エーロゾルの光学的特性と放射効果

エーロゾル粒子が光を散乱・吸収する仕組み、およびそれが地球の放射収支に及ぼす直接的・間接的な影響。

Definition

エーロゾルの光学的特性とは、粒子が放射とどのように相互作用するかを記述するものであり、エーロゾルの放射効果とは、大気中の太陽および地球からのエネルギーの流れに対する結果として生じる摂動を指す。

Scope

エーロゾルに適用されるミー散乱理論、散乱・吸収効率と単一散乱アルベド、エーロゾル光学厚さ、散乱・吸収粒子による直接放射効果、ブラックカーボンの役割、および雲を介した間接効果を網羅する。

Core questions

• 粒子のサイズと組成は、散乱と吸収をどのように決定するのか？
• エーロゾル光学厚さとは何か、またどのように測定されるのか？
• エーロゾルは、直接的および雲を介して間接的に気候にどのように影響を与えるのか？

Key theories

ミー散乱理論

球形粒子による光散乱の厳密解であり、粒子のサイズと屈折率をその散乱および吸収効率に関連付ける。

エーロゾル放射強制力

散乱エーロゾルは惑星アルベドを上昇させて冷却効果をもたらし、吸収エーロゾルは大気を温暖化させ、エーロゾルの雲への影響はさらに不確実性の高い強制力を加える。

Mechanisms

粒子のサイズが光の波長に匹敵する場合、散乱と吸収はミー理論によって記述され、サイズパラメータと複素屈折率に依存する効率が得られる。単一散乱アルベドは、散乱による冷却と吸収による温暖化のバランスを決定する。鉛直方向に積分された消散は、エーロゾル光学厚さを与える。直接効果は放射収支を即座に変化させるが、間接効果はエーロゾルが雲の液滴数、明るさ、寿命を変化させることによって生じる。

Clinical relevance

エーロゾルの光学的特性は、視程、衛星からのエーロゾル負荷の推定、および気候予測における不確実性の主要な原因であるエーロゾル気候強制力の大きさを支配する。

History

グスタフ・ミーによる1908年の球体による散乱の解は光学的基礎を提供し、1990年代以降、IPCC評価で気候収支に対するエーロゾルの重要性が認識されるにつれて、エーロゾル放射強制力の定量化が主要な取り組みとなった。

Key figures

• Gustav Mie
• Craig Bohren

Seminal works

• bohrenHuffman1983
• boucher2013

Frequently asked questions

エーロゾル光学厚さとは何ですか？

エーロゾル光学厚さとは、鉛直方向の柱状大気中のエーロゾルが散乱と吸収によって光をどれだけ減衰させるかの尺度であり、値が高いほど、よりかすんで粒子を多く含んだ大気を意味します。