人為起源酸化鉄エアロゾルの観測装置開発と放射影響評価

人为氧化铁气溶胶观测设备研制及辐射影响评价

• 批准号: 18J13044
• 负责人: 吉田 淳
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-25 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18J13044/
• 关键词: エアロゾル; 大気環境; 気候; 観測; 気候変動; 環境分析; 装置開発

自動車や発電所などから発生する人為起源酸化鉄エアロゾルは、太陽光を効率よく吸収する光吸収性粒子である。しかし、空間分布の測定データはほとんどなく、地球放射への影響はよく分かっていない。また、現在人為起源酸化鉄エアロゾルの測定に用いられているレーザー誘起白熱 (LII) 装置は酸化鉄粒子の検出効率が低い。本研究では「検出効率を改善した新LII装置の開発」および「人為起源酸化鉄エアロゾルの観測データの取得」に取り組んだ。装置開発ではレーザー共振器外の光をレンズによって集光して、そこに粒子を導入するように設計・構築を行った。集光部分は光強度密度が高くなるので、鉄粒子が効率的に加熱され白熱光を射出しやすくなるからである。その結果、マグネタイト・ヘマタイトに加えて、旧装置では測定することが出来なかった光吸収の弱い酸化鉄であるゲーサイトを検出することに成功した。新旧のLII装置を用いて、2019年春に長崎県福江島で地上同時観測を行い、新LII装置の性能評価を試みた。その結果、新LII装置は酸化鉄エアロゾルの検出個数が旧装置に比べて少ないことが分かった。このことから、粒子集団のごく一部しかレーザー光の集光部分を通過していない、という技術的課題点を明らかにすることができた。これは今後の鉄エアロゾル観測装置の発展において非常に有益な情報である。また本研究では、旧装置によって得られた観測データを分析して、東アジア起源の汚染大気に含まれる人為起源酸化鉄エアロゾルの粒径分布・混合状態や、一酸化炭素・黒色炭素エアロゾルとの濃度相関関係を調べた。これらは観測データの少ない人為起源酸化鉄エアロゾルの動態を理解するのに重要なものである。この観測研究は国際誌に論文投稿される予定である。

汽车、发电厂等产生的人为氧化铁气溶胶是能有效吸收阳光的吸光颗粒。然而，其空间分布的测量数据很少，其对地面辐射的影响尚不清楚。此外，目前用于测量人为氧化铁气溶胶的激光诱导白炽（LII）仪器对氧化铁颗粒的检测效率较低。在这项研究中，我们致力于开发一种新的 LII 装置，该装置提高了检测效率，并获取了人为氧化铁气溶胶的观测数据。在开发该设备时，我们设计并构建了一个系统，其中使用透镜聚焦激光谐振器外部的光，并将粒子引入其中。这是因为，在聚光部，光强度密度变高，铁粒子被有效地加热，容易发出白炽光。结果，除了磁铁矿和赤铁矿之外，我们还成功检测到了针铁矿，这是一种用旧设备无法测量的光吸收微弱的氧化铁。 2019年春季，我们利用新旧LII仪器对长崎县福江岛进行了同步地面观测，试图评估新LII仪器的性能。结果表明，新的 LII 装置检测到的氧化铁气溶胶比旧装置要少。这揭示了只有一小部分粒子群穿过激光束聚焦区域的技术问题。这对于铁气溶胶观测装置的未来发展来说是极其有用的信息。此外，本研究将分析用旧设备获得的观测数据，以确定源自东亚的污染空气中所含的人为氧化铁气溶胶的粒径分布和混合状态，以及一氧化碳和黑碳气溶胶浓度之间的关系。相关性进行了调查。这些对于了解人为氧化铁气溶胶的动力学非常重要，而对此的观测数据很少。这项观察性研究将提交给国际期刊。

项目成果

Abundance and Emission Flux of the Anthropogenic Iron Oxide Aerosols From the East Asian Continental Outflow

东亚大陆外流人为氧化铁气溶胶的丰度和排放通量

• DOI: 10.1029/2018jd028665
• 发表时间: 2018
• 期刊: Journal of Geophysical Research: Atmospheres
• 作者: Yoshida Atsushi;Ohata Sho;Moteki Nobuhiro;Adachi Kouji;Mori Tatsuhiro;Koike Makoto;Takami Akinori
• 通讯作者: Takami Akinori