[A-CC25] 雪氷学

[ACC25-P09] HISSGraS, IceCube, BET法で測定された積雪粒子の比表面積の相互比較

*青木 輝夫^1,2、八久保 晶弘³、西村 基志¹、井上 崚²、谷川 朋範⁴ (1.国立極地研究所、2.総合研究大学院大学、3.北見工業大学 環境・エネルギー研究推進センター、4.気象庁 気象研究所)

キーワード：比表面積、積雪粒径、HISSGraS、IceCube、BET法

積雪粒子の比表面積（SSA）は積雪のアルベドを支配し、雪の変質過程を記述する積雪粒径の指標である。比表面積の測定には、光学的手法、X線マイクロトモグラフィー、ガス吸着法（Brunauer-Emmett-Teller: BET）等、様々な手法が提案されている。しかし、これまで携帯型の野外向け高精度測定装置は存在しなかった。そこで我々はHandheld Integrating Sphere Snow Grain Sizer (HISSGraS)を開発した。その基本測定原理は、波長1.3μmのダイオードレーザーで照射した対象雪面からの反射光を積分球を用いて測定するものである。それはIceCube（A2 photonics、フランス）と同じであるが、HISSGraSは雪面やピット断面を直接測定することができる。HISSGraSの重量は1.6 kgで、IceCubeの8 kgよりはるかに軽い。さらに、球形及び非球形積雪粒径形状モデルによる放射伝達モデル計算によって、反射率からSSAへの2種類の変換方法が定式化された。北見工業大学の-20℃の低温実験室において、HISSGraS、IceCube、BET法を用いて、異なったタイプの自然積雪と人工氷粒子の広範囲におけるSSAを測定した。それらのSSA測定を比較した。BET法は、3つの手法の中で原理的に最も高精度である。球形粒子形状モデルを用いたHISSGraSの測定値から計算したSSAは、IceCubeで測定したSSAと広い範囲でよく一致した。これは、両装置が同じ測定原理と同じ球形粒子形状モデルを使っているためである。球形粒子形状モデルを用いたHISSGraSとIceCubeで測定したSSAは、SSA < 60 m² kg^-1の範囲ではBET法による測定値と一致したが、SSA > 60 m² kg^-1ではHISSGraSとIceCubeによるSSAはBET法に比べて過小評価となった。その傾向は、非球形粒子形状モデルを用いたHISSGraSの測定でもほぼ同じであった。この原因は、60 m² kg^-1を超えるSSAの範囲では、波長1.3 µmにおける反射率のSSA依存性が小さくなるためと考えられる。最後に、積雪密度が非常に低い場合にHISSGraSを対象雪面に直接接触させて測定したSSAは、BET測定と比較して過小評価され得ることがわかった。同じ積雪を200 kg m^-3より高い密度に圧縮した場合、両装置の測定値は一致した。これは積雪密度が非常に低い場合、レーザーから射出された多くの光子が積雪粒子によって散乱されるうちに、積分球に戻らずに外部へ逃げてしまうことが原因と考えられる。