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研究成果

公開日:2017.03.24

大気汚染質の取り込みによる黄砂粒子の形態変化過程の実時間観測に成功

研究成果 工学

 黄砂と高濃度の人為起源大気汚染が混合すると、両者は非常に複雑な相互作用を生じ重大な大気環境の変化を引き起こすことが知られています。発生時の黄砂粒子は表面が角張った非球形な形状をしていますが、大気汚染質に覆われると球形の形態に変化します。その結果、日射の散乱・吸収効率が変わり大気の放射収支が変調すると共に、雲の凝結核として発生時黄砂よりも効率的に働くため雲・降水過程にも影響を及ぼし、地球の大気環境に大きなインパクトを与えます。しかし、この大気汚染質との混合による黄砂の形態変化過程を環境大気中での実時間で把握することは、測定の難しさから、これまで出来ていませんでした。
 九州大学応用力学研究所の鵜野伊津志教授、同大気環境統合研究センターのPan Xiaole助教(現中国科学院大気物理研究所教授)、中国科学院大気物理研究所、国立環境研究所、山梨大学らの共同研究グループは、北京に設置した最新の偏光式光学粒子計測器を用い、2015年3月末から4月初旬の中国北京での黄砂イベント時に黄砂粒子の形態変化過程の実時間観測に成功しました。
北京での観測では、黄砂に同期して粗大硝酸塩NO3-の増加が顕著でした。これは黄砂粒子の表面に人為起源の窒素酸化物NOxから生成された硝酸ガスHNO3が取り込まれ、主に硝酸カルシウムCa(NO3)2が形成されたためで、硝酸カルシウムの高い潮解性のため粒子が球形化していくことが示唆されています。そして、この黄砂粒子の非球形性の変化(粒子の縦横比の変化)を、光散乱の理論計算から確認することが出来ました。今後は、気温・湿度の異なる気象と大気汚染濃度の条件で観測事例を積み上げ、黄砂の形態変化過程を調べ、より定量的な解析を進めることが可能です。この研究成果はアジアスケールの雲・降水過程の変調や気候変化の解析への活用が期待できます。
 本研究成果は、2017年3月23日(木)午前 10 時(英国時間)に英国科学誌 「Nature Scientific Reports」の電子版で公開されました。

北京への黄砂到達時と2日後の黄砂粒子成分の分析の結果。(左)その時点の北京大気に影響を与える範囲、(右)粒子内の水溶性化学組成。2日後には、粗大成分中の硝酸塩NO32-の寄与が大幅に増加している。

(a) 粒子径5µmの粒子中の硝酸塩NO3-とカルシウムCa2+に対する偏光解消度(縦軸)の変化。偏光解消度が小さいほど粒子の非球形性が減少することになる。
(b) 粒子径5µmの粒子中の水分比に対する偏光解消度(縦軸)の変化。硝酸カルシウムCa(NO3)2の高い潮解性のため粒子中の水分比が増加すると粒子表面が覆われ粒子の非球形性が減少することを説明している。

研究者からひとこと

 角張り非球形の黄砂が、大気汚染質と混合することで、どの程度の時間スケールで形態変化するかは、環境大気中では未知でした。今回の観測は、高濃度の黄砂と大気汚染時の北京で行われた結果を国際共同研究として取りまとめたものです。我々の結果は非常の重要な事実を提示しており、今後の発展を期待したいと思います。

研究に関するお問い合わせ先

応用力学研究所 教授 鵜野 伊津志

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