大気・海洋の微粒子観測への実用化と国際共同広域観測のための基盤形成

大气/海洋粒子观测实际应用及国际联合广域观测基础设施建设

基本信息

批准号：
19KK0289
负责人：
茂木信宏
金额：
$ 9.73万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (A))
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019 至 2023
项目状态：
已结题

项目摘要

１つ目の成果は、渡航先研究機関の研究者と議論しつつ、複素散乱振幅データから黒色炭素粒子の可視波長における複素屈折率を推定する理論的手法を開発し、結果を論文化したことである。複素屈折率は、エアロゾルによる太陽放射の吸収および散乱の主な決定要因であるものの、大気中の黒色炭素についての正確な値は、波長スケールの形状の不規則性、粒子のサイズ分布、および他のエアロゾル化合物との混合状態の変動のために、定量的に測定することが困難であった。本研究では、水中に分散させた大気エアロゾルに複素散乱振幅センシングを適用することで、他の共存物質の影響を受けずに黒色炭素粒子の複素散乱振幅を観測する方法を開発した。取得された複素散乱振幅データに、粒子形状・粒径分布をパラメトリックに考慮した凝集体形状モデルを用いたベイズ解析を適用することで、複素屈折率の実部と虚部の同時確率分布を推定する方法を開発した。この手法を、北西太平洋境界層のエアロゾルに適用し、初めて実大気中の黒色炭素の複素屈折率の実部・虚部の定量的な制約に成功した。結果はAerosol Science and Technology誌に出版された（2023年4月18日公開）。２つ目の成果は、渡航先研究機関の研究者・技術者と議論しつつ、従来の複素散乱振幅センシング法の性能を拡張したことである。入射ビームにHeNeレーザーの代わりに半導体レーザーを用い、その際のノイズを低減する方法を開発した。また、入射場の偏光状態と検出の偏光成分を適切に制御することで、粒子の非球形度を高感度で検知できることを明らかにした。この成果により、複素散乱振幅センシング法により大気中の鉱物ダスト粒子の判別・検出が実現できる可能性が示された。

第一个结果是，我们通过与我们访问的研究机构的研究人员讨论，开发了一种根据复散射振幅数据估算可见光波长下黑碳颗粒的复折射率的理论方法，并将结果发表在论文中。尽管复折射率是气溶胶吸收和散射太阳辐射的主要决定因素，但其对于大气黑碳的精确值取决于波长尺度的形状不规则性、颗粒尺寸分布以及由于混合状态的波动而导致的其他因素。对于气溶胶化合物，很难定量测量。在本研究中，我们开发了一种通过对分散在水中的大气气溶胶应用复杂散射幅度传感来观察黑碳颗粒的复杂散射幅度而不受其他共存物质影响的方法。通过使用聚合形状模型对所获取的复散射振幅数据进行参数化考虑颗粒形状和颗粒尺寸分布的贝叶斯分析，开发了一种估计复折射率实部和虚部的联合概率分布的方法。。通过将该方法应用于西北太平洋边界层的气溶胶，我们首次成功定量约束了真实大气中黑碳复折射率的实部和虚部。研究结果发表在《气溶胶科学与技术》杂志上（2023 年 4 月 18 日出版）。第二个结果是，通过与我们访问的研究机构的研究人员和工程师的讨论，我们扩展了传统复杂散射幅度传感方法的性能。我们开发了一种通过使用半导体激光器代替氦氖激光器作为入射光束来降低噪声的方法。此外，还表明，通过适当控制入射场的偏振状态和检测的偏振分量，可以高灵敏度地检测颗粒的非球形性。这一结果证明了利用复杂散射幅度传感方法实现大气中矿物尘埃颗粒的判别和检测的可能性。