研究者に聞く！！
左： 松井一郎／大気圏環境研究領域 遠隔計測研究室主任研究員
中央： 杉本伸夫／大気圏環境研究領域 遠隔計測研究室長
右： 清水 厚／アジア自然共生研究グループ アジア広域大気研究室
1970年代後半から、国立環境研究所ではライダー （レーザーレーダー） の研究が始まり、観測手法の研 究と装置の技術開発を重ねてきました。現在、日本、中 国、韓国、タイ、モンゴルにライダーを設置し、ネットワー ク観測を行っています。今回はこの観測に携わる杉本さ ん、松井さん、清水さんに、ネットワークの目的や成果、 今後の見通しなどについてお聞きしました。
ライダー観測技術の進歩と エアロゾルの動態解明
1： レーザー光でエアロゾルを捉える
Q： まず最初に、研究者になられたいきさつをお聞 かせいただけますか。
杉本： 私は大学で半導体物理を専攻していました。 研究所に入ったのは偶然のようなものですが、レーザーを使った計測という点では似通ったところがありました。レーザーを外に射出して大気を計測するとい うのは、当時の私には思いもよらなかったことで、非常に新鮮な興味を感じました。
松井： 研究所でライダーの研究をしていた清水浩先生が大学時代、私の大学の先生と同じ研究室にいた縁で、大学４年生のときに研究所で卒業研究に取り組みました。偶然、ライダー研究で人手を必要としていたため、そのまま研究所に残ることにしました。
清水： 高校生のときに『資源物理学入門』（槌田敦著、 NHK出版）という本に出会い、物事の捉え方、考え方について強い衝撃を受けました。大学で地球物理学を志したのもこの本の内容に近い部分があると思ったからで、その後大学院から研究所へと進むまで、ずっ と影響を受けていると感じています。
Q： ところで、皆さんの研究ではライダーという装置を使用されていますが、これはどのような原理の装置なのですか。
杉本： ライダーはレーザー光を用いたレーダー装置 で、レーザーレーダーとも呼ばれています。レーザー 光を上空に向けて射出し、空気の分子や空気中に浮遊する微小粒子（エアロゾル）などに当たり散乱されて戻ってくる光の信号を受けます（図１）。
■図1 ライダーの測定原理
Q： エアロゾルの高さ分布が測れるのですね。
杉本： そうです。非常に短い時間に強力なレーザー光を射出し、散乱の時間応答を測定します。散乱体（エアロゾル）までの距離に応じて応答時間が違いますので、時間応答の波形を解析することで、どの高さにどれだけの散乱体があるのかがわかります。
Q： 粒子の大きさや形もわかるのですか。
杉本： ２つ以上のレーザーの波長を使ったり、偏光を利用することで、粒子の大きさや形状の推定が可能になります。エアロゾルの散乱は粒径が光の波長よりも大きい場合に強いので、ライダーでは主にサブミクロン（ 0.1μm 〜1μm）の粒径のエアロゾルを測定しています。現在使っているライダーでは、偏光特性を 利用して硝酸塩や硫酸塩など大気汚染性の球形のエアロゾルと非球形の黄砂を分離し、それぞれの高度分布を求めることができます。
ライダーによるエアロゾル観測
国立環境研究所でライダー研究が始まった当初、主な観測ターゲットは大気汚染エアロゾルと大気境界層（地上付近で空気がよく混合する層）の高度など大気汚染に関係する大気の構造でした。現在は、黄砂や長距離輸送される各種のエアロゾルの動態を連続観測により捉えることが主な目的です。エアロゾルの連続観測が始まったのは1996年のことで、科学技術庁の地球温暖化に関する研究プロジェクトに参画し対流圏（高度0〜約15kmの大気）中のエアロゾルを長期連続観測することでその分布と動態を把握したことがきっかけでした。エアロゾルには硫酸塩エアロゾルや硝酸塩エアロゾル、黄砂のような鉱物性エアロゾル、有機炭素性エアロゾルなどがありますが、２つの工夫で、黄砂とそれ以外のエアロゾルの判別と粒子のサイズの判定を行っています。
１つ目の工夫は、波長が532nm の緑色レーザーと 1064nm の赤外線の2波長のレーザーを用いてライダー測定を行うことです。これによって粒子の大きさを判別することが可能になりました。
２つ目の工夫は、エアロゾルで散乱された光の偏光の変化 （偏光解消度）を測定することです。送信されるレーザー光は直線偏光しています。丸い粒子に当たって散乱したときは偏光が保存されて戻ってくるのに対し、黄砂のように非球形の粒子で散乱すると偏光が乱され偏光の垂直成分が表れて戻ってきます。偏光解消度とは偏光の水平成分に対する垂直成分の割合のことで、これを測定することで、粒子が球形のエアロゾルか黄砂のように角張っているかがはっきり見分けられます。ライダーネットワークのライダーでは、532nm の緑色レーザー光で偏光解消度を測定しています。