南米(アルゼンチン,チリ)対流圏エアロゾル観測
ライダーネットワークの構築
杉本 伸夫 1, 神 慶孝 1, 西澤 智明 1, 清水 厚 1, 水野 亮 2, Pablo Ristori3, Lidia Otero3,
Sebastian Papandrea3, Jacobo Salvador3, Eduardo Quel3, Boris Barja4, Albane Barbero5, Paula Etala5
1
2

国立環境研究所（〒305-8506 茨城県つくば市小野川 16-2）

名古屋大学宇宙地球環境研究所（〒464-8601 愛知県名古屋市千種区不老町 F3-3）
3

レーザー応用研究所，UNIDEF（ブエノスアイレス，アルゼンチン）45

マゼラン大学（プンタアレナス，チリ）

アルゼンチン気象局（ブエノスアイレス，アルゼンチン）

Construction of Tropospheric Aerosol Observation Lidar Network
in Southern South America (Argentina and Chile)
Nobuo SUGIMOTO1, Yoshitaka JIN1, Tomoaki NISHIZAWA1, Atsushi SHIMIZU1, Akira MIZUNO2,Pablo Ristori3, Lidia Otero3, Sebastian Papandrea3, Jacobo Salvador3, Eduardo Quel3, Boris Barja4,Albane Barbero5, and Paula Etala512National Institute for Environmental Studies, 16-2 Onogawa, Tsukuba, Ibaraki 305-8506

Institute for Space-Earth Environmental Research, Nagoya University, F3-3 Furou-cho, Chikusa-ku, Nagoya, Aichi 464-8601
345

CEILAP, UNIDEF, Buenos Aires, Argentina

University of Magallanes, Punta Arenas, Chile

National Meteorological Service, Buenos Aires, Argentina

A lidar network for observations of tropospheric aerosols was constructed in Southern South America in the JST-JICA SATREPS
project. The lidar network combined three new lidars (one multi-wavelength Raman lidar and two multi-wavelength high-spectralresolution & Raman lidars) developed in this project and six (Mie, Raman) lidars developed by CEILAP for volcanic ash monitoringin an Argentina national project. All lidars were designed or modified for continuous operation and realtime data transmission to thedata center. The objective of the SATREPS project is to construct a risk management system for atmospheric environment risks
concerning stratospheric ozone and tropospheric aerosols. Targets of the tropospheric lidar network include volcanic ash, mineraldust, forest fire smoke, and anthropogenic air pollution. Currently, the construction of the lidar network is completed, andobservations are continued. So far, studies using the observed data were performed on volcanic ash from Calbuco eruption andseveral Patagonian dust events.
Key Words: Aerosol, Volcanic ash, High-spectral-resolution lidar, Lidar network, Atmospheric environment risk management

1. は じ め にJST-JICA の SATREPS (Science and Technology
Research Partnership for Sustainable Development)の課題「南米における大気環境リスク管理システムの開発」において，南米南部における対流圏エアロゾルを対象とするライダー観測ネットワークを構 築 し た 。 こ の SATREPS 課 題 は ， 紫 外 線 の 増 加に関わる成層圏オゾン層および航空機の運航に影響する火山灰などの対流圏エアロゾルに関する大気環境リスクの監視ネットワークと警報システムの構築を目標とする。監視ネットワークは
SAVER-Net (South American Environment RiskNetwork)と 命 名 さ れ ， 対 流 圏 エ ア ロ ゾ ル に つ い ては，９地点から成るライダーネットワークを構築した。
SATREPS SAVER-Net の 対 流 圏 ラ イ ダ ー ネ ッ ト
ワークはアルゼンチン，レーザー応用研究所(CEILAP)が 火 山 灰 監 視 を 目 的 と し て ア ル ゼ ン チンの国家プロジェクトで構築した６台のライダーと本プロジェクト新たに開発した３台のライダーを合わせた９台で構成される。開発した３台のうちの２台は高スペクトル分解ライダー，１台は多波長ラマン散乱ライダーである。
2. ネ ッ ト ワ ー ク ラ イ ダ ー の 開 発
2.1 高 ス ペ ク ト ル 分 解 ラ イ ダ ー
CEILAP で は SATREPS プ ロ ジ ェ ク ト に 先 立 っ て
多波長ラマン散乱ライダーの開発実績があったので 1 - 3 ) ，こ れ を ベ ー ス に 532nm 受 信 チ ャ ン ネ ル を ，ヨウ素セルを用いた高スペクトル分解ライダー（ HSRL）と し ，355nm で は ラ マ ン 散 乱 を 用 い る 多波 長 ラ イ ダ ー を CEILAP に お い て 開 発 し た 4 ) 。 この ラ イ ダ ー で は ， 1064nm の 後 方 散 乱 ， 532nm と355nm の 消 散 係 数 ， 後 方 散 乱 係 数 ， 偏 光 解 消 度 ，355nm の 水 蒸 気 ラ マ ン 散 乱 を 測 定 す る 。 ２ 台 のHSRL の う ち ，１ 台 は ア ル ゼ ン チ ン 北 部 の Cordoba
近 郊 の Pilar に あ る ア ル ゼ ン チ ン 気 象 局 の 地 磁 気
観 測 所 に 設 置 し ， も う 一 台 は CEILAP 構 内 で 観 測を継続している。

