3．観測

Optical Particle Counterによる
大気エアロゾルの
粒径分布の研究
交通電子機械工学課程
風間大助
舘野隆志
発表内容
1．
2．
3．
4．
5．
6．
目的
OPCの原理
一般的な粒径分布
観測方法
データ解析
考察及びまとめ
1．目的
エアロゾルは大気汚染物質(SPM)である他、雲
核となって、気候に影響を与えている。エアロゾル
の生成過程を探る上でエアロゾルの粒径分布の
測定は重要である。
光散乱式粒子数計測器(Optical Particle
Counter：OPC)により都市大気のエアロゾルの粒
径分布を通年にわたって観測し、その季節毎の
特徴や、地上気象との関係、及び春季に出現す
る黄砂時の特性について調べた。
2．OPCの原理
･OPCは、光源(白色ランプまたはレーザー）
からの光をエアロゾルを含む試料空気に照射
し、その領域を通過する粒子による散乱光を
光検出器で検出する。
・その信号の大小により粒径を弁別することに
より粒径別の粒子数密度を計測する。
リオンKC-01D仕様
光源半導体レーザー波長： 780nm
光軸交角(θ)： 70°
集光半角(β)： 27°
試料空気量： 0.5 L/min
粒径区分： 0.3μm以上，0.5μm以上，1.0μm以上，2.0μm以上，
5.0μm以上の5段階を測定しおよそ2分毎、つまり、1ﾘｯﾄﾙ中の各
粒径の粒子数を記録する。
なお、今回このデータの差をとることにより、0.3μm以上0.5μm
未満，0.5μm以上1.0μm未満，1.0μm以上2.0μm未満，2.0μm
以上5.0μm未満の4つ粒径範囲に区分して粒子数を示す。そして
便宜上この値を1000で割り1cc当たりの粒子数として利用した。
particle
θ
光源
レーザー光
β
光検出器
３．一般的な粒径分布(都市大気)
図3.1：一般的なエアロゾルの粒子数分布
0.01～10μmの半径範囲で広く分布、0.01μm付近で極大
図3.2：一般的なエアロゾルの体積粒径分布 (dV=dN*4/3πr3)
半径約1μmを境に二山のピークになる
10000
100
10
微
小
粒
子
粗
大
粒
子
d V / d log r (μm3/cm3)
dN/dlogr(/cm3)
1000
エ
ー
ト
ケ
ン
粒
子
1
0.1
0.01
微
小
粒
子
粗
大
粒
子
0.001
0.001
0.01
0.1
1
半径ｒ (μｍ）
図3.1
10
100
0.001
0.01
0.1
1
半径 r (μm)
図3.2
10
100
Jungeの指数分布則
半径r = 0.05～5μmの範囲での粒子数分布は、一般
に次式で表される(Junge, 1965年)。
dN
β
＝cr
dlogr
：cは任意の定数
βの値は、大陸では‐2.5～‐3、海洋上では‐1～‐3程度
の値をとることが知られている。
4．観測
観測場所
･OPCによる測定
本学新2号館9階の窓から(地上約30m)
2分毎（１ﾘｯﾄﾙ毎）に記録
ライダー観測と同期（連続ではない）
･気象データの測定
本学第3実験棟屋上(地上約30m)
毎日5分毎に連続観測
観測期間
･取り扱ったOPCのデータ
1999年(53日)
4
月
7,9
日
(2
日
5月1,2,6,7,12,13,14,17,18,20,21,25,30,31日
(14日)
6月1,25日(2日)
7月7,16,23,26,27,28,29,30,31日(9日)
8月1,2,3,4,5,6日(6日)
10月6,11,12,13,21,26,28,29日(8日)
11月5,9,10,11,19,22,29日(7日)
12月7,8,9,10,11日(5日)
)
2000年(46日)
1月26,28日(2日)
2月1,2,3,7,24,25,26,28日(8日)
3月2,3,7,8,9,10,13,14,22,23,27,28,30,31日
(14日)
4月7,8,9,10,11,12,13,18,22,23,24日(11日)
5月1,2,9,10,24日(5日)
6月6日(1日)
7月24日(1日)
8月1,2,3,4日(4日)
5．データ解析
①
②
③
④
計算内容
Jungeの指数分布則による近似
体積粒径分布での表示
