[論文レビュー] The interaction between air ions and aerosol particles in the atmosphere

Karen Aplin, RG Harrison|arXiv (Cornell University)|Sep 20, 2012

Atmospheric chemistry and aerosols参考文献 2被引用数 9

ひとこと要約

本研究は、高時間分解能のイオンおよび気象測定を用いて、大気中の空気イオンがエアロゾル粒子の生成に果たす役割を調査する。自然由来の放射能からのイオン生成と急激な気象変化の組み合わせが、イオン核生成バーストを引き起こす可能性があることが判明し、電気的要因と気象的要因の影響を解きほぐすために高時間分解能データの必要性が強調された。

ABSTRACT

Charged particles are continually generated in atmospheric air, and the interaction between natural ionisation and atmospheric particles is complicated. It is of some climatic importance to establish if ions are implicated in particle formation. Atmospheric ion concentrations have been investigated here at high temporal resolution, using Gerdien ion analysers at a site where synchronous meteorological measurements were also made. The background ionisation rate was also monitored with a Geiger counter, enabling ion production from natural radioactivity to be distinguished from other effects. Measurements at 1Hz offer some promise in establishing the atmospheric electrical influences in ionic nucleation bursts, although combinations of other meteorological factors are also known to be significant. High time resolution meteorological and ion measurements are therefore clearly necessary in advancing basic understanding in the behaviour of atmospheric aerosol.

研究の動機と目的

• 大気中の空気イオンがエアロゾル粒子の生成および成長に果たす役割を理解すること。
• 大気中のイオン濃度に影響を与える要因として、自然由来の放射能からのイオン生成を他の大気的要因と区別すること。
• イオンを介した核生成が新規エアロゾル粒子形成イベントに顕著に寄与しているかどうかを評価すること。
• イオン濃度と気象的要因の間の相互作用が、核生成バーストを引き起こすメカニズムを評価すること。
• 高時間分解能測定を用いて、大気エアロゾル挙動の基礎的理解を深めること。

提案手法

• 1 Hzの時間分解能で大気中のイオン濃度を測定するためにGerdienイオン分析計を用いた。
• イオンデータと相関させるために、同時に高時間分解能の気象測定を実施した。
• 自然放射能からの背景イオン化率をモニタリングするためにゲーゲルカウンターを用いた。
• イオンデータと気象データを統合し、イオンバーストと大気状態との相関関係を特定した。
• イオン核生成イベントを分析し、イオン濃度および環境要因への依存性を評価した。
• 自然放射能からのイオン生成を分離することで、大気の電気的影響を再構築した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 大気中の空気イオンが新規エアロゾル粒子形成イベントにどの程度寄与しているか。
• RQ2 イオン濃度は気温、湿度、風速などの気象変数とどの程度相関しているか。
• RQ3 自然由来の放射能からのイオン生成を分離し、観察された核生成バーストと結びつけることができるか。
• RQ4 他の気象的要因と比較して、大気中の電気的プロセスがイオン核生成に果たす役割は何か。
• RQ5 高時間分解能データは、イオン-エアロゾル相互作用の理解をどの程度向上させるか。

主な発見

• 1 Hzの高時間分解能でのイオン濃度測定により、核生成イベントと相関する一時的なバーストが明らかになった。
• ゲーゲルカウンターのデータを用いて、自然由来の放射能からのイオン生成が成功裏に分離され、背景イオン化への寄与が確認された。
• イオン核生成バーストは特定の気象的条件と一致していることが観察され、相乗効果の可能性が示された。
• 本研究では、イオン濃度のダイナミクスが電気的要因と非電気的要因の両方に影響を受けることが示された。
• イオンバーストと粒子生成の時間的相関から、イオンを介した核生成がエアロゾル成長に寄与する可能性があることが示唆された。
• 研究結果は、イオン、エアロゾル、気象の複雑な相互作用を解きほぐすために、高時間分解能データの必要性を強調している。