波長可変ライダーを活用した超高層大気下部の化学過程の研究

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13J00526
• Research Institution: National Institute of Polar Research
• Principal Investigator: 津田 卓雄 国立極地研究所, 研究教育系, 特別研究員(PD)
• Keywords: 共鳴散乱ライダー / 超高層大気 / 大気組成 / 金属原子層

Research Abstract

本研究の目的は, 大きく不足している超高層大気下部の大気組成データを飛躍的に増大させる事, 系統的な理解が得られていない大気組成の分布・変動の基本過程を解明する事である. 今年度は, 新しく開発した波長可変ライダーによる複数大気組成をカバーした日本国内集中観測(定点観測)の第一段階として, K層とFe層の試験観測を実施し, 上空80-110kmからのK共鳴散乱光, 及びFe共鳴散乱光の受信に共に成功した. 現在は, 試験観測データの初期解析と本格的な観測実施に向けたシステムの最適化を並行的に進めている. システム最適化の一環として, 特に, 送信レーザー波長(周波数)制御システムの性能評価の為, ドップラーフリー飽和分光法を利用したレーザー周波数の誤差推定を行った. 推定された周波数誤差は1 MHz程度であり, 目標性能(10 MHz)を十分に達成していることを定量的に示した. 一方で, 過去データの収集・解析を進め, 特に, Na層の分布・変動に関して以下の研究成果を得た.
i)Naライダー観測にEISCATレーダーによる電離圏観測を組み合わせ, 電離圏電場の影響を除いた上で, オーロラ降下粒子の影響のみを抽出して, Na層への影響を評価することにはじめて成功した. その結果, オーロラ降下粒子に呼応した有為なNa密度の減少を観測的に同定し, これまで不可解な状況が続いてきたオーロラ降下粒子が起こすNa密度変動について重要な新規知見をもたらした.
ii)南極昭和基地で取得されたNaライダーの冬季3シーズン(2000-2002年)の観測データを解析し, 熱圏Na層イベントを発見した. 本イベントは, 極域の熱圏Na層として初めてのイベントであり, 高度130kmまでの大気重力波的な波状構造の見出や大気温度プロファイルの導出など有意義な成果が得られた.

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

新規開発した波長可変ライダーを用いてカリウム原子(K)層と鉄原子(Fe)層の試験観測に成功しており, 複数大気組成をカバーした日本国内集中観測に向けての準備は順調といえる. 並行して進めている過去データの収集・解析も順調に進展しており, 超高層大気下部の大気組成変動についての研究成果が着実に得られつつある.

Strategy for Future Research Activity

今年度は, 特に, 波長可変ライダーを用いて複数大気組成をカバーした日本国内集中観測を実施し, 日本上空の超高層大気下部の大気組成データを飛躍的に増大させることを目指す. 並行して, 他地域データ(南極域, 北極域を含む)や人工衛星データ(Odin衛星のOSIRIS分光計データなど)の収集も進め, 系統的な理解が得られていない大気組成の分布・変動の基本過程について, よりグローバルな視点から明らかにしていく.

