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研究最浪漫的云的教授——应用力学研究所 冈本 创 教授
发布时间:2020-03-25
来源:九州大学
冈本 创 教授
应用力学研究所 地球环境力学部门 教授
应用力学研究所 副所长
九州大学 主干教授

个人简历

    冈本教授出生于东京,在兵库县长大。他从中学时期就对物理学感兴趣,最初是神户大学科研究生院进行行星科学研究。 1993年至1994年,应德国研究所所长 Raschke 教授的邀请,在德国 GKSS 研究所留学,从事云的研究。1996年,他完成了神户大学研究生院的自然科学博士课程。作为JSPS 特别研究员就职于东京大学气候系统研究中心,于1998年成为邮政省通信研究实验室的研究员。2001年,担任东北大学研究生院助教授。2007年成为副教授,2010年,他以教授的身份加入九州大学应用力学研究所。2017年,冈本教授被任命为九州大学杰出(主干)教授。他被授予2011年日本气象学会奖。冈本教授是2006年发射的美国航天局云层卫星-卡利普索卫星联合科学小组的成员,并于2013年被任命为 JAXA-ESA 联合地球观测卫星飞行任务 EarthCARE 的共同主席。他协调日本和欧洲研究人员都参与的整个 EarthCARE 卫星项目。


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研究内容

    我们使用激光雷达,利用紫外、可见光和红外波长的激光和毫米波雷达观测云和被称为气溶胶的微小大气颗粒,以研究其物理性质(如颗粒大小和质量)的全球三维分布。了解云和气溶胶的特性将有助于更好地预测未来十年或更长时间内全球气候系统将如何变化 云层如何影响气候系统的机制还没有完全弄清楚。云被认为是气候变化预测中最大的不确定性来源。

    我简单讲一下云的产生和消散过程。首先,悬浮在大气中的气溶胶对于水蒸气来说起着云凝结核的作用。它们很小,只有0.0005毫米左右。由于空气中的微小气溶胶粒子被上升气流吸收并带到更高的地方进入大气层,水蒸气在它们上面凝结,使它们变成大约0.01毫米大小的云粒子,比原来的气溶胶大100多倍。当它们落下时,它们与不同大小的云颗粒碰撞并融合,最终形成0.5毫米或更大的降水颗粒,落到地上,最终消散。

    一些云是由液态水组成的,而另一些则是由固态冰组成的。在中纬度地区,液态水云存在于距离地球表面4000米或更低的相对较低的温度层。在较高的高度形成的云往往由冰粒组成。 低层云主要对地球有冷却作用,而高层云要么有冷却作用,要么有暖化作用,这取决于它们的性质。这些被称为云辐射效应; 它们的魔力和标志取决于云粒子是冰还是水,云存在的高度,以及组成云粒子的大小和质量。它们的特性会随着时间、地点和季节的变化而变化。云的产生和消散机制非常复杂。这就是为什么云的预测是困难的。

    在20世纪80年代早期,利用卫星观测云层的尝试开始了,使用被动传感器将阳光作为光源或自然热辐射。虽然这些数据有助于研究云层的水平分布,但有关云层高度的信息仍不清楚。 相比之下,活动传感器发射电磁波,测量发射的脉冲和云粒子反射的脉冲之间的时间间隔。 通过将其转换为从仪器到云端的范围,我们可以获得有关其高度的信息。还有一些限制ーー从我1993年开始的研究,我就觉得仅仅用一个波长是不可能同时获得云粒子的大小和质量的。当我在1998年再次面对这个问题时,我对此进行重新思考,如果我们使用两种完全不同波长的仪器,即雷达和激光雷达,我们可以同时估计云粒子的质量和大小。如果波长和粒子大小之间的关系发生实质性的变化,散射特性也会发生很大的变化,从而使雷达和激光雷达的信息可以被识别为独立的信息。我认为是我在研究生院当行星科学研究员时调查光散射理论的经验导致了这些想法。

    一开始对这个想法有很多负面的意见,但是我同时使用地面云雷达和激光雷达对云进行了观测,成功地反演出了冰云的粒子大小和单位质量的质量。渐渐地,这种协同方法被接受了。 2006年,美国发射了两颗地球观测卫星,每颗卫星都搭载了云雷达和激光雷达仪器。利用这些卫星数据,通过协同反演算法,首次实现了同步观测数据,分析了冰云微物理特性的三维全局特征。我们在实验室进行的这项分析所产生的数据被提供给了世界各地的研究机构,并用于气候变化研究。这颗即将发射的卫星名为 EarthCARE,是日本和欧洲的联合任务,计划于2019年发射。它将携带下一代主动传感器,即具有多普勒功能的云雷达,可以显示云层内的活动情况,以及具有前所未有的先进功能的激光雷达系统。作为这项任务的共同主席,我对日本和欧洲研究人员进行指导,以期能够成功完成任务。在我们的实验室里,我们也在开发新的地面仪器,模拟卫星信号,以验证卫星观测。这种下一代卫星和新仪器将使我们能够获得比以前更加详细的信息,包括云和气溶胶类型、云粒子的质量和大小、粒子下降速度以及云中空气的上下运动等物理特性。如果我们的分析取得进展,我相信我们可以期待对气候变化预测研究有新的见解。


个人主页

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