（2018 年、2019 年度実施状況報告書）
第１項 エアロゾルの気候システムおよび大気環境に対する影響の評価に関する研究
研究分野：気候変動科学 気象学 大気環境学 要旨
開発してきた全球エアロゾル気候モデル SPRINTARS を用いて、大気汚染と気候変動の両者の適応・緩 和策に資する科学的評価を実施している。研究成果は国連の IPCC や CCAC などの取組に活用されてい る。
SPRINTARS の応用として PM2.5 予測システムを毎日運用して計算結果を公開する事により、日常生活に 必要な情報を提供し、研究成果の社会還元に積極的に取り組んでいる。
学術的意義
SPRINTARS を利用した研究成果は、国際的な気候変動影響評価に多数利用されている。それらの研究成 果は論文により公表されているが、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。クラリベイト・アナリティクス社が選出する被引用数に基づく Highly Cited Researcher に 6 年連続選出された。6 年連続は日本の研究者で全学問分野合計 27 名のみである。2018 年 度には今後の活躍が特に期待される若手研究者に対して授与される日本学術振興会賞、日本学士院学術 奨励賞を受賞した。環境研究総合推進費戦略的研究課題（テーマリーダー）および科学研究費補助金基盤 研究 A（研究代表者）を獲得して研究を推進し、2019 年度には科学研究費補助金基盤研究（S）（研究課 題名：階層的数値モデル群による短寿命気候強制因子の組成別・地域別定量的気候影響評価）を研究代表 者として獲得した。
社会、経済、文化的意義
開発した SPRITARS を用いて PM2.5 予測を毎日運用しており、その計算結果を掲載しているホームペー ジには年間 100 万～200 万件のアクセスがあるほか、九州地区を中心として全国で天気予報と並んで予測 結果が毎日テレビ・ラジオ・新聞等で利用されている。また、各自治体での大気環境業務にて活用されて いる。これらの社会的貢献により、2019 年度に西日本文化賞奨励賞を受賞している。
代表的な研究成果
(1) Takemura, T., and K. Suzuki, 2019: Weak global warming mitigation by reducing black carbon emissions.
Scientific Reports, 9, 4419, doi:10.1038/s41598-019-41181-6.
(2) Michibata, T., K. Suzuki, M. Sekiguchi, and T. Takemura, 2019: Prognostic precipitation in the MIROC6-SPRINTARS: Description and evaluation against satellite observations. Journal of Advances in Modeling Earth Systems, 11, 839–860, doi:10.1029/2018MS001596.
(3) Sato, Y., D. Goto, T. Michibata, K. Suzuki, T. Takemura, H. Tomita, and T. Nakajima, 2018: Aerosol effects on cloud water amounts were successfully simulated by a global cloud-system resolving model. Nature
Communications, 9, 985, doi:10.1038/s41467-018-03379-6.
研究組織
大気海洋環境研究センター 気候変動科学分野：竹村 俊彦
第２項 海洋プラスチック汚染に関する研究と課題解決に向けた活動
研究分野：海洋物理学 沿岸海洋学 要旨
南極海に浮遊するマイクロプラスチックを世界で初めて発見し、成果は学術誌とともに NHK 等による 多数の報道がなされた。海域に浮遊する人為的なマイクロビーズの発見や、海域における輸送モデルの開 発も世界に先駆けて報告した。世界初の浮遊マイクロプラスチック量の予測を行い研究成果に基づく知 見から当該課題は、広く社会問題として認識されるに至った。
学術的意義
世界初の浮遊マイクロプラスチック量の予測を行い、成果は Nature Communications に掲載された。
その他関連執筆論文は上位１%二編を含む高被引用となっている。代表とする現行の環境省推進費プロジ ェクト「海洋プラスチックごみに係る動態・環境影響の体系的解明と計測手法の高度化に係る研究」は、
中間評価において A+の評価を受けた。
社会、経済、文化的意義
当該研究の実績により平成 30 年度に環境大臣賞「環境保全功労者表彰」、令和元年に内閣総理大臣賞
「海洋立国推進功労者表彰」を受賞した。S20（Sicence20）で主導的な役割を果たし、G20 での大阪ブル ーオーシャン・ビジョンの科学的根拠を与えた。海洋プラスチック問題が現在の国際的課題として注目さ れる科学的契機を与える成果であり、第 25 回国際交流会議「アジアの未来」晩さん会 安倍総理スピーチ の中でも当該研究者が科学的根拠を与えた研究者として紹介された。
代表的な研究成果
(1) Isobe, A., K. Uchiyama-Matsumoto, K. Uchida, and T. Tokai "Microplastics in the Southern Ocean", Marine Pollution Bulletin, 114, 623-626, 2017.