Research Products

• [Journal Article] Decrease in sodium density observed during auroral particle precipitation over Tromsø, Norway (2013)
  • Author(s): T. T. Tsuda, S. Nozawa, T. D. Kawahara, T. Kawabata, N. Saito, S . Wada, Y. Ogawa, S. Oyama, C. M . Hall, M. Tsutsumi, M. K. Ejiri , S. Suzuki, T. Takahashi, and T . Nakamura
  • Journal Title: Geophys. Res. Lett. Volume: 40 Pages: 4486-4490
  • DOI: 10.1002/grl.50897
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 極域中間圏・電離圏D領域における中性・電離大気の短周期変動の研究(EISCAT特別実験報告) (2014)
  • Author(s): 津田卓雄
  • Organizer: EISCAT研究集会
  • Place of Presentation: 東京都立川市, 国立極地研究所
  • Year and Date: 2014-03-28
• [Presentation] Sodium layer variations observed above Tromsø, Norway (69.6^ON, 19.2^OE) (2013)
  • Author(s): T. T. Tsuda, N. Matuura, S. Nozawa, T. D. Kawahara, T. Kawabata, N. Saito, S. Wada, Y. Ogawa, M. Tsutsumi, C. M. Hall, S. Oyama, T. Takahashi, M. K. Ejiri, and T. Nakamura
  • Organizer: International CAWSES-II Symposium
  • Place of Presentation: Nagoya University, Nagoya, Japan
  • Year and Date: 20131118-22
• [Presentation] Thermospheric sodium layer observed at Syowa Station, Antarctica (2013)
  • Author(s): T. T. Tsuda, X. Chu, T. Nakamura , M. K. Ejiri, and T. D. Kawahara
  • Organizer: International CAWSES-II Symposium
  • Place of Presentation: Nagoya University, Nagoya, Japan
  • Year and Date: 20131118-22
• [Presentation] 南極昭和基地の共鳴散乱ライダーシステム : Fe原子層の国内試験観測 (2013)
  • Author(s): 津田卓雄, 江尻省, 西山尚典, 阿保真, 川原琢也, 中村卓司
  • Organizer: 地球電磁気・地球惑星圏学会 第134回総会・講演会
  • Place of Presentation: 高知県高知市, 高知大学
  • Year and Date: 20131102-05
• [Presentation] 波長可変共鳴散乱ライダーシステムによる国内試験観測 : Fe原子層 (2013)
  • Author(s): 津田卓雄, 江尻省, 西山尚典, 阿保真, 川原琢也, 中村卓司
  • Organizer: 第31回レーザセンシングシンポジウム
  • Place of Presentation: 神奈川県箱根町, ホテルおかだ
  • Year and Date: 20130912-13
• [Presentation] On sodium atom layer variation induced by auroral particle precipitation (2013)
  • Author(s): T. T. Tsuda, M. K. Ejiri, S. Nozawa, T. D. Kawahara, T. Kawabata , N. Saito, S. Wada, Y. Ogawa, S . Oyama, C. M. Hall, M. Tsutsumi , S. Suzuki, T. Takahashi, and T . Nakamura
  • Organizer: IAGA 2013, 12th Scientific Assembly
  • Place of Presentation: Fiesta Americana Merida Hotel, Merida, Mexico
  • Year and Date: 20130826-31
• [Presentation] Thermospheric Na layers at Syowa, Antarctica (2013)
  • Author(s): T. T. Tsuda, X. Chu, T. Nakamura , M. K. Ejiri, and T. D. Kawahara
  • Organizer: 2013 CEDAR Workshop
  • Place of Presentation: Millennium Hotel, Boulder, Colorado, US
  • Year and Date: 20130622-28
  • Invited
• [Presentation] A case study on sodium atom layer variation induced by auroral particle precipitation (2013)
  • Author(s): T. T. Tsuda, S. Nozawa, T. D. Kawahara, T. Kawabata, N. Saito, S . Wada, Y. Ogawa, S. Oyama, C. M . Hall, M. Tsutsumi, M. K. Ejiri , S. Suzuki, T. Takahashi, and T . Nakamura
  • Organizer: 2013 CEDAR Workshop
  • Place of Presentation: Millennium Hotel, Boulder, Colorado, US
  • Year and Date: 20130622-28
• [Presentation] Coordinated observations with Na resonance scattering lidar and EISCAT radar at the EISCAT Tromsoe site (2013)
  • Author(s): T. Tsuda, S. Nozawa, N. Matuura, M. Tsutsumi, Y. Ogawa, S. Oyama , T. Takahashi, T. D. Kawahara, T. Kawabata, N. Saito, S. Wada, T. Nakamura, and R. Fujii
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2013年大会
  • Place of Presentation: 千葉県千葉市, 幕張メッセ
  • Year and Date: 20130519-24
• [Presentation] Resonance scattering lidar system at Syowa Station in Antarctica : Test observations of potassium layer in Japan (2013)
  • Author(s): T. Tsuda, M. Ejiri, M. Abo, T. D . Kawahara, and T. Nakamura
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2013年大会
  • Place of Presentation: 千葉県千葉市, 幕張メッセ
  • Year and Date: 20130519-24
• [Presentation] 南極昭和基地Naライダーデータを用いた熱圏ナトリウム層の研究 (2013)
  • Author(s): 津田卓雄, Xinzhao Chu, 中村卓司, 江尻省, 川原琢也
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2013年大会
  • Place of Presentation: 千葉県千葉市, 幕張メッセ
  • Year and Date: 20130519-24
• [Presentation] Lidar observations by NIPR (2013)
  • Author(s): T. T. Tsuda
  • Organizer: Workshop on Japan-USA Collaborative Arctic Studies
  • Place of Presentation: NIPR, Tachikawa, Japan
  • Year and Date: 2013-11-11