2015 Fiscal Year Annual Research Report
冬季関東を巨大チャンバーに模した、ＣＣＮ生成過程に関する研究
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15H02811
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| Research Institution | Japan, Meteorological Research Institute |
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Principal Investigator |
財前 祐二 気象庁気象研究所, 環境・応用気象研究部, 研究室長 (70354496)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
梶野 瑞王 気象庁気象研究所, 環境・応用気象研究部, 研究官 (00447939)
田尻 拓也 気象庁気象研究所, 予報研究部, 主任研究官 (40414510)
足立 光司 気象庁気象研究所, 環境・応用気象研究部, 主任研究官 (90630814)
北 和之 茨城大学, 理学部, 教授 (30221914)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | エアロゾル / 雲凝結核 / 微粒子 / 有機物 / 電子顕微鏡 / 吸湿特性 / エアロゾルモデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
各種観測機器の整備・キャリブレーションを行い、冬季つくばにおいて、サイズ分布、ＣＣＮ（雲凝結核）個数濃度等の連続測定を実施した。特にκ（吸湿性インデックス）とCCN数濃度の相関が、数日周期で正と負で入れ替わっていることが注目され、詳細に調べた結果、20nm程度の核生成モードの粒子が、約100nmの集積モードに成長する過程で、κが次第に低下し、CCN数の極大とκの極小が対応する傾向があることがわかった。２次粒子がCCNへと成長する過程で、吸湿性の低い有機物の凝結の影響が強いことが示唆される。
核生成モードの粒子サンプルの捕集に静電式サンプラーが有効であることがわかった。有機物による粒子の変質を詳細に調査するため、透過型電子顕微鏡に付属した電子線エネルギー損失法（EELS； 物質材料研究機構ARM-200使用）を用いて、採取されたエアロゾルサンプル中の有機物の分類を試みた。その結果、EELSの 炭素結合エネルギーに応じたシグナルが検出できた。これにより、有機物の官能基に応じた分類について可能性があることがわかった。
エアロゾルの生成・成長過程を詳細に再現するために、エアロゾルの動力学を1nmから陽に記述するモーダル・ビン・ハイブリッドモデル（Kajino et al., JGR, 2013）を、3次元領域化学モデル（NHM-Chem）に実装した。粒径分布の指標であるPM2.5/PM10比やオングストローム指数の観測値と比較して整合的な結果を得た。今後、観測結果（SMPS, APS, OPCによる）と比較し、3次元モデルによる各均一核形成イベントの再現可能性を評価する予定である。
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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
H27年度は、５年計画の初年度であった。観測に関しては、VTDMAを始めとする測定器の整備を行う計画であったが、VTDMAについての動作テストでは、サイズ分級後の個数濃度が低いため、時間分解能が想定していた1h程度より長くする必要があったが、温度制御性能などは良好であった。SMPS、APS、CCNＮ計等の測定器について、メンテナンスや標準物質を用いたキャリブレーションを行った。さらに、冬季に試験的な観測を行った結果、粒子の成長に伴って吸湿性が変化することがわかった。
電子顕微鏡での分析については、静電式サンプラーの整備および動作テスト、加熱観察試験を行う計画であったが、静電サンプラーについては、採取効率にサイズ依存性が無いこと、20-100nmの微小なサイズ範囲の粒子の採取性能が良好であることが確認された。また電子顕微鏡の加熱ステージの性能も確認された。さらに、EELS（電子線エネルギー損失法）を用いて、エアロゾル中の有機物の結合状態を調べることも試み、良好な結果を得た。
数値モデルに関しては、サーバー等機器の整備と数値モデルの設計、コーディングを行う計画であったが、モーダルビンハイブリッドモデルを３次元のNHM-Chemに実装し、サイズ分布を観測値と比較するテストまでを行い、良好な結果を得た。このテスト結果については論文化を進めている。
以上のように全般に計画通り順調に進捗している。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究は、主に冬季につくばでの、２次エアロゾルの生成とその後の成長における組成・混合状態の変化について、観測、電子顕微鏡分析と詳細モデルを組み合わせた解明を目指すものである。これまでに、各種測定器の整備やメンテナンス、キャリブレーション、性能試験を行い、また電子顕微鏡観察のためのサンプラーの整備、動作試験を行い良好な結果を得た。また、冬季に予備的な観測を行なった。
H28からは、本格的な観測や分析を開始する。SMPS、APSによるサイズ分布の連続観測に加えて、VTDMAを導入し、粒子の成長に伴って、揮発特性の変化やBC/OCの混合状態を調査する。また、電子顕微鏡により、加熱しながらの観察を行う。また、これまでの予備的な観測の結果、粒子の成長において、有機物の凝縮が重要な役割を果たしていることが示唆されたので、今後、特にEELSなどを用いて有機物に着目した分析を行う。モデルについては、基本的なコーディングと動作試験は終わったので、今後、観測との比較実験を行いながら性能を確認し、計画後半には、観測で得られた知見を導入して、再現実験を行う。
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Research Products
(10 results)
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[Presentation] Improvement of quantification by TEM/EDX analysis for individual aerosol particles using monte Carlo Method and comparison with AMS2015
Author(s)
zaizen, Y., Adachi, K., Kajino, M., Igarashi, Y., Takami, A., Yoshino, A.
Organizer
The 13h International Conference on Atmospheric Sciences and Applications to Air Quality
Place of Presentation
神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
Year and Date
2015-11-11 – 2015-11-11
Int'l Joint Research
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