2015 Fiscal Year Annual Research Report
高分解能版大気圏・電離圏モデルによる熱圏重力波の研究
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15H03733
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
三好 勉信 九州大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (20243884)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
品川 裕之 国立研究開発法人情報通信研究機構, 電磁波計測研究所宇宙環境インフォマティクス研究室, 短時間研究員 (00262915)
藤原 均 成蹊大学, 理工学部, 教授 (50298741)
陣 英克 国立研究開発法人情報通信研究機構, 電磁波計測研究所宇宙環境インフォマティクス研究室, 主任研究員 (60466240)
フイシン リュウ 九州大学, 国際宇宙天気科学・教育センター, 准教授 (70589639)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 超高層大気環境 / 大気上下結合 / 数値シミュレーション / 大気重力波 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
下層大気起源の大気重力波が熱圏・電離圏変動におよぼす影響について，われわれのグループで開発した対流圏から熱圏・電離圏までを含むモデル（GAIA）による数値シミュレーションにより調べた。まず，下層大気起源の大気重力波により引き起こされる熱圏での重力波抗力や重力波活動度を調べた。重力波抗力や重力波活動度は，成層圏突然昇温の前後で大きく変動することが分かったので，北半球冬季の成層圏突然昇温時に注目して解析を行った。その結果，成層圏突然昇温時の極夜ジェットの急激な変化に伴い，対流圏から熱圏への大気重力波の伝播経路が大きく影響を受けることが分かった。さらに，成層圏・中間圏の極夜ジェット付近での大気重力波の砕波により二次的な重力波が生成され，この二次的重力波が熱圏まで伝播して，熱圏の大気循環に影響することも明らかとなった。熱圏での大気重力波は，成層圏での大気大循環変動の影響を強く受けることが明らかとなった。より定量的に明らかにするため，春季や秋季についても同様の解析を引き続き解析を続けることとなった。より分解能の良いモデル(水平分解能約50km)の開発を行い，6月の条件での数値シミュレーションに成功した。このモデルを用いることで，従来にくらべてより水平スケールの小さな重力波の影響を見積もることが可能となった。
GAIAモデルで得られたE層での電子密度の収束率とスポラディックE層の発生頻度の比較を行った。大気重力波に伴う東西風変動が原因で，局所的に大きな東西風の鉛直シアーが生じ，電子密度の収束率に影響することが明らかとなった。大気重力波などの大気波動が電離圏変動におよぼす影響を，さらに調べる必要があることがわかった。
高度260kmでのGOCE衛星による西風の観測結果とGAIAモデルで得られた中東西風変動との比較・検証を行い、GAIAモデルの再現性が確認できた。
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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
対流圏から熱圏・電離圏までを含むモデル（GAIA）による数値シミュレーションを実行し，下層大気起源の大気重力波が熱圏におよぼす影響について調べることができた。北半球冬季においては，対流圏や成層圏の大気大循環変動に伴い，熱圏まで伝播する大気重力波の活動度が変化し，熱圏大気循環にも影響をおよぼすことを示すことができた。ただ，春季や秋季における解析については，平成27年度内に行うことができず，平成28年度に実施することとなった。より高水平分解能GAIAモデル(水平分解能50km)の開発に着手し，高分解能版GAIAでの計算結果が出たことは，今後の研究を進める上で非常な前進であると考えられる。さらに，電離圏への影響として，GAIAモデル結果と観測されるスポラディックE層の発生頻度との比較・検証を行うことができた。この結果から，大気重力波などの大気波動が電離圏変動におよぼす影響についても調べることができた。また，衛星観測結果との比較を行うことができGAIAモデルの結果の検証ができた。
成果公表として，解析結果を国際誌(J. G. R) に発表することができた。IUGGといった当該分野では規模の大きな国際会議で招待講演できた意義は大きい。さらに，国内学会でも招待講演を行ったほか，多くの国際学会・国内学会で研究成果を発表できた。このようにおおむね順調に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度に引き続き，対流圏から熱圏・電離圏までを含むモデル（GAIA）による数値シミュレーション結果について，更なる解析を行い，さまざまな季節において，熱圏大気重力波が熱圏大気循環におよぼす影響について解析を行う。昨年度に解析のできなかった，春季や秋季における熱圏大気重力波のふるまいを明らかにする。さらに，太陽活動極大期や標準的な太陽活動時期における熱圏大気重力波の活動度を調べることで，熱圏大気重力波に関する一般的な描像を明らかにする。水平分解能を良くしたGAIAモデルについては，昨年度に引き続き開発を続行し，長期積分が可能なモデルとして完成させる。同時に，6月以外の時期における数値シミュレーション結果の解析を行い，従来のGAIAモデルの結果と比較・検討する。熱圏大気重力波と電離圏変動との関連では，スポラディックE層についてのGAIAモデルと観測との比較について，解析年数を増やして検証を行う。さらに，赤道域のF層で発生するプラズマバブルに関しては，GAIAモデルで得られたプラズマバブルの発達率と観測されるプラズマバブルの発生頻度との比較・検証を行い，大気重力波をはじめとする大気波動がプラズマバブルの発生におよぼす影響について解析を行う。衛星観測結果との比較を適宜行い，GAIAモデル結果の検証を行うことで，GAIAモデルの正当性の確保に努める。
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[Journal Article] Observations of a large-scale gravity wave propagating over an extremely large2015
Author(s)
Guo, J., J. Forbes, F. Wei, X. Feng, Huixin Liu, W. Wan, Z. Yang, and C. Liu, B. Amery,
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Journal Title
Geophysical Research Letters
Volume: 42
Pages: 6560-6565
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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