レンズ効果とは、光吸収性エアロゾル（ブラックカーボン（BC）など）が光散乱性エアロゾル成分（有機物質、硫酸塩、水など）によって被覆された時に、光が被覆物によって曲げられることで効率的にBCからなる中心部分に集光し、その光吸収効率が高くなることである（Bond and Bergstrom, 2006）。この場合、被覆物の中にある成分をコア（core）、被覆成分をシェル（shell）と呼び、Core-shell (もしくはShell-Core)構造という（Bond et al., 2006）。

　野外観測でBCの光学特性をphotoacoustic soot spectrometer (PASS)などを使って測定するときは、BCの光学特性に加えコーティングによるレンズ効果を加えた光学特性を測定することになる。そのため、BCそのものの光学特性を観測する場合は、エアロゾルを加熱することで被覆成分を揮発させて測定を行う方法が用いられる（Nakayama et al., 2014）。レンズ効果による光吸収増幅率は、被覆物質の屈折率、被覆物やコア成分の量（粒径）、コア成分の被覆成分中の位置（中心か表面かなど）、計測する波長、などによって変化する（Fierce et al., 2020; Adachi et al., 2010; Fuller et al., 1999; Bond et al.,2006）。野外の観測では、レンズ効果による光吸収増幅率はおおむね1.1-1.3倍程度が観測されている（Ueda et al., 2016）が、それより低い測定値(1.06)もカリフォルニアにおいて測定されている（Cappa et al., 2012）。Mie理論を使ったCore-Shellモデルなどによる計算では、レンズ効果による光吸収増幅率は2倍程度にまでなるが、Maxwell-GarnetやLorenzなどの理論計算を用いると、波長や粒径などの条件により現実に近いレンズ効果が見積もられることが知られている（Bond et al., 2006、Bohren and Huffman, 2007; Adachi et al., 2010）。

引用文献

Adachi, K., Chung, S. H. and Buseck, P. R., Shapes of soot aerosol particles and implications for their effects on climate. Journal of Geophysical Research.115, 2010.

Adachi K., Aerosol particle shape revealed by transmission electron microscopy and the implications for its optical properties, Technical Reports of theMeteorological Research Institute, 68, 18-19, 2012.

Bohren, C. F. and Huffman, D. R., Absorption and Scattering of Light by Small Particles, Wiley Science Series, Wiley, 2007.

Bond, T. C. and Bergstrom, R. W., Light Absorption by Carbonaceous Particles: An Investigative Review. Aerosol Science and Technology. 40, 27-67, 2006.

Bond, T. C., Habib, G. and Bergstrom, R. W.,Limitations in the enhancement of visible light absorption due to mixing state. Journal of Geophysical Research:Atmospheres. 111, D20211, doi:10.1029/2006JD007315, 2006.

Cappa, C. D., Onasch, T. B., Massoli, P., Worsnop, D. R., Bates, T. S., Cross, E. S., Davidovits, P., Hakala, J., Hayden, K. L., Jobson, B. T., Kolesar, K. R., Lack, D. A., Lerner, B. M., Li, S. M., Mellon, D., Nuaaman, I., Olfert, J. S., Petaja, T., Quinn, P. K., Song, C., Subramanian, R., Williams, E. J. and Zaveri, R. A.,Radiative absorption enhancements due to the mixing state of atmospheric black carbon. Science. 337, 1078-1081, 2012.

Fierce, L., Onasch, T.B., Cappa, C.D., Mazzoleni, C., China, S., Bhandari, J., Davidovits, P., D. Fischer, A., Helgestad, T., Lambe, A.T., Sedlacek, A.J., Smith, G.D., Wolff, L., Radiative absorption enhancements by black carbon controlled by particle-to-particle heterogeneity in composition. Proceedings of the National Academy of Sciences, 117 (10) 5196-5203., 2020.

Fuller, K. A., Malm, W. C. and Kreidenweis, S. M., Effects of mixing on extinction by carbonaceous particles. Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 104,15941-15954, 1999.

Nakayama, T., Ikeda, Y., Sawada, Y., Setoguchi, Y., Ogawa, S., Kawana, K., Mochida, M., Ikemori, F., Matsumoto, K. and Matsumi, Y., Properties of light-absorbing aerosols in the Nagoya urban area, Japan, in August 2011 and January 2012: Contributions of brown carbon and lensing effect. Journal of GeophysicalResearch: Atmospheres. 119, 12,721-712,739, 2014.

Ueda, S., Nakayama, T., Taketani, F., Adachi, K., Matsuki, A., Iwamoto, Y., Sadanaga, Y. and Matsumi, Y., Light absorption and morphological properties of soot-containing aerosols observed at an East Asian outflow site, Noto Peninsula, Japan. Atmos. Chem. Phys. doi:10.5194/acp-16-1-2016, 2016.

（気象研究所・足立光司）　　2016年3月17日、2022年1月20日更新　　★