[A-AS09] 大気化学

[AAS09-15] 北極海上で観測された氷晶核-バイオエアロゾルの重要性-

*木名瀬 健¹、竹谷 文一¹、宮川 拓真¹、滝川 雅之¹、足立 光司²、當房 豊³、朱 春茂¹、金谷 有剛¹ (1.海洋研究開発機構、2.気象研究所、3.国立極地研究所)

キーワード：エアロゾル、氷晶核、バイオエアロゾル、北極

近年北極域で進む気候変動は全球平均に比べてより加速的で深刻なものとなっており、1971～2017年の間に気温は平均で2.7℃（冬季で3.1℃、夏季で1.8℃）も上昇した（Box et al.、 2019）。その影響は全球にも影響するとされており、北極気候変動過程の詳細解明と正確な将来予測は北極だけでなく全球においても重要な課題である。
北極域気候変動予測の大きな不確定要因の一つが氷雲生成過程である。0～-37℃の温度帯では多くの粒子は過冷却液的として存在する一方、固体粒子が核となることで（氷晶核）氷粒が発生する。北極では比較的低層においても気温が低くなりやすいため、過冷却液滴と氷粒が共存する混合雲が発生しやすい。雲中の水・氷粒のバランスは雲の放射特性やライフサイクルを変化させ気候に対して影響を及ぼすため、北極海上に存在する氷晶核の特定、起源や輸送過程、存在形態（形態・組成）や微物理特性を把握することは重要である。しかし北極域における氷晶核研究はまだ不足しており、特に海上における観測は多くない。そこで、我々のグループでは2022年に北極海上でのエアロゾル観測とサンプリングを実施した。本発表ではそこで観測された氷晶核について個別粒子単位で解析した結果について、その間に観測された各種オンラインデータとともに議論する。
観測は2022年8～9月に海洋地球研究船「みらい」による北極航海(MR22-06C)において行った。オンライン観測では粗大・微小粒子の個数濃度と粒径分布をOPC(KR-12A，Rion)及びSMPS（Nano Scan model 3910，TSI)を用いて観測し、さらに蛍光粒子個数濃度(WIBS-4A，DMT)も観測した。暴露部（コンパスデッキ）では石英繊維フィルターを取り付けた1段式インパクター（自作）をHigh volume air sampler(HV-700F，SIBATA)に設置してのエアロゾルサンプリングと、ポリカーボネートメンブランフィルター(47mm in diameter and 0.2 µm in pore size，Whatman)を使用した氷晶核濃度分析用のエアロゾルサンプリングを、約2日間隔で実施した。さらに3段式インパクター(MPS-3，California Measurements)を使用して電子顕微鏡分析用のグリッド(U1007，EM Japan)にエアロゾルを捕集した（捕集粒径2µm以上、0.3～2µmの試料を解析）。このグリッド上に採取した試料を利用して、気象研究所にて温湿度制御チャンバー（10002L，LINKAM）と光学顕微鏡(Axio imager M2m，Zeiss)を組み合わせたシステムにより、-32℃までに氷を形成する粒子を個別粒子単位で探索した。その後、海洋研究開発機構の走査電子顕微鏡(Quanta 450 FEG，FEI)及びエネルギー分散型X線分光法(EDS;Octane Elite 30、 EDAX)により、個別粒子ごとの形態及び元素組成について分析した。また一部の0.05-0.5µmの試料については透過電子顕微鏡(TECNAI G2 20，FEI)及びEDS(EDAX EDS，EDAX)により個別粒子解析を実施した。
観測期間中、カナダ沖でWIBS-4Aで計測された大気中の蛍光粒子の濃度増大を観測したため、この期間の生物由来粒子の寄与が高くなっていることが示唆された。この時取得した試料を電子顕微鏡で観察した結果、この期間の前後の期間に比べてバイオエアロゾルの個数割合が高くなっていた。この期間の試料中の氷晶核として働く粒子はバイオエアロゾルが占めていることも示された。このことから、粒子濃度が希薄な北極海上においても、バイオエアロゾル粒子が氷晶核として働く粒子の一つとして重要であることが示唆された。後方流跡線解析から陸域の影響が示唆されている一方、河川水の流入による海洋表層水の変化も観測されており、現在は観測されたバイオエアロゾルの起源解析を進めている。本発表では現在までの解析で見えてきた、北極海上に存在するバイオエアロゾルと氷晶核の関連性について紹介する。