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。

第一个结果是与目标研究所的研究人员讨论，并开发一种理论方法，以从复杂散射幅度数据中估算黑色碳颗粒的可见波长的复杂折射率，并讨论结果。尽管复杂的折射率是气溶胶吸收和太阳辐射散射的主要决定因素，但由于波长量表，粒度分布的形状，粒度分布的形状，与其他气溶胶混合状态的变化，大气中黑碳的确切值很难定量测量。在这项研究中，我们开发了一种观察黑碳颗粒的复杂散射幅度的方法，而不会通过将复杂的散射幅度传感施加到分散在水中的大气气溶胶中，而不会受到其他共存材料的影响。我们已经开发了一种方法，用于通过使用凝聚力形状模型应用贝叶斯分析来估算复杂折射率的真实和虚部的同时概率分布，该模型将粒度和粒度分布在参数上考虑到获得的复杂散射幅度数据。该技术应用于西北太平洋边界层的气溶胶，这是我们首次成功地定量限制了真实气氛中黑碳的复杂折射率的真实和虚构部分。结果发表在《气雾科学技术》杂志上（2023年4月18日出版）。第二个结果是在与研究所的研究人员和工程师讨论前往传统复杂散射振幅传感方法的性能。在这种情况下，已经开发了一种方法来减少噪声，通过使用半导体激光器而不是Hene Laser作为入射光束。还可以揭示出，通过适当控制入射场的极化状态和检测的极化成分，可以以高灵敏度检测到颗粒的非球体。该结果表明，复杂的散射振幅传感方法可以歧视和检测大气中的矿物粉尘颗粒。