck Peter R.、Collier Sonya、Dubey Manvendra K.、Hodshire Anna L.、Lewis Ernie、Onasch Timothy B.、Pierce Jeffery R.、Shilling John、Springston Stephen R.、Wang Jian、Zhang Qi、Zhou Shan、Yokelson Robert J.
  • 雑誌名: Atmospheric Chemistry and Physics 巻: 20 号: 21 ページ: 13319-13341
  • DOI: 10.5194/acp-20-13319-2020
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Comparison of three aerosol representations of NHM-Chem (v1.0) for the simulations of air quality and climate-relevant variables (2020)
  • 著者名/発表者名: Kajino Mizuo、Deushi Makoto、Sekiyama Tsuyoshi Thomas、and co-authors
  • 雑誌名: Geoscientific Model Development 巻: 14 ページ: 225-2264
  • DOI: 10.5194/gmd-2020-229
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Mixing states of Amazon basin aerosol particles transported over long distances using transmission electron microscopy (2020)
  • 著者名/発表者名: Adachi Kouji、Oshima Naga、Gong Zhaoheng、de S? Suzane、Bateman Adam P.、Martin Scot T.、de Brito Joel F.、Artaxo Paulo、Cirino Glauber G.、Sedlacek III Arthur J.、Buseck Peter R.
  • 雑誌名: Atmospheric Chemistry and Physics 巻: 20 号: 20 ページ: 11923-11939
  • DOI: 10.5194/acp-20-11923-2020
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Concentrations and Size Distributions of Black Carbon in the Surface Snow of Eastern Antarctica in 2011 (2020)
  • 著者名/発表者名: Kinase T.、Adachi K.、Oshima N.、Goto‐Azuma K.、Ogawa‐Tsukagawa Y.、Kondo Y.、Moteki N.、Ohata S.、Mori T.、Hayashi M.、Hara K.、Kawashima H.、Kita K.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Atmospheres 巻: 125 号: 1
  • DOI: 10.1029/2019jd030737
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Spherical tarball particles form through rapid chemical and physical changes of organic matter in biomass-burning smoke (2019)
  • 著者名/発表者名: Adachi Kouji、Sedlacek Arthur J.、Kleinman Lawrence、Springston Stephen R.、Wang Jian、Chand Duli、Hubbe John M.、Shilling John E.、Onasch Timothy B.、Kinase Takeshi、Sakata Kohei、Takahashi Yoshio、Buseck Peter R.
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 116 号: 39 ページ: 19336-19341
  • DOI: 10.1073/pnas.1900129116
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Aerosol mixing state revealed by transmission electron microscopy pertaining to cloud formation and human airway deposition (2019)
  • 著者名/発表者名: Ching Joseph、Adachi Kouji、Zaizen Yuji、Igarashi Yasuhito、Kajino Mizuo
  • 雑誌名: npj Climate and Atmospheric Science 巻: 2 号: 1 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1038/s41612-019-0081-9
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Atmospheric tarballs from western US wildfires during FIREX-AQ campaign (2023)
  • 著者名/発表者名: Kouji Adachi, Jack E Dibb, Joseph M Katich, Joshua Peter Schwarz, Christopher D Holmes, James H Crawford
  • 学会等名: AGU Fall meeting 2023
  • 国際学会
• [学会発表] Physical and chemical analyses of aerosol particles from biomass burning using transmission electron microscopy (2021)
  • 著者名/発表者名: Adachi Kouji
  • 学会等名: Pacifichem2021
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 深層学習を利用した画像認識技術による電子顕微鏡画像中の炭素質エアロゾル粒子の判定 (2021)
  • 著者名/発表者名: 足立光司
  • 学会等名: 第38回エアロゾル学会・技術研究討論会
  • 招待講演
• [学会発表] Spherical tarballs form through chemical and physical evolution of primary organic particles in biomass-burning smoke (2020)
  • 著者名/発表者名: Adachi K, Takeshi Kinase, Eric M Scheuer, Jack E Dibb, Joseph M Katich, Joshua Peter Schwarz
  • 学会等名: AGU Fall meeting 2020
  • 国際学会
• [学会発表] Spherical tarballs form through chemical and physical evolution of primary organic particles in biomass-burning smoke (2020)
  • 著者名/発表者名: Adachi K
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Single-particle analyses of aerosol particles using transmission electron microscopy and cold stages with an optical and scanning electron microscopes (2019)
  • 著者名/発表者名: Adachi K., T. Kinase
  • 学会等名: American Geophysical Union 2019 Fall Meeting
  • 国際学会
• [備考] FIREX-AQ2019
  • URL: https://csl.noaa.gov/projects/firex-aq/
• [備考] FIREX-AQ campaign
  • URL: https://csl.noaa.gov/projects/firex-aq/