- 近藤 豊、小池 真, 2024: 雲の物理とエアロゾル — 物理と化学の基礎から学ぶ。東京大学出版会, 272 pp. ISBN 978-4-13-062731-3.
2024年4月新刊、A5判 横書き ペーパーバック。
付録として、「各章の発展解説 (数式の導出、物理・化学過程の詳細説明、図表、カラーマップ)、参考書籍、引用文献」をあわせたPDFファイルがあり、出版者サイトの本書のページからリンクされて、著者の近藤さんが名誉教授となっている国立極地研究所のリポジトリに置かれている。
まだよく読んでいないが、部分を授業で参照することがあるので、目次を書きぬいた段階で読書メモを出しておく。
折りかえしのあとに目次をつける。
===== 目次 =====
まえがき
– 謝辞
目次
== 第1部 エアロゾルの力学 ==
第1章 雲とエアロゾルの重要性と特性
– 1.1 気候システムにおける役割
– 1.2 健康・生態系への影響
– 1.3 エアロゾルの分類と特性
– – 1.3.1 エアロゾルの化学組成と濃度
– – 1.3.2 エアロゾルの起源
– – 1.3.3 エアロゾルの大きさ
– – 1.3.4 エアロゾルの動力学
– – 1.3.5 混合状態
– – 1.3.6 除去過程と大気中での寿命 (滞在時間)
– 1.4 エアロゾル – 気候モデル
第2章 大気の組成と構造
– 2.1 大気の組成
– 2.2 温度構造
– 2.3 気体の状態方程式
– – 2.3.1 空気の状態方程式
– 2.4 水蒸気
– 2.5 気圧の高度分布
– 2.6 大気化学反応
– – 2.6.1 二体反応の気相反応速度
– – 2.6.2 ラジカルによる連鎖反応
第3章 熱力学の第一法則と大気への応用
– 3.1 熱力学の第一法則
– – 3.1.1 熱力学的な系
– – 3.1.2 エネルギーの保存則
– – 3.1.3 エンタルピー
– 3.2 乾燥大気の温度の高度変化
– – 3.2.1 空気塊の熱力学的な関係式
– – 3.2.2 乾燥断熱減率
– – 3.2.3 乾燥大気の静的安定性
第4章 気体とエアロゾルの拡散
– 4.1 気体の特性
– – 4.1.1 気体分子間の距離
– – 4.1.2 平均自由行程
– – 4.1.3 面近傍での気体分子のフラックス
– 4.2 気体成分の拡散
– – 4.2.1 拡散係数
– 4.3 流体の粘性
– – 4.3.1 流体粒子
– – 4.3.2 応力
– – 4.3.3 粘性
– – 4.3.4 運動量の輸送とせん断応力
– – 4.3.5 固体表面上での流体の速度
– 4.4 粘性流体の力学
– – 4.4.1 流体粒子に働く力
– – 4.4.2 実流体の運動方程式
– – 4.4.3 レイノルズ数
– 4.5 エアロゾル粒子に働く力
– – 4.5.1 低レイノルズ数の流れ
– – 4.5.2 滑り補正
– 4.6 終端落下速度
– 4.7 エアロゾル粒子のブラウン運動
– 4.8 ブラウン運動による粒子の拡散
第5章 エアロゾルの粒径分布
– 5.1 粒径分布関数
– – 5.1.1 等価粒径
– – 5.1.2 粒径分布の定義
– 5.2 数・面積・体積の粒径分布
– – 5.2.1 独立変数
– 5.3 平均直径
– 5.4 粒径分布関数の値
– – 5.4.1 正規分布関数
– – 5.4.2 対数正規分布関数
– 5.5 粒径分布のモーメント
== 第2部 エアロゾルの物理と化学 ==
第6章 鉱物ダスト・海塩粒子・生物起源粒子
– 6.1 自然起源のエアロゾルと大気境界層
– – 6.1.1 大気境界層の構造
– – 6.1.2 乱流とレイノルズ応力
– – 6.1.3 風の応力と摩擦速度
– 6.2 鉱物ダスト
– – 6.2.1 ダストの組成と物理・化学特性
– – 6.2.2 ダストの発生機構
– – 6.2.3 ダストの発生フラックスと空間分布
– 6.3 海洋性エアロゾル
– – 6.3.1 海塩粒子と海水飛沫
– – 6.3.2 生成過程
– – 6.3.3 粒子のフラックス
– – 6.3.4 海塩粒子・海水飛沫の化学組成
– 6.4 生物起源エアロゾル
第7章 エアロゾルの熱力学
– 7.1 熱力学第二法則
– – 7.1.1 エントロピー
– – 7.1.2 ギブズエネルギー
– 7.2 化学ポテンシャル
– 7.3 多成分系の相平衡
– 7.4 1成分系の相平衡
– 7.5 気体の化学ポテンシャル
– 7.6 化学平衡
– – 7.6.1 気相反応の平衡