Jungeの指数分布近似におけるβおよびC
の値
⑤ エアロゾル粒径分布と地上気象との関連
⑥ 黄砂時における粒径分布
①
計算内容
• Jungeの指数分布則を用い、最小２乗法により次の
値を求めた。
・d N / d log r (/cm3)
・d V / d log r （μm3/cm3) (体積粒径分布、粒子を
球形と仮定、d V / d log r = d N / d log r＊4/3πr3）
・β
・C（指数分布則の式 c の対数をとった値，C=log c
即ち、10C は1μmの粒子数である。）
・dβ，dC（β，Cの推定誤差）
②
Jungeの指数分布則による近似
d N / d log r の月平均（2000年）
d N / d log r の月平均(1999年)
10000
10000
1999年4月
2000年1月
2000年2月
1999年5月
2000年3月
1999年6月
1000
1999年7月
1000
2000年4月
2000年5月
1999年10月
1999年11月
100
1999年12月
10
2000年6月
d N / d log r (/cm3)
d N / d log r (/cm3)
1999年8月
1
0.1
0.1
1
半径 r (μm)
10
2000年8月
10
1
0.1
2000年7月
100
0.1
1
半径 r (μm)
10
③
体積粒径分布での表示
d V / d log r の月平均(2000年)
d V / d log r の月平均(1999年)
1000
1999年4月
1999年5月
1999年6月
1999年7月
1999年8月
1999年10月
1999年11月
1999年12月
100
10
d V / d log r (μm3/cm3)
d V / d log r (μm3/cm3)
1000
2000年1月
2000年2月
2000年3月
2000年4月
2000年5月
2000年6月
2000年7月
2000年8月
100
10
1
1
0.1
1
半径 r (μm)
10
0.1
1
半径 r (μm)
10
Month
2000年8月
2000年7月
2000年6月
2000年5月
2000年4月
2000年3月
2000年2月
2000年1月
1999年12月
1999年11月
1999年10月
1999年8月
1999年7月
1999年6月
1999年5月
1999年4月
④
Jungeの指数分布近似におけるβ及びCの値
β，Cの月平均値
0
-0.5
-1
-1.5
β -2
-2.5
-3
-3.5
-4
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
-0.2
-0.4
-0.6
-0.8
-1
β
C
C
⑤ エアロゾル粒径分布と地上気象との関連
• エアロゾルの粒径分布と地上の風速及び湿度と
の関係を調べた｡
• 但し、大粒子が卓越する黄砂の日のデータは除
いた。
風速とβの関係
2000年
1999年
-1
-1
-1.5
-1.5
-2
-2
β
β -2.5
-2.5
-3
-3
1999年
-3.5
2000年
-3.5
近似曲線
近似曲線
-4
-4
0
2
4
6
風速 (m/s)
8
10
12
0
2
4
6
風速 (m/s)
8
10
12
湿度とβの関係
1999年
2000年
-1
-1
1999年
2000年
近似曲線
-1.5
-2
-2
β -2.5
β -2.5
-3
-3
-3.5
-3.5
-4
-4
0
20
近似曲線
-1.5
40
60
湿度 (%)
80
100
0
20
40
60
湿度 (%)
80
100
風速とdN/dlogrの関係
0.1936 (平均半径 r
0.3536 (平均半径 r
0.7071 (平均半径 r
1.5811 (平均半径 r
近似曲線 (0.1936)
近似曲線 (0.3536)
近似曲線 (0.7071)
近似曲線 (1.5811)
1999年
10000
)
)
)
)
10000
1000
)
)
)
)
1000
d N / d log r (/cm3)
d N / d log r (/cm3)
0.1936 (平均半径 r
0.3536 (平均半径 r
