Development of an open-source package - FinGreen3D for offshore floating renewable energy systems
第２節 2016-2017 年度の代表的業績
（2016 年、2017 年実施状況報告書）
第１項 多視野角・多重散乱偏光ライダの開発と水雲観測（2016 年度）
研究分野：大気物理、光学、気象 要旨
多視野角・多重散乱偏光ライダを開発し、従来地上ライダでは不可能だった光学的に厚い雲の偏光解消度 の観測が初めて可能になった。実際に衛星搭載ライダで観測されている 30％を超える偏光解消度が地上 でも得られた。この測器は、衛星搭載ライダで観測される信号のシミュレーションを地上において再現す るもので、得られた観測データを利用して、衛星搭載ライダの雲検出と雲粒子タイプ（雲の相など）アル ゴリズムの改良を実施した。
学術的意義
従来光学的に厚い雲のライダ観測は、ライダ光が減衰してし まうため薄い部分しか観測可能でなかったが、多視野角の手 法を導入して大きな視野角を達成することで、光学的に厚い 雲を偏光の情報を含めて観測することに世界的に初めて成 功した。下層雲の偏光解消度が多重散乱の影響で３０％を大 きく超える現象を地上ライダ観測でも再現できた。また衛星 搭載ライダと同等のフットプリントを地上で実現すること で衛星搭載ライダの信号の再現が可能になり衛星解析アル ゴリズムの開発に道を拓いた。
社会、経済、文化的意義
この測器を利用して衛星アルゴリズムを検証・改良すること ができ、本研究の成果によって衛星プロダクトの改良を行い 気候変動現象の解析に利用することで、気候変動予測の向上 につながる。
代表的な研究成果
（ １ ） Okamoto, H. K.Sato, et al.,. Optics Express, 2016, 24,26,doi:10.1364/OE.24.030053.
**Optics Expressは、Eigen Factor=0.25でOptics分野で第１位。
外部資金
科学研究費補助金 基盤研究(A) JP25247078
JAXA EarthCARE Research Announcement 研究組織
地球環境力学部門大気物理分野： 岡本 創 所外共同研究者 ４名
4-2. Depolarization ratio due to multiple-scattering
The depolarization ratio for the four tilt angles was estimated using eight channels (Fig.
4). Depolarization ratio d q( ) for four different angles q (mrad) was estimated by
(0) ( .2) / ( .1),
(10) ( .4) / ( .3),
(20) ( .6) / ( .5),
(30) ( .8) / ( .7),
att att
att att
att att
att att
Ch Ch
Ch Ch
Ch Ch and
Ch Ch
d b b
d b b
d b b
d b b
^
^
^
^
=
=
=
=
(1).
3500 3000 2500 2000 1500
Height [m]
80x103 70 60 50 40 30 20
Time in 5 March 2015 CH2/CH1 (0mrad)
1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0
Depolarization ratio 3500
3000 2500 2000 1500
Height [m]
80x103 70 60 50 40 30 20
Time in March 05 2015 CH4/CH3 (10mrad)
3500 3000 2500 2000 1500
Height [m]
80x103 70 60 50 40 30 20
Time in March 5, 2016
CH6/CH5 (20mrad)
3500 3000 2500 2000 1500
Height [m]
80x103 70 60 50 40 30 20
Time in March 5, 2016 CH8/CH7 (30mrad) (a)
(b)
(c)
(d)
3500 3000 2500 2000 1500
Height [m]
8x105 7 6 5 4 3 2
Time in March 05 2015 NIES lidar
(e)
Fig. 4. Same as Fig. 2 but for depolarization ratio. (a) For on-beam channel, (b) for 10 mrad, (c) for 20 mrad, (d) for 30 mrad, and (e) for NIES lidar.