こ の 他 ， 本 プ ロ ジ ェ ク ト に お け る HSRL の 検 討の中でマルチモードレーザーを用いた新しい手法を考案した。これについては，国立環境研において基礎実験を行いエアロゾル消散係数測定の実証
試 験 に 成 功 し た 5)。
2.2 多 波 長 ラ マ ン 散 乱 ラ イ ダ ー
新たに開発したライダーの１台は，予算等の制約のために多波長ラマン散乱ライダーとした。測定 す る パ ラ メ ー タ は HSRL 同 様 ，1064nm の 後 方 散乱 ， 532nm と 355nm の 消 散 係 数 ， 後 方 散 乱 係 数 ，偏 光 解 消 度 ， 355nm の 水 蒸 気 ラ マ ン 散 乱 で あ る がラマン散乱の測定は夜間に限られる。この多波長ラマン散乱ライダーはチリ南部のプンタアレナスに あ る マ ゼ ラ ン 大 学 に 設 置 し た 6)。
HSRL お よ び ラ マ ン 散 乱 ラ イ ダ ー の ミ ー 散 乱 お
よび偏光チャンネルについては昼夜連続して観測を行っている。
3. ネ ッ ト ワ ー ク の 構 築
ラ イ ダ ー の 設 置 場 所 を Table 1 に ，地 図 を Fig. 1に 示 す 7)。
Table 1 SAVER-Net lidar locations 7 )LatitudeLongitude

Bariloche*

41°08'50.24"S71° 9'50.42"W

Aeroparque

34°33'50.51"S58°25'01.50"W

Cdo. Rivadavia

45°47'31.80"S67°27'46.28"W

Neuquén

38°57'07.76"S68°08'12.42"W

Río Gallegos

51°36'42.16"S69°18'25.94"W

Tucumán

26°47'13.81"S65°12'24.81"W

Pta. Arenas*

53°08'03.70"S70°52'48.60"W

Pilar-Córdoba**

31°40'02.72"S63°52'57.32"W

CEILAP**
34°33'20.95"S*Raman lidar, **HSRL

58°30'22.37"W

Fig. 1 Lidar observation sites.
ライダーネットワークからのデータはインターネット経由でデータセンター（現時点では国立環境研）に転送し，ミー散乱と偏光データについて
は AD-Net の 解 析 ア ル ゴ リ ズ ム 8 ) を 用 い て 準 リ ア
ルタイムで処理を行っている。ライダーネットワー ク の 運 用 は ， CEILAP か ら ア ル ゼ ン チ ン 気 象 局に移管され，データセンターもアルゼンチン気象局に構築する計画である。
4. 観 測 研 究 の 進 捗 と 今 後 の 課 題
2017 年 4 月 ま で に 全 て の 地 点 の ラ イ ダ ー の 設 置を終えたが，それまでにも設置を終えたライダーから観測を順次開始しデータを取得した。
2015 年 の チ リ の カ ル ブ コ 火 山 の 噴 火 で は ，ブ エノ ス ア イ レ ス (CEILAP)，コ モ ド ロ リ バ ダ ビ ア ，ネウケンで噴煙を捉えた。アルゼンチン気象局による 降 灰 予 測 モ デ ル Fall3D を 用 い た シ ミ ュ レ ー シ ョンとの比較解析を行っている。
また，コモドロリバダビアやプンタアレナスでは，パタゴニアダストのイベントが何例か観測され，これらについてもアルゼンチン気象局のシミュレーション結果などとの比較解析を進めている。
エアロゾル光学特性についても，プンタアレナ
スの多波長ラマン散乱ライダー，コルドバとCEILAP の HSRL に よ る 観 測 を 進 め て い る 。
SAVER-Net の 対 流 圏 ラ イ ダ ー ネ ッ ト ワ ー ク は
GAW Aerosol Lidar Observation Network (GALION)の 中 南 米 コ ン ポ ー ネ ン ト LALINET (Latin AmericaLidar Network)に 参 加 し て い る 。今 後 ，エ ア ロ ゾ ルの気候学やエアロゾル気候モデルの検証・同化などに貢献できることを期待している。
謝辞

本 研 究 は JST-JICA SATREPS に よ り 実 施 さ れ た 。
参考文献
1) P. Ristori et al.: ILRC26, 2012, Porto Heli, Greece.
2) E. Pawelko et al.: ILRC26, 2012, Porto Heli,Greece.
3) F. Chouza et al.: SPIE Newsroom, Remote Sensing(2013) June.
4) Y. Jin et al.: “Development of a high-spectralresolution lidar for continuous observation ofaerosols in South America,” Proc. of SPIE 9879
(2016) 987912-1.
5) Y. Jin, N. Sugimoto, P. Ristori, T. Nishizawa, L.
Otero, E. Quel: “Measurement method of highspectral resolution lidar with a multimode laser and ascanning Mach–Zehnder interferometer,” Appl. Opt.
56 (2017) 5990.
6) B. Barja et al.: ILRC28, 2017, Bucharest, Romania.
7) P. Ristori et al.: ILRC28, 2017, Bucharest,Romania.
8) A. Shimizu, T. Nishizawa, Y. Jin, S.W. Kim, Z.
Wang, D. Batdorj, N. Sugimoto: “Evolution of a lidar
network for tropospheric aerosol detection in EastAsia,” Optical Engineering, 56(3) (2017) 031219.