大気汚染気体、大気微量成分の測定

60)、ＤＦレーザーを用いてＨＣｌ（〜3.64 μm）⁶¹⁾、炭酸ガスレーザーを用いてエチレン（〜10 μm）⁶²⁾の濃度分布の測定が報告されている。この他、揮発性有機化合物などについては多種の分子の測定が可能であり、炭酸ガスレーザーを光源とするシステム^{63, 64)}などが開発されている。また、3.2-3.7μm 帯には各種の炭化水素の吸収帯があり，これらの測定を目的とした小型の光パラメトリック発振器の開発なども進められている。

　紫外領域のレーザーを用いたＤＩＡＬは、対流圏、成層圏のオゾンの非常に優れた観測手法である。成層圏の観測では高度 50 km 付近までの濃度分布が比較的精度良く求められる点に大きな特徴がある。従来のドブソン分光計による測定はカラム量が精密に測定されるが、精度のよい高度分布を得ることはできない。また、ゾンデによる観測の到達高度は 30km 付近が限界である。ところが、フロンガスによるオゾン破壊は 40 km 付近で顕著に起こると予想され、ライダー観測が注目されている。オゾンＤＩＡＬでは　280-310 nmの波長が用いられ、エキシマーレーザーやＹＡＧレーザーの第四高調波の誘導ラマン散乱、色素レーザーの第二高調波などが光源として用いられている。

　地上設置のライダーによるオゾンの観測は、欧州、米国、カナダ、南極など世界の各地で行われている^{38, 65-72)}。下の図は国立環境研のオゾンライダーで観測された高度毎のオゾン濃度の経年変化である⁷³⁾。このシステムでは、ＸｅＦレーザーと重水素のラマンシフター、それにＸｅＦレーザーを用いて、308 nm、339 nm、351 nm の３波長を用いて成層圏オゾンの測定を行っている。オゾンの吸収のある波長は308 nmで、339 nm、351 nmは吸収されないが、エアロゾルの散乱の波長依存性より生じる可能性のある誤差をチェックし、補正するために３波長を用いている。


国立環境研オゾンライダーで観測された高度毎のオゾン濃度の経年変化⁷³⁾。


　現在、NDSC (Network for Detection of Stratospheric Change)という、新しい観測手法を中心とする地上観測の世界的ネットワークが組織され、そのなかでもＤＩＡＬによるオゾンの観測、ミー散乱レーザーレーダーによる成層圏エアロゾルの観測，レイリー散乱レーザーレーダーによる気温の観測が中心的な役割をはたしている。

　 一方、ＮＡＳＡなどでは航空機搭載のオゾンレーザーレーダーが開発され、対流圏、成層圏の観測において数多くの顕著な成果を挙げている。ＮＡＳＡのBrowellらによる航空機搭載オゾンライダー^74,75)ではＹＡＧレーザー励起の色素レーザーの第二高調波（〜300 nm）が用いられている。

　この他、地球環境問題に関係する大気微量分子では、メタンとＣＯのＤＩＡＬ測定の可能性がある。これらについては、それぞれ、３μｍ帯、５μｍ帯の波長可変レーザーが必要であり、高出力のＯＰＯなどの開発が待たれる。

文献
50) K.W. Rothe, U. Brinkmann and H. Walter: Appl. Phys. 4, 181 (1974).
51) K.A. Fredriksson, B. Galle, K. Nystrom and S. Svanberg: Appl. Opt. 20, 4181 (1981).
52) 杉本伸夫、松井一郎、笹野泰弘、清水 浩、竹内延夫: レーザー研究 15, 39 (1987).
53) H. Edner, K. Fredriksson, A. Sunesson, S. Svanberg, L. Uneus and W. Wendt, Appl. Opt. 26, 4330 (1987).
54) H.J. Kolsch, P. Rairoux, J.P. Wolf and L. Woste: Appl. Opt. 28,2052 (1989).
55) E.E. Uthe, J.M. Livingston and N.B. Nielsen: J. Air Waste Manage. Assoc. 42, 1313 (1992). 56) K.Asai, T. Itabe and T. Igarashi: Appl. Phys. Lett. 35, 60 (1979).
57) T. Itabe, K. Asai, M. Ishizu, T. Aruga and T. Igarashi: Appl. Opt. 28, 931 (1989).
58) H. Edner, P. Ragnarson, S. Svanberg, E. Wallinder, A.D. Liso, R.Ferrara, and B.E. Maserti: J. Geophys. Res. 97, D4, 3779 (1992).
59) H. Edner, K. Fredriksson, A. Sunesson, and W. Wendt, Appl. Opt. 26, 3183 (1987).
60) M.J.T. Milton, P.T. Woods, B.W. Joliffe, N.R.W. Swann, and T.J. McIlveen: Appl. Phys. B55, 41 (1992).
61) C. Weitkamp, Wastes in Ocean, vol.3, John Wiley and Sons, New York (1981).
62) K. W. Rothe, Radio Electron. Eng. 50, 347 (1980).
63) M. Fiedler, and R. Lange: in Optics for Protection of Man and Environment against Natural and Technological Disasters, Elsevier Publishers (1993).
64) W.B. Grant, R.H. Kagann, and W.A. MaClenny: J. Air Waste Manage. Assoc. 42, 18 (1992).
65) J. Werner, K. W. Rothe and H. Walther, Appl. Phys. B32, 113 (1983).
66) 杉本, 笹野, 中根, 林田, 松井, 湊: 応用物理 58, 1385 (1989).
67) O. Uchino and I. Tabata: Appl. Opt. 30, 2005 (1991).
68) S. Godin,1 G. Megie, and J. Pelon: Geophys. Res. Lett. 16, 547 (1989).
69) I.S. McDermid: J. Geophys. Res. 98, D6, 10509 (1993).
70) T.J. McGee, P. Newman, R. Ferrare, D. Whiteman, J. Butler, J. Burris, S. Goddin, I.S. McDermid: J. Geophys. Res. 95, D12, 20527 (1990).
71) L. Stefanutti, F. Castagnoli, M. Del Guasta, M. Morandi, V.M. Sacco, L. Zuccagnoli,S. Goddin, G. Megie, and J. Porteneuve: Appl. Phys. B55, 3 (1992).
72) J.A. Sunesson, A. Apituley, and D.P.J. Swart: submitted to Appl. Opt. (1994).
73) H. Nakane, S. Hayashida, N. Sugimoto, I. Matsui, and Y. Sasano: Ozone lidar monitoring, National Institute for Environmental Studies, CGER-M003-'93 (1993).
74) E.V. Browell, A.F. Carter, S.T. Shipley, R.J. Allen, C.F. Butler, M.N. Mayo, J.H. Siviter, Jr., and W.M. Hall, Appl. Opt. 22, 522 (1983).
75) E.V. Browell, E.F. Danielsen, S. Ismail, G.L. Gregory, and S.M. Beck, J. Geophys. Res. 92, D2, 2112 (1987).

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