第 12 回成果報告会(2019/3/17)

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富士山頂における新粒子生成の特徴と傾向
五十嵐博己 1，佐藤丈徳 1，森樹大 1，三浦和彦 1，岩本洋子 2，和田龍一 3，加藤俊吾 4，大河内博 5
1.東京理科大学， 2.広島大学， 3.帝京科学大学， 4.首都大学東京， 5.早稲田大学
１．はじめに大気中において，前駆ガスが化学反応することにより核生成を起こし，それに引き続き凝結成長することで微小粒子(粒径が数 nm～数十 nm) が生成する過程を新粒子生成(New Particle Formation; NPF) という．NPF で生成された粒子は，太陽光を直接散乱・吸収し直接効果を及ぼす．さらに，生成された粒子の一部が成長・変質し雲凝結核としての能力を持つことで，雲の放射特性にも影響を与える．以上のことから，
NPF はエアロゾルによる気候影響を評価する上で重要な意味を持つ．しかし，新粒子生成やその後の成長のメカニズムは複雑で十分に理解されていないのが現状である．
そこで，本研究では富士山頂において自由対流圏や大気境界層上部を定点観測出来る他，アジア大陸などからの越境大気汚染を観測することが出来るという利点を活かし，2006 図 1. 個数粒径分布と NPF イベント (四角で囲った範囲)
年から 2018 年にわたる長期的な観測を行い，新粒子生成の 上図○はモード径 (同時刻における最大数濃度粒径) を示す
経年変化や日変化について考察した．
２．方法
2006 年から 2018 年の夏季 (7～8 月) に，富士山特別地域気象観測所 (35.360°N, 138.727°E, 3776 m a.s.l.) で大気観測を 行っ た ．本要旨で は ， 走査型移動度粒径測定器(SMPS) の TSI 3034 を 用い た 2011 年から 2017 年とDMA3081+CPC3775 を用いた 2018 年の観測結果に着目す
る．解析には，拡散ドライヤーにより相対湿度 30%以下に乾燥させた粒径 10～487 nm, 14～673 nm (2018 年のみ) のエアロゾル粒子の個数粒径分布を 3 分毎に連続測定したものを用いた．本研究では，粒径 25 nm 以下の粒子数濃度が 1 時間以上増加し成長を伴う現象を NPF イベント (以下，イベント) と定義した (図 1)．
NPF が発生した時刻の推定とイベント毎の特徴を調べるた
めに，成長速度(Growth Rate，GR) を算出した(図 2)．GR はイベント時の 25 nm 以下のモード径の経時変化のグラフに回帰直線を引きその傾きにより算出し，決定係数が 0.6 以上のものを有効な値として用いた．
イ ベ ン ト 時 の 気 塊 の 由 来 を 調 べ る た め に ， NOAAHYSPLIT 4 model を用いた後方流跡線解析を行った．
また，イベントの特徴を見るために M. I. García ら 1) の分類表を改訂した表 1 を用いて分類を行った．分類は主に Class
Ⅰ，Ⅱ，Ⅲとあり，それぞれ成長を 4 時間以上，2～4 時間，1～2 時間経験するものである．その中で，成長率などのパラメータを算出できるものを a，出来ないものを b とした．

図 2. 成長速度の算出の一例 (上図●はモード径を示す)
表 1．イベント分類表 (M. I. García et al, 20141) 改訂)＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
連絡先：五十嵐博己 (Hiroki IGARASHI) 1218507@ed.tus.ac.jp

３．結果と考察
2011 年から 2018 年までの観測日数に対する全イベント数を富士山頂における日の出・日の入時刻により，日中イベント(5～18 時) と夜間イベント (19～翌 4 時) に分け，それらの回数・割合を調べた．この結果より，2014 年を除いた 2011 年
から 2015 年では夜間イベントが約 6 割以上みられ，2016 年
から 2018 年では日中イベントが約 8 割以上あることが分かった．次に，年毎に違いが現れる日中・夜間イベントに着目し考察する．
日中と夜間イベントの観測開始時刻の頻度分布を図3 に示す．図3 から，日中イベントは 8 時，夜間イベントは 20～21 時にピークを持つことがわかった．
イベントをクラス毎に判別した結果，ClassⅠが一番多い結果となった (図 4)．主に日中イベントは ClassⅠ，夜間イベントは ClassⅡがそれぞれ多い結果となった．また，2013 年から2018 年に掛けて ClassⅢが多くなっている傾向が見られ，微小粒子が長時間成長しづらい環境になってきていることが示唆された．それは，凝結に必要となる前駆ガスの減少などが考えられる．
日中のイベントは主に光化学反応により NPF が発生し，夜間のイベントは光化学反応以外のプロセスで NPF が起こると考えられる．そこで，日中に生成された粒子が輸送されることで夜間にイベントが観測された可能性を考慮し，成長速度
GR を算出し核生成された時刻を推定した．GR を算出した結果 195 回のイベント中 40 回のイベントで有効な値が得られた．
GR は 1.7～14.7 nm/h となり，夜間 (Median 4.6 nm/h) よりも日中 (Median 6.0 nm/h) の方が約 1.3 倍大きいことがわかった．この 40 回のイベントについて，核生成が起こったとされる粒径が 1 nm の時刻 (NPF が発生した時刻) を推定した (図5)．これより，夜間に発生した NPF の割合は減少したものの日中・夜間ともに NPF の発生が示唆され，光化学反応とは別に日射が影響しない暗反応による新粒子生成も起きていることが示唆された．
４．まとめ
富士山頂における全イベントは，2011 年から 2018 年の全観測期間 256 日中 195 回観測された．日中は 8 時，夜間は20～21 時にイベント観測数のピークを持つことがわかった．
またクラス分類を行った結果，ClassⅠが一番多く，日中イベントでは ClassⅠ，夜間イベントでは ClassⅡがそれぞれ多い
結果となった．
GR は全 195 回のイベント中 40 回で有効な値を示し，1.7～14.7 nm/h となった．また，夜間より日中の GR の値が約 1.3倍大きいことがわかった．GR を用いた NPF 発生時刻の推定を行ったところ，日中 (80 %) と夜間 (20 %) の両方で NPFが発生していることが示唆された．この結果から光化学反応と暗反応の両方で NPF が発生している可能性があることが示
唆された．

図 3. 2011～2018 年イベント観測開始時刻の頻度分布

図 4. 2011～2018 年のイベント分類結果

図 5. 2011～2018 年 NPF 発生時刻の推定結果(上図：GR が算出できたイベントの時刻別発生頻度と GR)(下図：GR から逆算した NPF 発生時刻の推定結果)
５．謝辞
本観測は認定 NPO 法人「富士山測候所を活用する会」が富士山頂の測候所施設の一部を気象庁から借用管理運営している期間に行われました．本研究の一部は科研費基盤研
究 C (24340017) の助成により行われました．
参考文献
1) García, M. I., Rodríguez, S., González, Y., García, R. D.
(2014). Climatology of new particle formation at Izaña
mountain GAW observatory in the subtropical North Atlantic.
Atmos. Chem. Phys., 14, 3865-3881.