– – 7.6.2 H2SO4 – NH3 – HNO3 からなるエアロゾル系への応用
– 7.7 溶液の化学ポテンシャル
– 7.8 ラウールの法則とヘンリーの法則
– – 7.8.1 ラウールの法則
– – 7.8.2 ヘンリーの法則
– – 7.8.3 2成分系
– 7.9 非理想溶液
– 7.10 電解質溶液
– 7.11 純粋な固体成分
– 7.12 平衡定数
– 7.13 エアロゾルの吸湿特性
– 7.14 無機エアロゾルの化学組成
– – 7.14.1 H2SO4 – H2O よりなる系
– – 7.14.2 H2SO4 – NH3 – H2O よりなる系
– – 7.14.3 NH3 – NHO3 – H2O よりなる系
– – 7.14.4 H2SO4 – HNO3 – NH3 – H2O よりなる系
第8章 凝縮・凝集による粒子成長
– 8.1 凝縮によるエアロゾルの成長
– – 8.1.1 粒子表面への蒸気のフラックス
– – 8.1.2 粒子の成長速度
– 8.2 凝集によるエアロゾルの成長
– – 8.2.1 ブラウン凝集
– – 8.2.2 凝集率と核
– 8.3 エアロゾル粒径分布関数の時間変化
第9章 粒子の核生成
– 9.1 1成分系の均一核生成
– – 9.1.1 化学ポテンシャル
– – 9.1.2 界面エネルギー
– – 9.1.3 曲率効果
– – 9.1.4 核生成率
– 9.2 2成分系の均一核生成
– 9.3 イオンにより誘導される核生成
– 9.4 3成分系の均一核生成
– 9.5 新粒子生成
第10章 エアロゾルの化学
– 10.1 硫酸エアロゾル
– – 10.1.1 海洋中での硫黄前駆気体の生成と酸化
– – 10.1.2 人為起源のSO2
– – 10.1.3 気相のSO2酸化過程
– – 10.1.4 液相でのSO2の酸化過程
– – 10.1.5 気体の雲粒子への吸収
– – 10.1.6 溶液中でのイオン平衡と pH
– – 10.1.7 溶液中での S(IV) の S(VI) への酸化
– – 10.1.8 S(IV) の酸化過程の比較
– – 10.1.9 水溶液中での反応の寄与
– 10.2 硝酸エアロゾル
– 10.3 二次有機エアロゾル [SOA]
– – 10.3.1 気相反応による SOA の生成
– – 10.3.2 液相反応による SOA の生成
– 10.4 大気中への VOC [気相の有機化合物] の放出
– – 10.4.1 BVOC [生物起源VOC]
– – 10.4.2 AVOC [人為起源VOC]
– 10.5 VOC の気相での酸化による SOA の生成の概略
– – 10.5.1 VOC の反応時定数
– – 10.5.2 VOC の蒸気圧変化
– – 10.5.3 VOC と粒子相との平衡
– 10.6 気相での VOC の酸化過程の詳細
– – 10.6.1 分岐点 1: 酸化剤による初段の酸化
– – 10.6.2 分岐点 2: RO2 の反応
– – 10.6.3 分岐点 3: RO ラジカルの反応
– – 10.6.4 気相反応による SOA の生成
– 10.7 雲粒子・エアロゾル粒子中での SOA の生成
– – 10.7.1 液相中の OH の生成源
– – 10.7.2 雲水中での SOA 生成
– – 10.7.3 エアロゾル中での SOA 生成
– 10.8 SOA の生成に重要な VOC
– – 10.8.1 BSOA [生物起源SOA]
– – 10.8.2 ASOA [人為起源SOA]
– 10.9 POA [一次有機エアロゾル] と SOA
– 10.10 光吸収性エアロゾル
– – 10.10.1 ブラックカーボン (Black carbon: BC)
– – 10.10.2 酸化鉄粒子
– – 10.10.3 ブラウンカーボン (BrC)
== 第3部 雲の物理 ==
第11章 雲と降水の形成
– 11.1 湿潤大気の垂直運動と雲の生成
– – 11.1.1 水の相変化
– – 11.1.2 雲の生成
– – 11.1.3 エントレインメント
– 11.2 雲の生成機構
– 11.3 雲の分類
– 11.4 降水を伴う雲のシステム
– 11.5 雲と降水の微物理過程
– – 11.5.1 水雲
– – 11.5.2 氷雲
第12章 水雲粒子の核生成
– 12.1 水滴の均一核生成
– 12.2 水滴の不均一核生成: ケーラー理論
– – 12.2.1 曲率効果
– – 12.2.2 溶質効果
– – 12.2.3 2つの効果を統合したケーラー曲線