Vol. 24, No. 26 | 26 Dec 2016 | OPTICS EXPRESS 30060
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第２項 雲層の加熱で駆動する大気大循環に関する研究：極域の波による熱輸送と自転の 重要性について（2016 年度）
研究組織
地球環境力学部門大気物理分野： 山本 勝 所外共同研究者 １名
大気大循環：大気の大規模な流れ。地球以外の天体でも存在し、熱の供給、自転、軌道要素な どに 依存して多様な流れが生じます。
雲やダストで覆われた環境に おける大気大循環の力学を解
明し、金星のような地球以外 の天体にも適用可能な気象学 の理論体系構築を目指します。
自転が極端に遅い惑星では、
極域の不安定波の熱輸送が、
高緯度域で循環を駆動します。
この波で駆動する循環がスー パーローテーション強度に多 大な影響を与えることが明ら
かになりました（右図）。
雲やダストが惑星全体を覆う現象は様々な惑星（金星、火星ダストストームなど）で見られますが、雲で 覆われた惑星の大気大循環の力学は十分に研究されていません。
本研究では、雲による加熱を想定した数値モデルを高解像で計算することによって、様々な自転速度 をもつ惑星大気のスーパーローテーションや波動の構造を明らかにしました。
用語集
[1] Yamamoto and Takahashi, General circulation driven by baroclinic forcing due to cloud-layer heating:
significance of planetary rotation and polar eddy heat transport, Journal of Geophysical Research - Planets, 121, 558-573, 2016.
スーパーローテーション：惑星や天体の自転よりも速い速度で吹く風。例えば、金星では自転の６０ 倍の速さで惑星を１周する高速風が観測されていま すが、そのメカニズムはよくわかっていません。
文献[1]より引用 極を横切る流れが重要
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第３項 全球エアロゾル気候モデル SPRINTARS を用いた研究により Highly cited researcher に 4 年連続で選出（2016, 2017 年度）
研究分野：気候変動科学・気象学・大気環境学 要旨
大手学術情報企業であるClarivate Analytics社が、世界中で引用された回数の多い論文の著者を高被引用 論文著者（Highly Cited Researchers）として研究分野ごとにリストアップしており、Geosciences（地球科 学）分野で選出された。日本に在籍する研究者で地球科学分野における選出は竹村教授が唯一であり、ま た、九州大学からの選出は全21分野を通して竹村教授が唯一である。
学術的意義
研究者の評価の主要な指標の1つが、執筆した論文が他の論文に引用された回数である。過去11年間に 公表された論文・引用データにおいて、各研究分野でトップ1%の被引用数を持つインパクトの非常に高 い論文を一定数以上発表した研究者が選出された。Highly Cited Researchersを毎年選出するようになって から2017年で4年目であるが、その最初から4年連続で選出されている。日本からの選出は、全分野合 計で2016年が76名、2017年が72名のみである。
社会、経済、文化的意義
Clarivate Analytics社は、Highly Cited Researchers公表のコメントとして、「論文の引用には様々な理由や 背景がありますが、多くは同業研究者の先行研究に対する敬意の現れです。引用は、自身の研究に重要な つながりを持つ過去の研究について研究者が証明を行う手段であり、引用数が顕著に高い論文は、科学コ ミュニティが意義深く有益であると判断したひとつの目安となります。そのつながりを分析することで、
影響力の強い研究者個人、研究機関、国・地域、ジャーナルなどを抽出することができます。注目を集め る研究領域の動向や、各分野をけん引している世界中の科学者に注目することで、未来を切り拓く科学の 姿が見えてきます。」としている。
代表的な研究成果
（１）Takemura, T. , T. Nakajima, O. Dubovik, B. N. Holben, and S. Kinne, 2002: Single-scattering albedo and radiative forcing of various aerosol species with a global three-dimensional model. Journal of Climate, 15, 333-352.
（２）Takemura, T., T. Nozawa, S. Emori, T. Y. Nakajima, and T. Nakajima, 2005: Simulation of climate response to aerosol direct and indirect effects with aerosol transport-radiation model. Journal of Geophysical Research, 110, D02202, doi:10.1029/2004JD005029.
