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第 11 回成果報告会

富士山頂における新粒子生成の経年変化
五十嵐博己 1，桃井裕広 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25(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．

図 1 個数粒径分布と NPF イベント (四角で囲った範囲)(上図○：同時刻における最大数濃度の粒径を示すモード径)

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 1) 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年から 2017 年にわたる長期的な観測を行い、新粒子生成の経年変化や日変化について考察した．
２．方法
2006 年から 2017 年の夏季 (7～8 月) に、富士山特別地

図 2 富士山の位置 (▲) と後方流跡線解析の基準線(①大陸経由，②太平洋経由，③東シナ海経由，④その他)

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

３．結果と考察(SMPS) の同機種 TSI 3034 を用いた 2011 年から 2017 年の

表 1 に 2011 年から 2017 年までの観測日数に対する全イ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ベント数を示す．また、富士山頂における日の出・日の入時

湿度 30 %以下に乾燥させた粒径 10～487 nm のエアロゾル

刻より日中イベント (5～18 時) と夜間イベント (19～翌 4 時)

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．に分け、それらの回数・割合も同時に示す．この結果より、

本研究では、粒径 25 nm 以下の粒子数濃度が 1 時間以上

2014 年を除いた 2011 年から 2015 年では夜間イベントが約 6増加し成長を伴う現象を NPF イベント (以下、イベント) と定割以上みられ、2016 年と 2017 年では日中イベントが 8 割以義した (図 1)．

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

NPF が 発生し た 時刻を 推定す る た め に 、 成長速度(Growth Rate，GR) を算出した．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くことで算出し、決定係数が 0.6 以上のものを有効な値として用いた．
イベント時に富士山頂に到達した気塊の由来 (図 2) を調
べ る た め に 、 NOAA HYSPLIT 4 model (https://ready.arl.
noaa.gov/HYSPLIT.php) を用いて、後方流跡線解析を行った．

イベントに着目し考察する．
表 1. 2011～2017 年におけるイベント観測頻度
日中：5～18 時、夜間：19～翌 4 時
赤文字は各観測年における高い割合のイベントを示す
Year Sample days

2011
2012
2013
2014
2015
2016
2017
Total

35273223313534
217＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
連絡先：五十嵐 博己 (Hiroki IGARASHI) 1214008@ed.tus.ac.jp

Daytime events
Nighttime events
Total events
Times
Times Fraction [%] Times Fraction [%]3017321726213317620131966.7
76.559.4

1041333.3
23.540.6

1058.8741.2

830.81869.2

173081.090.99252.3

438419.09.147.7

始時刻の頻度を由来別で分けた結果を図 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．また、日中・夜間イベントのエアマス由
来別の結果を見ると、日中・夜間共に大陸を経由した気塊でイベントが多く発生していることが分かった．

The number of events

日中と夜間のイベントの特徴を見るために、イベント観測開

日中のイベントは主に光化学反応により NPF が発生し、夜Time [ Hour ]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
図 3 2011～2017 年イベント観測開始時刻の由来別頻度で夜間にイベントが観測された可能性を考慮し、成長速度した結果 176 回のイベント中 30 回のイベントで有効な値が得られた．GR は 1.7～9.9 nm/h となり、夜間 (3.9±1.2 nm/h) よりも日中 (5.9±2.3 nm/h) の方が約 1.5 倍大きいことがわかった．この 30 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 4)．これより、夜間に発生した NPF の割合は減少したもの

The number of NPF

GR を算出し核生成された時刻と場所を推定した．GR を算出の日中・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

Time [ Hour ]図 4 2011～2017 年 NPF 発生時刻の推定結果ことが示唆された．また、日中と夜間に発生した NPF 毎に、富士山頂イベント観測開始時刻から後方流跡線を用いて新粒子が生成されたと推定される地点まで遡った結果を図 5 に示す．この結果より、GR が算出できるイベントでは、日本の陸地上空で NPF が発生し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 2017 年の全観測期間 217 日中 176 回観測され、日中イベントは 52.3 %(92 回) 、夜間イベントは 47.7 % (84 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

図 5 イベント時の富士山頂から粒径が 1 nm と推定されたがわかり、日中・夜間共に大陸を経由した気塊でイベントが発地点までの後方流跡線生しやすいことが示唆された． また、GR は全 176 回のイベ
ント中 30 回で算出でき、1.7～9.9 nm/h となった．また、夜間よ５．謝辞

り日中の GR の値が約 1.5 倍大きいことがわかった．次に GR

本観測は NPO 法人「富士山測候所を活用する会」が富士を用いて NPF の発生時刻を推定したところ、日中 (80 %) と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夜間 (20 %) の両方で NPF が発生していることが示唆され、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

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(24340017) の助成により行われました．

あることが示唆された．また、発生時刻の推定結果から後方流跡線を用いて遡ったところ、GR が算出できる特定のイベン
トは、日本の陸地上空で発生している可能性が示唆された．

参考文献

1) 五十嵐康人 (2009). 富士山におけるエアロゾル観測とその課題．Earozoru Kenkyu，24, 90-96.