(2) Hardesty, B. D., J. Harari, A. Isobe, L. Lebreton, N. Maximenko, J. T. Potemra, k van Sebille, D.Vethaak, C.
Wilcox "Using numerical model simulations to improve the understanding of micro-plastic distribution and pathways in the marine environment" Frontiers in Marine Science, 4:30. doi: 10.3389/fmars.2017.00030, 2017.
(3) Isobe. A., S. Iwasaki, K. Uchida, and T. Tokai "Abundance of non-conservative microplastics in the upper ocean from 1957 to 2066", Nature Communications, 10, 417, 2019. DOI: 10.1038/s41467-019-08316-9
研究組織
大気海洋環境研究センター 海洋力学分野：磯辺 篤彦
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第３項 H30 文部科学大臣表彰科学技術賞（研究部門） 受賞
研究分野：衛星リモートセンシング 雲物理 エアロゾル観測 大気物理 光散乱 要旨
衛星ライダ信号を地上で再現する多視野角・多重散乱偏光ライダの開発に成功し、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。次期衛星搭載ライダ解析に有 効な氷粒子の非球形後方散乱理論計算に大きな進展があり、衛星による雲の微物理特性の全球高精度解 析に道を拓いた。
学術的意義
本研究を含めた成果により平成 30 年度文部科学大臣表彰科学技術賞（研究部門）を受賞した。平成 28 年度に「次世代型アクティブセンサ搭載衛星の複合解析による雲微物理特性・鉛直流研究」にて科学研究 費基盤研究（S)を獲得し、関連研究で Optics Express 誌（Eigen Factor が光学分野で第一位)に 6 編を はじめとして、JGR-Atmosphere 誌、J. Atmos. Sci.誌等に論文を出版した。
当該研究者は、令和４年度打ち上げ予定の JAXA と ESA の初の雲エアロゾル放射共同衛星ミッションであ る EarthCARE 計画の共同議長を務めており、国際共同研究も主導している。また、当該研究に関しては、
学内に先導的学術研究拠点「大気物理統合解析センター」（平成 30 年度～令和 3 年度）が設置され、科 学研究費基盤研究（S）課題と連携し、地上型アクティブセンサ群で構成される次世代型アクティブセン サ解析システムを用いて高精度の衛生解析アルゴリズムを確立する。
代表的な研究成果
(1) Okamoto, H., Sato, K., Nishizawa, T., Sugimoto, N., Makino, T., ..., Fujikawa, M. "Development of a multiple-field-of-view multiple-scattering polarization lidar: Comparison with cloud radar", Optics Express,2016,24,26.doi:
10.1364/OE.24.030053.
(2) Okamoto, H., Sato, K., Borovoi, A., Ishimoto, H., Masuda, et al.. "Interpretation of lidar ratio and depolarization ratio of ice clouds using spaceborne high-spectral-resolution polarization lidar", Optics Express, 2019,27,
25.doi: 10.1364/OE.27.036587.
(3) Okamoto, H., and K. Sato, “Remote sensing of clouds and precipitation”, Springer Remote Sensing /Photometry, 2018, doi:10.1007/978-3-319-72583-3_8.
(4) Sato, K., Okamoto, H., Ishimoto, H. "Modeling the depolarization of space-borne lidar signals", Optics Express, 27, 4, 2019.doi: 10.1364/OE.27.00A117.
