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第 11 回成果報告会

2017 年夏季の富士山頂におけるエアロゾルの雲粒特性
小菅愛加里，佐藤光之介，森樹大，三浦和彦（東京理科大学），鴨川仁（東京学芸大学），大河内博（早稲田大学），植松光夫(東京大学)
Fog Monitor と同様に雲凝結核数濃度を測定する．設定し１．はじめに大気中のエアロゾルの一部は雲凝結核となった後，水た過飽和度は 0.1，0.2，0.3，0.4%であり，30 分毎に順に切蒸気が凝結し雲粒となる．そして、雲の反射率や寿命などり替わる．それぞれの過飽和度を標準粒子を用いて補正しに影響を及ぼす．これは雲調整効果と呼ばれ，雲粒の大きた結果，CCNC 内の真の過飽和度は 0.08，0.18，0.31，さや数濃度などによってどの程度冷却するかが変わってく0.40%であった．いずれも測定周期は 1 秒となっており，そる．一般に雲粒が小さく，数濃度が高いと太陽光を反射しれらを 30 分平均した値を用いて解析した．雲凝結核から雲やすくなり，冷却効果が強まる．逆に雲粒が大きく，数濃度粒への成長にかかる時間を考慮するため，Fog Monitor のが低いと降水が起こりやすいため，雲の寿命も短くなり，冷データの 60 分前の CCNC のデータを比較に用いた．これ却効果が弱まる．

は時間差なし，30 分差，60 分差における雲凝結核数濃度

しかし IPCC2013 の報告によれば，エアロゾルによる冷と雲粒数濃度の結果から最も相関の良い時間差をとった．

却効果にはまだ不明確な部分が多く，様々な地域でエアロゾルと雲の相互作用に関する観測を行う必要がある．

３．結果

富士山頂での地上観測から，雲水量が一定なら，雲凝結核数濃度が高いほど，雲粒が小さくなるということがわか

雲イベント判別の結果，2017 年度の雲イベントデータ数は全期間中 230 個であった．ってきた 1)．これは大気中の水蒸気量が一定の時，雲凝結核数濃度が高いと一粒あたりの凝結核が凝結できる水分量が少なくなることで，雲粒が小さくなるからである 1)．このような観測事例を増やすため，本研究においても 2017 年

7 月 30 日の雲粒数濃度 (Ncloud) ，雲水量 (LWC) ，雲粒有効半径 (Reff) を表したグラフを示す (図 2) ．
Ncloud[#/cm3]

雲粒数濃度[#/cm3]

2000

２．解析方法

LWC[g/m3]

Reff[10-6m]

雲粒有効半径[10-6m]
雲水量[g/m3]

度のデータを用いて同様の解析を行った．

下に比較的頻繁に雲イベントが発生した 7 月 25 日から1515001010005500

0017/7/25

観測は 2017 年 7 月 15 日から 8 月 23 日に，富士山頂の17/7/26

17/7/27

17/7/28
17/7/29
日本標準時

17/7/30-517/7/31

図 2 雲イベント時の雲粒数濃度，雲水量，有効半径

富士山特別地域気象観測所で行った．

４．考察
10000

10000

(a)

1000雲粒数濃度[#/cm 3]

R2=0.321000
雲粒数濃度[#/cm3]

図 1 山頂の雲画像の例（左：雲なし，右：雲あり）(b) SS0.18%

SS0.08%R2=0.16

100100観測したデータから砂粒などの雲以外のデータを取り除

101011

LWC<0.03
0.03<LWC<0.30
0.30<LWC

くため，山頂の画像データを用いて雲かどうかを判別した．

た時間帯のみを雲イベントとした(図 1)．しかし，画像データで雲発生を判別できるのは昼間のみであったことから，解析では夜間のデータは用いなかった．観測には DMT 社の Fog Monitor (FM-100) と CCNC (CCN-100) を用いた．
Fog Monitor は大気中から捕集した雲粒にレーザーをあて，その散乱光強度を測定することで，雲粒数濃度，雲水量や雲粒有効半径を求める．CCNC は乾燥後のエアロゾル粒子を設定過飽和度 (SS) 条件下において雲粒活性させ，連絡先：小菅愛加里 (Akari KOSUGE)

(c)

0.1

110CCN1001000

SS0.31%

10000

10000

22R =0.0011

R =0.0025
1000

1000

1001001010110.10.13
1 雲凝結核数濃度[#/cm101001000]0.1(d) SS0.40%
10000

Ncloud[#/cm^3](LWC<0.03)

しているときは全く見えなくなる．このような画像が見つかっ

0.1

0.1

10000

雲粒数濃度[#/cm3]

晴れていれば反対側の火口の稜線が見えるが，雲が発生

1

10100
1000
雲凝結核数濃度[#/cm3]