0.7071 (平均半径 r
1.5811 (平均半径 r
近似曲線 (0.1936)
近似曲線 (0.3536)
近似曲線 (0.7071)
近似曲線 (1.5811)
2000年
100
10
100
10
1
1
0.1
0.1
0
2
4
6
風速 (m/s)
8
10
12
0
2
4
6
風速 (m/s)
8
10
12
湿度とdN/dlogrの関係
0.1936 (平均半径 r
0.3536 (平均半径 r
0.7071 (平均半径 r
1.5811 (平均半径 r
近似曲線 (0.1936)
近似曲線 (0.3536)
近似曲線 (0.7071)
近似曲線 (1.5811)
1999年
10000
)
)
)
)
2000年
10000
1000
)
)
)
)
1000
d N / d log r (/cm3)
d N / dlog r (/cm3)
0.1936 (平均半径 r
0.3536 (平均半径 r
0.7071 (平均半径 r
1.5811 (平均半径 r
近似曲線 (0.1936)
近似曲線 (0.3536)
近似曲線 (0.7071)
近似曲線 (1.5811)
100
10
100
10
1
1
0.1
0.1
0
20
40
60
湿度 (%)
80
100
0
20
40
湿度 (%)
60
80
100
湿度の高い時期の微小粒子数と風速との関係
1999年
10
風速
0.1936
10000
風速
0.1936
10000
2000年
10
9
9
8
8
1000
1000
5
100
4
3
風速　(m/s)
6
d N / d log r (/cm3)
風速　(m/s)
7
6
5
100
4
3
10
10
2
2
1
1
0
1
0 6 12 18 0 6 12 18 0 6 12 18 0 6 12 18
8/1　8/2 8/3 8/4
日付,　時刻
0
1
0
6 12 18 0
8/1
6 12 18 0 6 12 18 0
8/2
8/3
8/4
日付,　時刻
6
d N / d log r (/cm3)
7
⑥ 黄砂時における粒径分布
• 黄砂とは、中国大陸の黄土地帯の砂塵が強風に
より吹き上げられ、しだいに降下して西日本地方
の上空を襲う現象であり、春季に、毎年数回程
度の頻度で出現する。
• 一般的に黄砂発生時の粒子数の変化は、粒子
の大きさに関係なく全粒径範囲で粒子が増加す
る場合と、粗大粒子は増加し、微小粒子は減少
する場合の2つのパターンが知られている。
黄砂時における粒径分布ｰ1
2000年　4月22日，23日，24日
1000000
粒子数 N (/L)
100000
10000
PC03
PC05
PC10
PC20
PC50
1000
100
10
1
12
15
18
4月22日
21
0
3
6
9
12
4月23日
15
18
21
0
3
6
4月24日
9
12
15
黄砂時における粒径分布ｰ2
2000年4月8日，9日，10日
1000000
粒子数 N (/L)
100000
PC03
PC05
PC10
PC20
PC50
10000
1000
100
10
1
0
3
6
9 12 15 18 21 0
3
6
9 12 15 18 21 0
4月8日 4月9日 4月10日
3
6
9 12 15 18
6．考察及びまとめ
・7月,8月及び黄砂発生の時期以外はβの値は平
均的にｰ3になり、Jungeの指数分布則に従った。
・風速が高いと粗大粒子は増加、微小粒子は減少
する。
・風によって海塩粒子の生成、土壌粒子が舞い上がりな
どにより自然起源の粗大粒子は増加。
・一方、希釈効果により微小粒子は減少。
・湿度上昇による粒子数の変化
・海塩粒子などの吸湿性エアロゾルは湿度が上がると膨
潤して成長する傾向がある。湿度上昇に伴うエアロゾ
ルの増加
・黄砂発生時における粒子数変化は、全粒径範囲
で粒子が増加する場合と、粗大粒子は増加する
が、微小粒子は減少する場合の2つのパターンが
見られた。
・人為起源ｴｱﾛｿﾞﾙ（微小粒子）と一緒に運ばれる
・気団の入れ替わり
・黄砂粒子表面への微小粒子の付着

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