Kazuhiko MIURA

三浦 和彦

Traditional Chinese

三浦, 和彦

ミウラ, カズヒコ

MIURA, Kazuhiko

Tokyo University of Science Repository for Academic Resources / 東京理科大学学術リポジトリ

16 理大 科学フォーラム　2016（8）エアロゾルの気候影響大気中に浮かんでいる液体や固体の粒子を大気エアロゾル粒子という。大気エアロゾル粒子の大きさは直径数nmから数十µmにわたっている。約２µmより大きい粒子は，風により舞う砂塵や波しぶきの泡がはじけて発生する海塩粒子などで，自然に発生するものが多い。一方，約２µmより小さい粒子は，気体，例えば，二酸化硫黄が光化学反応で硫酸粒子に変換したもので，人間活動により発生したものが多い。健康影響が懸念されるPM2.5も大気エアロゾル粒子の一種であり，直径2.5µmより小さい粒子の総称である。では，このエアロゾル粒子が気候に影響することをご存知であろうか。二酸化炭素などの温室効果気体が年々増加し，地球の温暖化に影響していることは IPCC（気候変動に関する政府間パネル）の第５次報告より明らかである。この報告書には地球を冷やす原因としてエアロゾル粒子が挙げられている。エアロゾル粒子は太陽光を直接散乱，吸収することにより気候に影響する。また，雲の核として働く。エアロゾル粒子がないと雲はできない。エアロゾル粒子の粒径分布（粒子の大きさ別濃度），化学組成により雲の放射特性が変わることで気候変化に影響する。もし，ある空間に存在する水蒸気量が同じ場合，雲の核となる雲凝結核数が多い雲と少ない雲では放射特性が異なる。多い方が，雲を構成する雲粒の大きさが小さく，太陽光を有効に散乱する。そして雨になりにくい。エアロゾル粒子の数が多いだけで，太陽光を有効にさえぎる雲が長い時間浮かんでいることになり地球を冷やすわけである。しかしどれくらい影響するかはまだよく分かっていない。海洋大気エアロゾルの観測通常，エアロゾルの濃度が高いのは都心である。しかし，グローバルな影響を考えた場合，海洋エアロゾルの影響も無視できない。プランクトンがたくさん棲んでいる海域から放出される生物起源の気体は，海洋エアロゾル粒子の重要な起源である。1987年，チャールソン（米），ラブロック（英）らは，粒子数が増加することにより雲は大気を冷やし，温暖化を抑制するという仮説を提唱した。筆者は1989年から，当時東京大学海洋研究所所有の研究船「白鳳丸」上でエアロゾル粒子の粒径分布を測定している。海洋起源の10 nm以下の微小粒子が増加する新粒子生成イベントを追っていた。しかし，ほとんど観測されなかった。海面付近には海塩粒子もあるので，海洋起源の二酸化硫黄は海塩粒子と反応し，新しい粒子を生成しにくいので，海面付近で微小粒子の増加を観測した例は少ない。そして，その例も自由対流圏で生成したものが高気圧のもと，沈降したものである。航空機観測により自由対流圏において新粒子生成がしばしば観測されることが報告されているが，航空機は移動が速いため，新粒子生成のメカニズムを解明するのは難しい。山で測るか！特集　山岳域における大気観測山岳域におけるエアロゾルの物理計測東京理科大学 理学部第一部 物理学科 教授　三み浦うら　和かず彦ひこ17理大 科学フォーラム　2016（8）富士山観測事始めそんな折，気象研究所の五十嵐康人氏から，「富士山測候所が無人化する前に見学しませんか」というメールが届いた。2004年８月11日のことだった。渡りに船とはこのことだ。山頂まで登る自信がないので最初は躊躇したが，どうもブルドーザーで登るらしい。見学会は８月17日に行われた。５時，御殿場市内のホテル発，６時，太郎坊（高度約1,300m）着。ブルドーザーに乗り込み，６時過ぎ発。あいにくの霧雨で山頂は見えない。９時過ぎ山頂着。山頂は雲の上だろうと期待していたが，測候所も霧の中。周りの景色も火口も見えない。測候所に入り見学したが頭が重い。軽い高山病か。３時間で2,500mを登ったのだから無理もない。所員の説明を聞き，約１時間後にブルドーザーにて下山。12時半頃太郎坊に帰着した。初めての富士山頂だったのに，全く達成感がなかった。その後，五十嵐氏が代表の科研費基盤Aに申請し，「富士山体を観測タワーとしたエアロゾル諸特性の鉛直的観測研究」が一発で採択された。筆者は山頂と山麓の太郎坊における新粒子生成の観測を分担したが，2005年はすでに船の観測が予定されており，山頂に設置する測定器が足りず，太郎坊でのみ観測した。そして，翌2006年夏に山頂で観測を始め，それから10年観測を続けている。新粒子生成図１に山頂で測定したエアロゾルの粒径分布を示す。縦軸が粒径，横軸が日時，色の濃い黄色いところが高濃度を示す。日中に高濃度となる日変化のパターンが見られる。図１の赤丸で囲んだように粒子の成長も見られることから，この現象は比較的広範囲で起きており，ローカルな現象ではない。太郎坊でも同様なピークが観測されるが，いつも同期するとは限らない。このピークは下層から輸送されたものではなく，自由対流圏で発生した新粒子生成に違いない！