Development of numerical simulation of ULF electromagnetic wave propagation in the lithosphere and its application to global electromagnetic environment problems
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20K04412
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 21010:Power engineering-related
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
安藤 芳晃 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (30323877)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | ULF帯電磁波 / 地殻内伝搬 / WLP-FDTD法 / ULF電磁放射 / 地震 / 電離圏電子密度 / ULF帯地殻内電磁波伝搬 / 地震電磁気学 / 地殻内電磁波伝搬 / 数値シミュレーション |
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| Outline of Research at the Start |
地殻内電磁波伝搬の効率的な数値シミュレーション法を確立する．地殻内電磁波伝搬は未知の問題を多く残した分野であり，その数値シミュレーション法を確立する意義は大きい．本研究では重み付ラゲール多項式(WLP)による有限差分時間領域(FDTD)法を適用することを試みる．また確立した手法を用いて，地殻変動に伴う電磁放射問題に適用し，地殻変動の規模と放射波源の強度との相関を調査する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
当初予定していたDouglas-Gunnアルゴリズムの3次元Weighted Laguerre Polynomial-Finite Difference Time Domain (WLP-FDTD)法への適用では、解の不安定性が解消できなかったため、方向分離を行わずに直接行列を解く手法に切り替えた。3次元解析では行列サイズが巨大となるため、解法として反復法を使用することとし、各種アルゴリズムを調査したところ安定化双共役勾配(BiCGSTAB)法が有効であるが分かった。以上によって3次元解析が可能となった。この3次元WLP-FDTD法を用いて、地殻変動に伴うULF帯電磁放射の各イベントについての解析を進めている。
広域電磁環境問題に関わり、電離圏電子密度を同定するアルゴリズムを確立した。これまでVLF帯電磁波の複数観測点の絶対的な振幅を用いて同定をしていたが、実際には観測環境に差が存在することから現実的ではない。そこで、観測環境に依存しない同定法として、各観測点の時間変動を用いた同定法を提案、数値的な検討を行ったところ有効であることがわかった。具体的には、単位体積当たり3e8個の電子密度の高度が終日に渡り3km程度の誤差で推定できることが判明した。高速な探索法として、探索には水平方向の電子密度高度プロファイルを一定としたものを採用し、これで電離圏電子密度モデルFaraday-International Reference Ionosphere (FIRI)が生成する電子密度分布の同定を行った。送信点から300km-900kmの間に等間隔に7観測点を設けたところ、送信局から400-450km付近における電子密度が同定できることが判明した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
反復法を用いた行列解法によって3次元WLP-FDTD法について開発した。現在では地殻変動に伴うULF帯電磁放射の各イベントについての解析を進めている。3次元解析による波源電流強度の推定結果は2次元解析とは大きくは異なっておらず、波源電流強度と地震の規模との相関は引き続き見られている。
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| Strategy for Future Research Activity |
2次元解析をしたイベント全てに対して3次元で改めて解析をし直すことで相関関係を明らかにする。また、観測機の帯域の処理方法について、全帯域平均ではなく、信号の強い帯域で平均する処理を取り入れる。
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Report
(4 results)
Research Products
(16 results)