10000

0.1

0.1

1101001000
雲凝結核数濃度[#/cm3]10000

図 3 (a) SS=0.08% (b) SS=0.18% (c) SS=0.31% (d) SS=0.40%の設定過飽和度と雲粒数濃度の関係

1214040@ed.tus.ac.jp

図 3 に設定過飽和度毎の雲凝結核数濃度と雲粒数濃度を経験した可能性があることを示唆している．また，雲粒活の関係の結果を示す．Ncloud/Nccn=1 に近い部分におい性には過飽和度の他に，エアロゾルの粒径，化学組成などては，CCNC で設定した過飽和度が実大気中の過飽和度の因子が影響するため，各雲イベントにおけるエアロゾルと近い値であったことを表している．雲凝結核数濃度よりも粒子の微物理量が異なっていたことも考えられる．

雲粒数濃度が高い場合には，設定過飽和度が実大気中のが実大気の過飽和度よりも高かったと考えられる．相関係

R2= 0.017

R2= 0.17
雲粒有効半径[10-6m]

数濃度よりも雲粒数濃度が低い場合には，設定過飽和度

SS0.18%SS0.18%

雲粒有効半径[10-6m]過飽和度よりも低かったことが推測される．逆に雲凝結核1515105105数が一番高いことから，富士山頂における大気中の過飽和度は 0.18%前後だと推定された．

0雲粒有効半径[10-6m]

SS0.18%10050100
乾燥臨界粒径[nm]

150

00123
吸湿性パラメータ

45

図 5 乾燥臨界粒径と雲粒有効半径の関係 (左) ，吸湿性パラメータと雲粒有効半径の関係 (右)雲粒活性には粒径の影響が強いことが報告されており
1)，雲粒有効半径においても粒径の影響があるかどうかを明らかにするために，乾燥臨界粒径と雲粒有効半径の関

LWC<0.03
0.03<LWC<0.30
0.30<LWC
Reffcal LWC=0.3
Reffcal LWC=0.03

1110係を，実大気中で 0.18 ％に近い過飽和度を経験したと考
100

雲凝結核数濃度[#/cm3]1000

図 4 雲水量別の雲凝結核数濃度と有効半径の関係

えられる雲イベント時のデータ (0.68 < Ncloud/Nccn < 1.47)を用いて示した (図 5) ．図 5 より，乾燥臨界粒径と雲粒有効半径には関係がみられず，雲凝結核の粒径が雲粒有効半径の支配因子の一つである可能性が低いことがわかっ

大気中の水蒸気量が一定の時，雲凝結核数濃度が高い程，雲粒有効半径が小さくなることを確認するために，過飽和度 0.18%の時における雲凝結核数濃度と，雲粒有効半た．ただし，吸湿性パラメータと雲粒有効半径の関係と比較すると，吸湿性パラメータよりも乾燥臨界粒径のほうが高い可能性があることがわかった.

径の関係を調べた (図 4) ．雲凝結核数濃度が大きいほど雲粒有効半径が小さくなることと，雲粒内の水分量が少なくなるほど雲粒有効半径が小さくなることがわかった．
次に，雲凝結核数濃度に対する雲粒有効半径の値を下の理論式を用いて計算した 2)．

5．まとめ2017 年夏季に富士山頂で雲粒の観測を行った結果，富士山頂における実大気中の過飽和度は 0.18%前後であること，雲凝結核数濃度が大きいほど，雲粒有効半径の小さ4𝜋3𝐿𝑊𝐶 = 𝜌𝑤 𝑁𝑡𝑜𝑡,𝐷𝑝 >100 𝑅𝑒𝑓𝑓
3(1)

(𝐿𝑊Cは雲水量，𝜌𝑤 は水の密度，𝑁𝑡𝑜𝑡,𝐷𝑝>100 は乾燥臨
界粒径が𝐷𝑝 > 100における雲凝結核数濃度，𝑅𝑒𝑓𝑓 は雲粒有効半径を表す．)

い雲が形成されていることがわかった．また，雲水量が少ないほど，雲粒有効半径が小さくなることや同じ雲凝結核数濃度でも，それぞれの空気塊が経験する過飽和度によって雲粒の大きさにばらつきがでること，雲粒有効半径の支配要因の一つが乾燥臨界粒径である可能性が低いこと

図 4 中に雲水量 0.03mg/m の時を点線，雲水量 0.33がわかった．

mg/m の時を実線で示した．この範囲内に相当する雲水量3の時の実測値が含まれており，理論と実測値がおおよそ一

参考文献

致するということが分かった．また，この範囲内でも同じ雲

1)渡辺彩水, 東京理科大学，2014 年度修士論文, 1-37.

凝結核数濃度に対して雲粒の大きさが 5 倍程ばらつくこと

2)S. Henning et al., Size-dependent aerosol activation at theがわかるが，これはそれぞれの空気塊が異なる過飽和度

high-alpine site Jungfraujoch (3580 m asl), Tellus B, 54, 8295, 2002.