研究組織
地球環境力学部門 大気物理分野：岡本 創
第４項 結晶成長の大規模数値解析と半導体結晶の高品質化の研究において文部科学省 大臣表彰科学技術賞を受賞
研究分野：結晶成長学 要旨
安価で高効率太陽電池実現のために、単一結晶シードを用いたシリコン単結晶成長技術開発に成功し た。さらに、変換効率低下を招く結晶中の炭素不純物と転位欠陥の大幅低減に成功し、変換効率を約 20-30％向上することに成功した。
学術的意義
従来の太陽電池用結晶育成では、多結晶や複数枚の種結晶を用いた一方向性凝固法が多用されており、
多結晶や種結晶の境界内に存在する結晶粒界が効率低下を引き起こしていた。このために安価で高効率 太陽電池の実現が困難であった。本研究では、変換効率に影響を与える融液の対流や結晶と融液との界面 の形状を、結晶育成炉に設置したX 線透過装置により、従来観察不可能であった炉内の凝固過程のその 場観察に成功した。また、一枚の種結晶を使用した高効率太陽電池用シリコン単結晶の作成に成功した。
また、国際結晶成長連会長（International Organization for Crystal Growth）の会長を務める等研究分野にお ける国際的リーダーシップを発揮した。また、2019年にはドイツ結晶成長学会名誉会員(第1号)に選出し た。
社会、経済、文化的意義
結晶成長実験に加えて、本研究グループで独自に開発した大規模数値計算コードを用いた、炭素や転位 低減のプロセス解析をもとに、単結晶中の炭素濃度を従来よりも一から二桁低減することに成功し、高効 率化を達成した。結晶成長実験に加えて、本研究グループで独自に開発した大規模数値計算コードを用い て転位密度の低減を行い、従来の転位密度よりも約一桁から二桁低減することに成功した。一枚種結晶、
カバー構造、Ｘ線透視装置付育成炉、本研究グループで独自に開発した大規模数値計算手法などの複数の 手法を用いることにより、太陽電池セルの試作を行い、従来の変換効率よりも20-30％高い安価で高効率 のシリコン単結晶太陽電池用の実現に成功した。
代表な研究成果 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
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第５項 統合観測システムで解き明かす乱流プラズマの構造形成原理と機能発現機構
研究分野：プラズマ物理 研究概要
プラズマは自然界の至る所に存在します。そのプラ ズマの構造やダイナミクスを決定しているのが乱流で す。特に、核融合を目指したプラズマの磁場閉じ込め の研究では乱流は特性を決めるものとして半世紀以上 にわたって国際的に研究されてきました。その結果、
乱流プラズマ中では「生成消滅する様々なスケールの 揺らぎが結合しプラズマの特性を決める」という見方 が生まれています。本研究は、この概念に基づき乱流 プラズマの本質に実験的に迫り、その構造形成や機能 発現の原理を解明する。
この目的を達成するために乱流プラズマ全域にわた る計測を目指したトモグラフィーや解析法を開発して います。例えば、しく開発されたトモグラフィー よる ２次元乱流像の解析法として、フーリエ・ベッセル展 開による最適化基底による空間構造(モード)[1]、スト ークスパラメータを用いたモードダイナミクスの解析 法[2]、局所的な解析に優れたフーリエ矩形関数展開法 による空間構造の解析法[3]なども開発している。さら に、PANTAではトモグラフィー(可視光)は3台目のシ ステムが完成し、3台同時運転による準三次元観測が可 能となっている。プローブによる物理成果も多く得ら れています[4-6]。また、2019年度3月にはこのために 建設された特別な装置PLATOが完成しています[7]。
代表的な研究成果
[1] A proposal of Fourier-Bessel expansion with optimized ensembles of bases to analyze two dimensional image, Yamasaki, K., Fujisawa, A., Nagashima, Y., Review of Scientific Instruments, 88(9), 93507, 2017
[2] Combined methods of moment vectors and Stokes parameters to analyze tomographic image of plasma turbulence, Fujisawa A., Nagashima Y., Yamasaki K., Inagaki S., Yamada T., Sasaki M., Physics of Plasmas 26(1) 12305, 2019
[3] Fourier-rectangular function analysis for cylindrical plasma images, Yamasaki K., Fujisawa A., Nagashima Y., Moon C., Inagaki S., Kasuya N., Kosuga Y., Sasaki M., Yamada T., Journal of Applied Physics 126(4) 43304, 2019
[4] Comparison of conditional average using threshold and template methods for quasi-periodic phenomena in plasmas, Kin F., Itoh K., Happel T., Birkenmeier G., Fujisawa A., Inagaki S., Itoh S.-I., Stroth U., ASDEX Upgrade Team, Plasma and Fusion Research 14 1402114, 2019
[5] Observations of radially elongated particle flux induced by streamer in a linear magnetized plasma, Kin F., Fujisawa A., Itoh K., Kosuga Y., Sasaki M., Inagaki S., Nagashima Y., Yamada T., Kasuya N., Yamasaki K., Hasamada K., Zhang B.Y., Kawachi Y., Arakawa H., Kobayashi T., Itoh S.-I., Physics of Plasmas 26(4) 42306, 2019
[6] Extraction of nonlinear waveform in turbulent plasma, Kin F., Itoh K., Fujisawa A., Kosuga Y., Sasaki M., Yamada T., Inagaki S., Itoh S.-I., Kobayashi T., Nagashima Y., Kasuya N., Arakawa H., Yamasaki K., Hasamada K., Physics of Plasmas 25(6) 62304, 2018
[7] Past and present experiments toward PLATO project, Akihide Fujisawa, AIP Conference Proceedings, 1993 20011, 2018.
[8] Density profile measurement with a heavy ion beam probe in a toroidal plasma of the compact helical system, Shimizu A., Fujisawa A., Ohshima S., Nakano H., Minami T., Isobe M., Okamura S., Matsuoka K., Review of Scientific Instruments 89(11) 113507, 2018.
研究組織 核融合力学部門
核融合シミュレーション分野（2020 年 4 月現在乱流プラズマ物理実験分野）：藤澤 彰英