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エーロゾルの観測

エーロゾルとは

エーロゾルは大気中に浮遊するちりなどの微粒子のことです。大きさは半径0.001マイクロメートル程度から10マイクロメートル程度で、その種類には、人為起源あるいは自然起源のガスから粒子変換で生成される硫酸(塩)、風によって巻き上げられる海塩やダスト(黄砂)、化石燃料やバイオマスの燃焼から放出されるすす(黒色炭素及び有機炭素)などがあります。
エーロゾルは、太陽放射を散乱・吸収して地上に到達する日射量を減少させ、気温を低下させる「日傘効果」を持つ一方で、地球からの赤外放射を吸収・再放射するという「温室効果」も持っています。さらに、これら直接効果のほかに、雲粒の核となる微粒子(雲核)として雲の性状(雲粒の数や粒径分布、滞留時間)を変化させることによって、間接的に地球の放射収支を変えるという効果も持っています。このようなエーロゾルが気候へ与える影響を評価するために、その組成分布、粒径分布、空間・時間分布などを把握することが必要とされています。 (1マイクロメートルは1ミリメートルの千分の1の長さ)



エーロゾルの観測

気象庁では、スカイラジオメーターや気象衛星、精密日射放射観測装置を用いてエーロゾルの観測を実施しています。 経年変化や季節変化を捉えると同時に、また、黄砂や森林火災、火山噴火に由来すると考えられるエーロゾル等の顕著なエーロゾルの増加も観測しています。


スカイラジオメーター

スカイラジオメーターの写真 札幌(北海道)、石垣島(沖縄県)、南鳥島(東京都)の3地点でスカイラジオメーターによる観測を行っています。スカイラジオメーターは、大気による吸収が少ない複数の波長の太陽直達光と散乱光の強さを測定することで、エーロゾル光学的厚さ(エーロゾルによる大気の濁り具合)や粒径分布、一次散乱アルベド(エーロゾルが光を散乱(吸収)させる効果の指標)を観測することができます。粒径分布や一次散乱アルベドはエーロゾルの種類を推定する手がかりとなります。

スカイラジオメーターの参考文献
Nakajima, T, G. Tonna, R. Rao, P. Boi, Y. Kaufman and B. Holben, 1996: Use of sky brightness measurements from ground for remote sensing of particulate polydispersions, Appl. Opt., 35, 2672-2686.
青木一真, 2008: 大気放射観測から見るエアロゾル. 気象研究ノート, 第218号, 81-93.

精密日射放射観測装置

精密日射放射観測装置の写真 札幌(北海道)、館野(茨城県)、福岡(福岡県)、石垣島(沖縄県)、南鳥島(東京都)の5地点で精密日射放射観測装置に搭載された直達日射計(左図の赤点線)を用いて直達日射の観測を行っています。直達日射とは、大気中で吸収または散乱、反射されることなく、太陽から直接地表に達する日射のことです。直達日射から算出される大気混濁係数は、大気中のエーロゾル、オゾン、水蒸気などによる日射の減衰を表す指標となり、係数が大きいほど減衰が大きいことを示します。


左図の赤点線で囲んだ装置が直達日射計

気象衛星

静止気象衛星「ひまわり」を用いて、エーロゾル光学的厚さの分布を観測しています。地表面からの反射光やエーロゾルからの散乱光等の衛星観測データから、エーロゾル光学的厚さを算出しています。

衛星による黄砂の観測事例
気象衛星の観測データを解析することで、黄砂の分布状況を観測することができます。
下の図は、静止気象衛星「ひまわり」で、2006年4月8日と9日に黄砂を観測した結果です。4月8日に、ボッ海から日本海西部の広い範囲にある黄砂が、翌9日には太平洋へ抜けていったことが分かります。

気象衛星による黄砂の観測結果
気象衛星による黄砂の観測結果の例(2006年4月)
静止気象衛星「ひまわり」の観測データから算出したエーロゾル光学的厚さ


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