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

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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。