– – 12.2.4 エアロゾルの臨界半径と臨界飽和比
– 12.3 ケーラー曲線による液滴の挙動の解釈
– – 12.3.1 環境中の液滴の挙動
– – 12.3.2 水雲粒子の生成過程
– 12.4 雲凝結核と雲粒子の数濃度との対応
– 12.5 κケーラー理論
– 12.6 雲凝結核の全球分布
第13章 水雲粒子の成長と降水粒子の生成
– 13.1 単一の水雲粒子の凝結成長
– 13.2 潜熱放出を考慮した単一の水滴の凝結成長
– – 13.2.1 熱フラックスと熱伝導方程式
– – 13.2.2 潜熱効果を考慮した凝結成長
– 13.3 雲微物理量
– 13.4 水雲粒子の凝結成長
– 13.5 雲微物理量の鉛直構造
– – 13.5.1 雲微物理量の共通的な特徴
– – 13.5.2 エアロゾル数密度 (Na) 依存性
– – 13.5.3 上昇流速度 (w) 依存性
– 13.6 最大過飽和度と雲粒子数濃度の解析的表現
– 13.7 水滴の落下速度
– 13.8 水雲粒子の衝突併合効率
– – 13.8.1 衝突と併合の過程
– – 13.8.2 衝突効率
– 13.9 確率的衝突併合方程式 (SCE)
– 13.10 衝突併合による水雲粒子の成長と降水粒子の生成
– – 13.10.1 SCE による降水粒子生成の計算例
– – 13.10.2 雲粒子成長の確率的解釈
– 13.11 積雲での降水粒子の生成
– – 13.11.1 乱流の効果
– – 13.11.2 雲内の核形成の効果
– 13.12 降水粒子の分類
第14章 氷雲粒子の核形成
– 14.1 氷結晶の構造
– 14.2 古典的な核生成理論
– 14.3 過冷却水中の氷晶の均一核生成
– – 14.3.1 ギブズエネルギーの変化
– – 14.3.2 臨界核半径とエネルギー障壁
– – 14.3.3 核生成率
– 14.4 過冷却水中の固体基板上での氷晶の不均一核生成
– – 14.4.1 平面基板上での氷晶の界面エネルギーと接触角
– – 14.4.2 ギブズエネルギーの変化
– – 14.4.3 エネルギー障壁の低下
– – 14.4.4 臨界核の曲率半径
– – 14.4.5 基板の形状の効果
– – 14.4.6 球形固体粒子上での氷晶の不均一核生成
– – 14.4.7 核生生成率
– 14.5 昇華核生成
– – 14.5.1 核生成率
– – 14.5.2 昇華核生成と浸水凍結の差
– 14.6 氷晶生成のモード
– 14.7 氷晶核
– – 14.7.1 一般的な特性
– – 14.7.2 代表的な氷晶核
– – 14.7.3 大気中での典型的な氷晶核濃度
– 14.8 氷晶の二次生成
第15章 氷雲の成長と降水
– 15.1 晶癖
– 15.2 氷粒子の昇華成長
– – 15.2.1 氷粒子の質量変化率
– – 15.2.2 静電磁気学とのアナロジー
– – 15.2.3 キャパシタンス
– – 15.2.4 潜熱の効果を含めた氷粒子の成長
– 15.3 WBF [Wegener-Bergeron-Findeisen] 過程と降水
– – 15.3.1 WBF 過程
– – 15.3.2 混相雲とその降水過程
– 15.4 晶癖の形成
– – 15.4.1 氷晶表面での水蒸気の取り込み
– – 15.4.2 動径方向の水蒸気フラックス
– – 15.4.3 晶癖の形成
– 15.5 氷晶の昇華成長と晶癖
– – 15.5.1 氷晶の体積と晶癖の時間変化
– – 15.5.2 大気中の氷粒子の晶癖
– – 15.5.3 ベンチレーション効果
– 15.6 氷粒子の捕捉成長
– – 15.6.1 終端落下速度
– – 15.6.2 捕捉過程
– 15.7 雲微物理モデル
– – 15.7.1 バルク法
– – 15.7.2 ビン法
– 15.8 混相雲・氷晶雲の特徴とエアロゾルの影響
– – 15.8.1 混相雲
– – 15.8.2 氷晶雲
第16章 エアロゾルの除去
– 16.1 エアロゾルのモード
– 16.2 湿性沈着
– – 16.2.1 暖かい雨による除去
– – 16.2.2 冷たい雨による除去
– – 16.2.3 エアロゾルと雲・降水粒子との衝突による除去
– – 16.2.4 湿性除去強化の計算法
– – 16.2.5 湿性沈着の地表面環境への影響
– 16.3 乾性沈着
– – 16.3.1 乾性沈着の過程
– 16.4 エアロゾルの寿命
索引
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