ところが，翌年同様な観測をすると，新粒子生成イベントが観測されることは観測されたが，なんと昼より夜に多く観測された。新粒子生成は気体の光化学反応で起こることが多いので，通常は日中に観測される。事実，このような現象は乗鞍岳，ヒマラヤ，ユングフラウヨッホなど他の山岳地域では観測されていない。自由対流圏で日中生成されたものが夜間沈降して来たものと思われる。この10年間に，夏期に限定されるが278日間観測を行った。その期間中，241回の新粒子生成イベントが観測され，昼（106回）より夜（135回）に多く発生している。そして，この現象は富士山固有のものであり，その原因はまだよく分からないが，日中生成された粒子が時間をかけて輸送された場合や，上空から下降した可能性も考えられる。大気の輸送この大気はどこから運ばれてきたのか？それを調べるための一つの方法は，トレーサーガスを利用することである。本特集で永野勝裕氏が解説しているように，ラドンは地面から散逸する自然放射性物質で化学反応しないので，陸由来の大気のトレーサーとして利用される。大陸から輸送されると高濃度で，海洋から輸送されると濃度が低くなるわけである。さらに，谷風のときには高く，山風のときには低くなることが予想される。また，本特集で加藤俊吾氏が解説しているようにオゾンと一酸化炭素の比を利用する方法も図１　富士山頂で観測された新粒子生成1e-21e-11e+01e+11e+21e+31e+41e+51e+62006.8.05-8.12 at Summit102101粒径 ; nm8/5 8/6 8/7 8/8 8/9 8/10 8/11 8/1218 理大 科学フォーラム　2016（8）ある。大気の垂直輸送を調べるために，気象ゾンデを放球し気象の垂直分布を測定した。また，気象庁のメソ客観解析データをもとに気象データを１kmメッシュに内挿することで，初めて富士山の山谷風を再現することができた。しかし，山頂の気温とゾンデで測定した山頂と同じ高さの自由空間の気温を比べると，日中はほぼ同じ値を示すが夜間は山頂の気温が低いことがあった。シミュレーションによっても，この時間，山頂付近で下降風が示された（図２）。この事例は，夜間の新粒子生成と下降風の関連が示された例である。小イオンの影響大気が宇宙線や地殻中の放射性物質から放射される放射線により電離されると，小イオン（分子クラスター）を生じる。この小イオンを核として粒子ができることがある。これをイオン誘発核生成という。イオン誘発核生成は，もともと粒子が少なく小イオン濃度が高い環境で起こると予想され，地表付近ではあまり起こらない。しかし，自由対流圏での新粒子生成には多少影響するかもしれない。ヒマラヤでは谷風時に，小イオン濃度の増加とともに新粒子生成が頻繁に起こっている。筆者も宇宙線による電離量が多い山頂において，2010年から小イオン濃度も測定しているが，これまでイオン濃度の増加を伴う新粒子生成イベントは３回しか観測されていない。1997年，スベンスマルク（デンマーク）らは，宇宙線の減少によって地球の雲の量が減少し，太陽の反射率が減少した分だけ気候が暖かくなった可能性を提唱した。このシナリオは宇宙線の強度が増加すると電離量が増え，大気中の小イオンの濃度が増加し，イオン誘発核生成が起こり，雲を生成するというものである。しかし，今では否定的な論文も多く，IPCCでは取り上げられていない。雲凝結核と雲生成低層の雲は相対湿度が100％よりほんの0.3％ほど高い過飽和の状態で発生する。また，核となる粒子がなければ生成されないが，新しく生成した粒子がすべて雲の核になるわけではない。どのような粒子がどのような場合に雲凝結核になるか？外気を吸引し，測定器内で自然の雲と同程度の過飽和状態にしたときに成長する粒子数，雲凝結核数を計数する。これを全粒子数と比較すると，空気がどこから輸送されて来たかによって，雲凝結核数の割合が異なった。2010年からの結果によると，下層から空気が輸送されて来たときより，自由対流圏中を越境輸送されて来たときの方が雲凝結核数の割合が高い。これは輸送時間が長いため，輸送中に粒子が成長したためである。2013年から実際の雲の雲粒粒径分布も測定している。雲は過飽和度が高い方ができやすいのは当然であるが，同じ過飽和度のときはエアロゾルの化学特性より粒径分布の方が影響することが分かった。また，実際の雲の観測結果から，雲凝結核数が多いと雲粒が小さくなることを確認した。おわりに以上，富士山頂における観測結果を簡単に紹介したがまだ解決していない問題が多い。山頂では雲が頻繁にできるので，雲の中で実験できるのが強みである。また，越境大気汚染の影響も調査することができる。今後も大気科学研究部門として活動を続けていく。図２　 気象シミュレーションによる鉛直風。赤色が上昇風，青色が下降風　府川明彦，201418時 21時鉛直風［m/s］ 地表面高度［m］－1 1 0 4000

山岳域におけるエアロゾルの物理計測 (特集 山岳域における大気観測)

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