研究組織
東アジア海洋大気環境研究センター（現：大気海洋環境研究センター）
気候変動科学分野： 竹村 俊彦
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第４項 3rd International Conference on Environment and Bio-Engineering において 最優秀論文賞を受賞（2016 年度）
研究分野：軟骨組織工学 要旨
軟骨再生用の足場材料としてコラーゲンゲルとコラーゲンスポンジの複合構造体を開発し、間葉系幹細 胞と組み合わせることで軟骨組織を人工的に構築する方法を提案した。特に、間葉系幹細胞を軟骨細胞へ と分化させるとともに効率よく増殖させる新規培養方法を考案した。さらに、足場材料表面における線維 芽細胞への脱分化を防ぐためにゲルラッピング法を新たに提案した。
学術的意義
多分化能を有する間葉系幹細胞は再生医療用の細胞源として期待されているが、生化学的方法を用いて 間葉系幹細胞を軟骨細胞に分化させると、細胞がほとんど増殖しないという問題点がある。本研究では、
分化と増殖の両方を効率的に行うための生化学的条件を新たに見出した。さらに、コラーゲンゲルとスポ ンジを複合化することでゲル単体よりも力学特性に優れる足場材料の開発に成功した。
社会、経済、文化的意義
高齢化社会の到来とともに関節疾患を有する患者が急増しているが、消失した軟骨は元に戻らないため に人工関節が唯一の治療法である。そこで組織工学的方法により軟骨を再生させる研究が進められてい るが、いまだ軟骨再生の技術が確立されいるとは言えない。本研究で得られた成果は、骨髄から容易に採 取できる間葉系幹細胞を用いて軟骨を再生させるために必要となる基礎的技術の確立に貢献するもので あり、臨床研究も進められている軟骨再生治療において重要な知見を与えることが期待される。
代表的な研究成果
（１）Y. Nakamuta, M.Todo, and T. Arahira, Improvement of collagen gel/sponge composite scaffold by gel wrapping for cartilage tissue engineering, International Journal of Bioscience, Biochemistry and Bioinformatics, Vol.7, No.2, 2017, 102-109.
（２）中牟田侑昌，荒平高章，東藤 貢，ヒト間葉系幹細胞を播種したコラーゲンゲル・スポンジ複合系 scaffoldの圧縮力学特性，臨床バイオメカニクス，Vol.36, 2015, 207-212.
外部資金
2011～2012年度科学研究費・挑戦的萌芽研究348万円
「多孔質多層構造生体材料の開発と軟骨・骨多層組織再生に関する基礎的研究」研究代表者
2014～2016年度科学研究費・特別研究員奨励費（外国人特別研究費）240万円
「生体力学的適合性を有する再生医療用関節層状組織の開発」研究代表者 研究組織
自然エネルギー統合利用センターエネルギー変換工学分野： 東藤 貢 所外共同研究者 １名
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第５項 パワーデバイス用および太陽電池用シリコン結晶成長（2017 年度）
研究分野：結晶成長学 学術的意義
環境とエネルギーに対する要求が高まる中、高出力高効率のパワー半導体への期待が高まってきている。
本研究では、Siに代表される元素半導体を主として, SiCやAlNのようなワイドバンドギャップ半導体の 結晶成長を、結晶学立場から解析しさらに新規の結晶成長法を提案する。特に、実際のパワーデバイス作 成用の結晶成長の実験と数値解析を行い、この両面から、高品質の新規単結晶育成法の提案を行ってい く。
社会、経済、文化的意義
民間企業においても同様な取り組みを行っているために、大学の研究所は民間企業と似たような研究開 発をするのではなく、基礎学問に立脚した、学問的に質の高い研究開発成果を発信していく。これによ り、現在問題となっている喫緊の問題に対して、新規な解決方法の提案を行っていく。
代表的な研究成果
（１）Y. Miyamura, H. Harada, S. Nakano, S. Nishizawa, K. Kakimoto, “Relationship between carbon concentration and carrier lifetime in CZ-Si crystals”, Journal of Crystal Growth 486 (2018) 56–59.
（２）Xin Liu, Xue-Feng Han, Satoshi Nakano, Koichi Kakimoto, “Effect of controlled crucible movement on melting process and carbon contamination in Czochralski silicon crystal growth”, Journal of Crystal Growth, 483 (2018) 241-244.
（３）Koichi Kakimoto, Bing Gao, Satoshi Nakano, Hirofumi Harada, and Yoshiji Miyamura, “Silicon bulk growth for solar cells: Science and technology”, Japanese Journal of Applied Physics 56 (2), 020101.
研究組織
新エネルギー力学部門結晶成長学分野： 柿本 浩一 所外共同研究者 15 名