北極広域に沈着した光吸収性粒子の測定手法の開発とその空間分布の観測的研究

• 研究課題/領域番号: 19K20441
• 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: 東京理科大学
• 研究代表者: 森 樹大 東京理科大学, 理学部第一部物理学科, 助教 (60801181)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2020年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2019年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
• キーワード: 北極 / 黒色炭素粒子 / 黒色酸化鉄粒子 / レーザー誘起白熱法 / 粒径別質量濃度 / 沈着量 / 広域分布 / 北極圏 / 積雪中質量・数濃度 / 粒径 / 北極広域分布 / ブラックカーボン / 湿性除去 / ネブライザー / 積雪 / 沈着

研究開始時の研究の概要

雪面に沈着した光吸収性粒子は太陽光を吸収し、雪面の融解を促進させるため、北極域の温暖化に強く影響を与える。その影響を正しく予測するためには、北極域に沈着した光吸収性粒子の質量濃度を高精度に測定し、その空間分布を解明する必要がある。本研究では、光吸収性粒子の中でも黒色炭素粒子と黒色酸化鉄粒子に着目し、積雪中に含まれる光吸収性粒子の粒径別質量濃度を高精度に測定する手法を確立する。さらに、北極広域（フィンランド、アラスカ、シベリア、グリーンランド、スピッツベルゲン）で採取した積雪試料を分析し、光吸収性粒子の質量濃度、粒径、沈着量の空間分布を解明する。

研究成果の概要

光吸収性粒子が雪氷面に沈着すると太陽放射を一層吸収し、雪氷の反射率を低下させる。北極圏における気候影響を定量的に理解するため、まず水中の黒色炭素粒子（BC）と黒色酸化鉄粒子（FeOx）の質量濃度を高精度に測定する世界初の技術を確立した。次にその手法を用いて、北極域に沈着したBCとFeOxの質量濃度、粒径、沈着量の広域分布を明らかにした。従来広く参照されている積雪中BC質量濃度は、本測定結果に比べて10倍程度も過大評価し、雪面反射率の推算値にも波及的に大きな不確実性を持つ可能性を示唆した。また、北極低緯度から高緯度にかけて濃度と粒径が小さくなり、低緯度からの輸送時の降水除去の重要性も示唆した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

北極広域に沈着したBCやFeOx粒子の質量濃度、粒径、沈着量の高精度な測定データは、北極圏の気候を予測するモデルの検証に非常に有効である。特に、積雪中BC質量濃度の測定技術の確立により、従来法ではBC濃度が10倍程度も過大評価し、雪面反射率の予測値にも波及的に不確実性を含む可能性を明らかにした。この結果は、次回の北極評議会の作業部会の報告書でも重要な知見として取り上げられる見込みである。本研究成果は今後の北極圏の気候変動への理解に貢献するだけでなく、適切な社会政策を行う上でも重要な知見となりうる。

