氷晶核として働く固体エアロゾルの測定器開発

• 研究課題/領域番号: 19K20437
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分63010:環境動態解析関連
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 大畑 祥 名古屋大学, 高等研究院(宇宙), 助教 (70796250)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2021年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2020年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2019年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
• キーワード: エアロゾル / 鉱物ダスト / ブラックカーボン / 大気化学 / 大気環境

研究開始時の研究の概要

雲内部において水雲粒が凍結し氷雲粒を生成する過程は、雲の寿命や光学特性、ひいては気候に大きな影響を及ぼす。水雲粒の凍結が起こるには、水雲粒の内部に氷形成の核となる非水溶性の固体エアロゾルが含まれていることが必要であり、中でも生物由来粒子や鉱物粒子が高い氷形成能力を持つと考えられている。しかし、大気中の生物由来粒子・鉱物粒子を分離して数濃度・粒径を測定する手法は存在せず、それらの動態と氷晶核数への寄与は明らかになっていない。本研究では、この測定を可能にするため、大気中のエアロゾルを水中に捕集し、非水溶性の固体エアロゾルにレーザー光を照射しその散乱光・蛍光を検出する新しい測定器を開発する。

研究成果の概要

水の雲粒が凍結して氷の雲粒が生成する過程は、降水形成や雲の反射率に大きな影響を及ぼす。水の雲粒内部で氷形成の核として重要な働きをする固体エアロゾルの、大気中における数濃度の測定を可能にするため、エアロゾルをフィルタに採取し、非水溶性固体粒子を水に分散させてから光学的に測定する分析手法の評価を進めた。室内実験や、都市大気エアロゾルの既存測定器との比較観測を通じて、本手法による鉱物ダストやブラックカーボンなどの固体エアロゾルの数濃度測定の妥当性が示された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

鉱物ダストや生物由来粒子などの固体エアロゾルは雲の中で氷晶形成の核（氷晶核）として効率良く働くと考えられているもの、確立された測定手法がないために、その時空間的な変動や氷晶核への寄与の実態の把握が不十分である。本研究では、近年開発された水中微粒子の検出技術をフィルタに採取したエアロゾルの分析に応用し、その測定手法の評価を行った。本手法の評価は今後の固体エアロゾルと氷晶核の観測研究の１つの基礎となるものであり、これらの動態の理解に貢献すると考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] Estimates of mass absorption cross sections of black carbon for filter-based absorption photometers in the Arctic (2021)
  • 著者名/発表者名: S. Ohata, T. Mori, Y. Kondo, S. Sharma, A. Hyvarinen, E. Andrews, P. Tunved, E. Asmi, J. Backman, H. Servomaa, D. Veber, K. Eleftheriadis, S. Vratolis, R. Krejci, P. Zieger, M. Koike, Y. Kanaya, A. Yoshida, N. Moteki, Y. Zhao, Y. Tobo, J. Matsushita, and N. Oshima
  • 雑誌名: Atmospheric Measurement Techniques 巻: 14 号: 10 ページ: 6723-6748
  • DOI: 10.5194/amt-14-6723-2021
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Estimates of mass absorption cross sections of black carbon for filter-based absorption photometers in the Arctic (2021)
  • 著者名/発表者名: S. Ohata, T. Mori, Y. Kondo, S. Sharma, A. Hyvarinen, E. Andrews, P. Tunved, E. Asmi, J. Backman, H. Servomaa, D. Veber, K. Eleftheriadis, S. Vratolis, M. Koike, Y. Kanaya, A. Yoshida, N. Moteki, Y. Zhao, J. Matsushita, and N. Oshima
  • 学会等名: 4th PACES Open Science Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Estimates of mass absorption cross sections of black carbon for filter-based absorption photometers in the Arctic (2021)
  • 著者名/発表者名: S. Ohata, T. Mori, Y. Kondo, S. Sharma, A. Hyvarinen, E. Andrews, P. Tunved, E. Asmi, J. Backman, H. Servomaa, D. Veber, K. Eleftheriadis, S. Vratolis, R. Krejci, P. Zieger, M. Koike, Y. Kanaya, A. Yoshida, N. Moteki, Y. Zhao, Y. Tobo, J. Matsushita, and N. Oshima
  • 学会等名: 第12回極域科学シンポジウム
• [学会発表] SPES法に基づく名古屋都市大気の非水溶性エアロゾルの観測 (2021)
  • 著者名/発表者名: 大畑祥、茂木信宏、川中子ひかる、當房豊、足立光司、持田陸宏
  • 学会等名: 第26回大気化学討論会
• [学会発表] SPES法に基づく非水溶性エアロゾルのオフライン分析法の評価 (2021)
  • 著者名/発表者名: 川中子ひかる、大畑祥、茂木信宏、當房豊、持田陸宏
  • 学会等名: 第26回大気化学討論会
• [学会発表] 雪氷中のブラックカーボンの測定方法 (2020)
  • 著者名/発表者名: 大畑祥
  • 学会等名: 研究集会：氷河融解を加速する光吸収性不純物に関する研究
• [学会発表] 大気化学会のロードマップについて (2019)
  • 著者名/発表者名: 松井仁志、大畑祥
  • 学会等名: 2019年度 エアロゾル・雲・降水の相互作用に関する研究集会