湿潤対流におけるブラックカーボン粒子の湿性除去メカニズムの観測的研究

湿对流湿法去除黑炭颗粒机理的观测研究

基本信息

批准号：
16J04452
负责人：
森樹大
金额：
$ 0.83万
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：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-22 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

ブラックカーボン（以下、BC）粒子は太陽放射の吸収により大気を加熱することで、水循環や極域雪氷面の融解促進に影響を与えるが、その推定の不確実性は依然として大きい。発生したBCは輸送過程でエイジング（ガス成分の凝縮や他のエアロゾルの凝集）を受け、雲・降水過程を経て大気から除去されるが、どの物理量がBCの除去に一番大きな感度を持つかを、これまでの測定手法（フィルター分析・航空機観測）では同定できなかった。そこで本研究では、大気と降水中のBC粒径別数濃度の観測手法を確立し、両者の比で表される湿性除去効率の粒径依存性を観測することで、BCの主な湿性除去メカニズムを解明するとともに、BCの除去に最も重要な物理量を同定する。まず、降水試料から粒子を大気中に取り出す装置とレーザー誘起白熱法を用いた装置を組み合わせることで、降水中のBC粒径分布の測定手法を確立した。次に、BCの水滴取り込みメカニズムである雲粒化、雨滴衝突、雲粒衝突の粒径別除去割合を推算する鉛直一次元モデルを構築した。これらの測定・解析手法を東京と沖縄の地上観測に適用した。東京では、湿性除去効率に顕著な粒径依存性が見られたが、沖縄ではその粒径依存性が見られなかった。鉛直一次元モデルを用いた解析により、100nm以上のBCは主に雲粒化によって湿性除去を受けることがわかった。BCの被覆が厚くなると、被覆成分や大気中の最大過飽和度の変動によらず高い効率で除去される一方、裸に近いBCは被覆量や被覆成分、最大過飽和度の変動に強く依存し、除去効率が大きく変わることもわかった。さらに、BCの鉛直輸送効率は東京では約6割、沖縄では約2割と推定され、発生源近傍におけるBCの鉛直輸送の重要性を明らかにした。BC質量濃度の空間分布を気候モデルで正しく推定するためには、特に発生源近傍におけるBCの混合状態や吸湿特性、さらに大気中の最大過飽和度の推定の精度を向上する必要がある。

黑碳（BC）颗粒通过吸收太阳辐射加热大气，这会影响水循环和促进极性雪和冰面的融化，但是该估计值的不确定性仍然很大。生成的BC是在运输过程中衰老（气体成分的凝结和其他气溶胶的聚集），并通过云和降水过程从大气中删除，但是使用先前的测量方法（滤波器分析和飞机观测）无法识别哪些物理量最敏感地降低BC的敏感性。因此，在这项研究中，我们建立了一种观察空气和降水量BC粒径浓度的方法，并通过观察以两者比率表示的湿度去除效率的粒径依赖性，我们将阐明BC湿度去除的主要机制，并确定对移除BC的物理数量的重要性。首先，通过组合将颗粒从沉淀样品中提取到大气中的颗粒和使用激光诱导的白炽方法的设备来确定沉淀过程中BC粒径大小的方法。接下来，我们构建了一个垂直的一维模型，该模型估计了云粒度，雨滴撞击和云粒撞击的每个粒径的去除率，这是卑诗省水滴捕获的机制。这些测量和分析方法应用于东京和冲绳的地面观测。在东京，粒径对湿式去除效率有很大的依赖性，但是在冲绳，粒径没有依赖性。使用垂直一维模型的分析表明，BCS高于100 nm的BCS主要通过云颗粒而进行湿法。还发现，当BC涂层变得更厚时，去除效率高，无论涂料成分的变化或大气中的最大过饱和度的变化如何，而接近裸露的BC则强烈依赖于涂层量的变化，涂层组件，最大超级效应以及重新效应的变化，以及重新效应的变化很大。此外，据估计，东京的垂直运输效率约为60％，冲绳的垂直运输效率约为20％，揭示了bc在源附近的垂直运输的重要性。为了使用气候模型正确估计BC质量浓度的空间分布，有必要提高估计BCS的混合状态和水分吸收特征的准确性，尤其是在源附近，以及大气中的最大超饱和度。