研究成果

• [雑誌論文] Studies on Arctic aerosols and clouds during the ArCS project (2021)
  • 著者名/発表者名: M. Koike, K. Goto-Azuma, Y. Kondo, H. Matsui, T. Mori, N. Moteki, S. Ohata, H. Okamoto, N. Oshima, K. Sato, T. Takano, Y. Tobo, J. Ukita, and A. Yoshida
  • 雑誌名: Polar Science 巻: 27 ページ: 1-11
  • DOI: 10.1016/j.polar.2020.100621
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 積雪中のブラックカーボンの北極広域分布 (2021)
  • 著者名/発表者名: 森樹大
  • 雑誌名: 大気化学研究 巻: 44
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Seasonal Variation of Wet Deposition of Black Carbon in Arctic Alaska (2020)
  • 著者名/発表者名: Mori T.、Kondo Y.、Ohata S.、Zhao Y.、Sinha P. R.、Oshima N.、Matsui H.、Moteki N.、Koike M.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Atmospheres 巻: 125 号: 16 ページ: 1-24
  • DOI: 10.1029/2019jd032240
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Abundances and Microphysical Properties of Light‐Absorbing Iron Oxide and Black Carbon Aerosols Over East Asia and the Arctic (2020)
  • 著者名/発表者名: Yoshida Atsushi、Moteki Nobuhiro、Ohata Sho、Mori Tatsuhiro、Koike Makoto、Kondo Yutaka、Matsui Hitoshi、Oshima Naga、Takami Akinori、Kita Kazuyuki
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Atmospheres 巻: 125 号: 15 ページ: 1-21
  • DOI: 10.1029/2019jd032301
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 2019年度 エアロゾル・雲・降水の相互作用に関する研究会 報告 (2020)
  • 著者名/発表者名: 佐藤陽祐, 當房 豊, 山下克也, 荒木健太郎, 岩崎杉紀, 三隅良平, 大竹秀明, 茂木信宏, 齋藤 泉, 川合秀明, 中島 孝, 中野 諭, 森 樹大, 橋本明弘, 郭威鎮, 勝山祐太, 瀬戸里枝, 古藤慎之, 山田怜史, 折笠成宏, 田尻拓也, 遠藤幸生, 近藤 誠, 大畑 祥, 松嶋俊樹
  • 雑誌名: 天気 巻: 67 ページ: 665-671
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Black Carbon and Inorganic Aerosols in Arctic Snowpack (2019)
  • 著者名/発表者名: Mori, T., Goto-Azuma, K., Kondo, Y., Ogawa-Tsukagawa, Y., Miura, K., Hirabayashi, M., Oshima, N., Koike, M., Kupiainen, K., Moteki, N., Ohata, S., Sinha, P. R., Sugiura, K., Aoki, T., Schneebeli, M., Steffen, K., Sato, A., Tsushima, A., Makarov, V., Omiya, S., Sugimoto, A., Takano, S., Nagatsuka
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Atmospheres 巻: 124 号: 23 ページ: 13325-13356
  • DOI: 10.1029/2019jd030623
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Wet Deposition of Black Carbon at Ny-Alesund, Svalbard (2021)
  • 著者名/発表者名: Tatsuhiro Mori
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2021
• [学会発表] A biomass burning record over the past 350 years in an ice core from Northwest Greenland (2021)
  • 著者名/発表者名: 東久美子
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2021
• [学会発表] Seasonal Variations of Wet Deposition of Black Carbon at Ny-Alesund in Svalbard and at Barrow in Alaska (2021)
  • 著者名/発表者名: Tatsuhiro Mori
  • 学会等名: PACES 4th Open Science Meeting (IGAC 2021)
  • 国際学会
• [学会発表] Seasonal Variation of Wet Deposition of black Carbon at Ny-Alesund, Svalbard (2020)
  • 著者名/発表者名: Tatsuhiro Mori
  • 学会等名: The Ninth Symposium on Polar Science 13th
  • 国際学会
• [学会発表] Seasonal Variation of Wet Deposition of Black Carbon at Ny-Alesund in Svalbard and Barrow in Alaska (2020)
  • 著者名/発表者名: Tatsuhiro Mori
  • 学会等名: Joint International Symposium: Challenging the Research Development and Collaboration Through Online Discussion
  • 国際学会
• [学会発表] Black Carbon and Inorganic Aerosols in Arctic Snowpack (2020)
  • 著者名/発表者名: Tatsuhiro Mori
  • 学会等名: Sixth International Symposium on Arctic Research (ISAR-6)
  • 国際学会
• [学会発表] Seasonal Variation of Wet Deposition of Black Carbon in Arctic Alaska (2020)
  • 著者名/発表者名: Tatsuhiro Mori
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2020
  • 国際学会
• [学会発表] ニーオルスンに沈着した黒色炭素粒子濃度の季節変化 (2020)
  • 著者名/発表者名: 森樹大
  • 学会等名: 第37回エアロゾル科学・技術討論会
• [学会発表] BarrowにおけるBC粒子の湿性沈着に関する研究 (2020)
  • 著者名/発表者名: 森樹大
  • 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会
• [学会発表] Changes in concentrations and size distributions of black carbon in Northwest Greenland over the past 350 years (2020)
  • 著者名/発表者名: 東久美子
  • 学会等名: Sixth International Symposium on Arctic Research (ISAR-6)
  • 国際学会
• [学会発表] BarrowにおけるBC粒子の湿性沈着に関する研究 (2020)
  • 著者名/発表者名: 森樹大、近藤豊、大畑祥、Y. Zhao, P. R. Sinha, 大島長, 松井仁志, 茂木信宏, 小池真
  • 学会等名: エアロゾル・雲・降水の相互作用に関する研究会
• [学会発表] Black carbon and inorganic aerosols in snowpack over the Arctic (2019)
  • 著者名/発表者名: Mori, T., Goto-Azuma, K., Kondo, Y., Ogawa-Tsukagawa, Y., Miura, K., Hirabayashi, M., Oshima, N., Koike, M., Kupiainen, K., Moteki, N., Ohata, S., Sinha, P. R., Sugiura, K., Aoki, T., Schneebeli, M., Steffen, K., Sato, A., Tsushima, A., Makarov, V., Omiya, S., Sugimoto, A., Takano, S., Nagatsuka
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会2019年大会
• [学会発表] 北極域に沈着した黒色炭素粒子と無機エアロゾルの空間分布 (2019)
  • 著者名/発表者名: 森樹大, 東久美子, 近藤豊, 塚川佳美, 平林幹啓, 小池 真, Kaarle Kupiainen, 茂木信宏, 大畑 祥, 大島 長, 三浦和彦, 杉浦幸之助, 青木輝夫, Konrad Steffen, Martin Schneebeli, 佐藤篤司, 對馬あかね, Vladimir Makarov, 大宮 哲, 杉本敦子, 鷹野真也,
  • 学会等名: 日本エアロゾル学会
• [学会発表] BarrowにおけるBC粒子の湿性沈着フラックスの季節変動 (2019)
  • 著者名/発表者名: 森樹大, 近藤豊, 大畑祥, Y. Zhao, P.R.Sinha, 大島長, 松井仁志, 茂木信宏, 小池真
  • 学会等名: 大気化学討論会
• [学会発表] Black Carbon and Inorganic Aerosols in Arctic Snowpack (2019)
  • 著者名/発表者名: Mori, T., Goto-Azuma, K., Kondo, Y., Ogawa-Tsukagawa, Y., Miura, K., Hirabayashi, M., Oshima, N., Koike, M., Kupiainen, K., Moteki, N., Ohata, S., Sinha, P. R., Sugiura, K., Aoki, T., Schneebeli, M., Steffen, K., Sato, A., Tsushima, A., Makarov, V., Omiya, S., Sugimoto, A., Takano, S., Nagatsuka
  • 学会等名: Sixth International Symposium on Arctic Research (ISAR-6)
  • 国際学会