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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

Research Project

Project/Area Number 15H03733
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

三好 勉信  九州大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (20243884)

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)
Project Period (FY) 2015-04-01 – 2019-03-31
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
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。

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。

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。

  • Research Products

    (24 results)

All 2016 2015

All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results) Presentation (21 results) (of which Int'l Joint Research: 8 results,  Invited: 3 results)

  • [Journal Article] Impacts of sudden stratospheric warming on general circulation of the thermosphere2015

    • Author(s)
      Miyoshi, Y., H. Fujiwara, H. Jin, and H. Shinagawa
    • Journal Title

      Journal of Geophysical Research

      Volume: 120 Pages: 10,897-10,912

    • DOI

      10.1002/2015JA021894

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] West wall structuring of equatorial plasma bubbles simulated by three-dimensional HIRB model2015

    • Author(s)
      Yokoyama, T., H. Jin, and H. Shinagawa
    • Journal Title

      Journal of Geophysical Research

      Volume: 120 Pages: 8810-8816

    • DOI

      10.1002/2015JA021799

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [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,
    • Journal Title

      Geophysical Research Letters

      Volume: 42 Pages: 6560-6565

    • DOI

      10.1002/2015GL065671

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 全大気圏-電離圏結合モデルGAIAを用いたプラズマバブル発生確率予測2016

    • Author(s)
      品川裕之, 陣英克, 三好勉信, 藤原均, 横山竜宏, 大塚雄一
    • Organizer
      電磁圏物理学シンポジウム
    • Place of Presentation
      九州大学西新プラザ
    • Year and Date
      2016-03-09 – 2016-03-09
  • [Presentation] 長期シミュレーションを用いた成層圏昇温時の熱圏・電離圏変動2016

    • Author(s)
      陣英克, 三好勉信, 藤原均, 品川 裕之
    • Organizer
      第29回大気圏シンポジウム
    • Place of Presentation
      宇宙科学研究所
    • Year and Date
      2016-03-07 – 2016-03-09
  • [Presentation] 熱圏大気密度研究の現状とSLATSへの期待2016

    • Author(s)
      三好勉信
    • Organizer
      超低高度衛星利用に向けたワークショップ
    • Place of Presentation
      JAXA東京事務所
    • Year and Date
      2016-02-29 – 2016-02-29
  • [Presentation] Vertical atmospheric coupling studied with a whole atmosphere-ionosphere coupled model GAIA2016

    • Author(s)
      Jin, H., Y. Miyoshi, H. Fujiwara, and H. Shinagawa
    • Organizer
      International Symposium PSTEP-1
    • Place of Presentation
      名古屋大学
    • Year and Date
      2016-01-13 – 2016-01-15
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Estimation of Occurrence Probabilities of Plasma Bubbles and Sporadic E layers Using GAIA2016

    • Author(s)
      Shinagawa, H., H. Jin, Y. Miyoshi, H. Fujiwara, and T. Yokoyama
    • Organizer
      International Symposium PSTEP-1
    • Place of Presentation
      名古屋大学
    • Year and Date
      2016-01-13 – 2016-01-15
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 高精細プラズマバブルシミュレーションと全球大気圏電離圏モデルの結合2015

    • Author(s)
      横山竜宏, 陣英克, 品川裕之, 三好勉信, 藤原均
    • Organizer
      地球電磁気・地球惑星圏学会第138回総会・講演会
    • Place of Presentation
      東京大学
    • Year and Date
      2015-10-31 – 2015-11-03
  • [Presentation] 地磁気静穏時の極域電離圏・熱圏擾乱2015

    • Author(s)
      藤原均,三好勉信,陣英克,品川裕之,野澤悟徳, 小川泰信,片岡龍峰
    • Organizer
      地球電磁気・地球惑星圏学会第138回総会・講演会
    • Place of Presentation
      東京大学
    • Year and Date
      2015-10-31 – 2015-11-03
  • [Presentation] 高分解能版GAIAを用いた熱圏重力波の研究2015

    • Author(s)
      三好勉信,藤原均,陣英克,品川裕之
    • Organizer
      地球電磁気・地球惑星圏学会第138回総会・講演会
    • Place of Presentation
      東京大学
    • Year and Date
      2015-10-31 – 2015-11-03
    • Invited
  • [Presentation] GAIAを用いたプラズマバブル出現確率予測2015

    • Author(s)
      品川裕之, 陣 英克, 三好勉信, 藤原均, 横山竜宏
    • Organizer
      地球電磁気・地球惑星圏学会第138回総会・講演会
    • Place of Presentation
      東京大学
    • Year and Date
      2015-10-31 – 2015-11-03
  • [Presentation] 中性大気密度モデル(GAIAモデル)の研究2015

    • Author(s)
      三好勉信, 藤原均, 東尾奈々
    • Organizer
      第59回宇宙科学技術連合講演会
    • Place of Presentation
      鹿児島県民交流センター
    • Year and Date
      2015-10-07 – 2015-10-09
  • [Presentation] GAIAを用いた電離圏擾乱予測2015

    • Author(s)
      品川裕之, 陣英克, 三好勉信, 藤原均, 横山竜宏
    • Organizer
      STEシミュレーション研究会
    • Place of Presentation
      京都大学学術情報メディアセンター
    • Year and Date
      2015-09-29 – 2015-09-29
  • [Presentation] 低高度衛星観測から期待される超高層大気研究の進展2015

    • Author(s)
      藤原均
    • Organizer
      第2回「超低高度衛星の利用に向けた超高層大気ワークショップ」
    • Place of Presentation
      情報通信研究機構
    • Year and Date
      2015-09-02 – 2015-09-02
    • Invited
  • [Presentation] Estimation of occurrence probability of plasma bubbles using GAIA2015

    • Author(s)
      Shinagawa, H, H. Jin, Y. Miyoshi, H. Fujiwara, and T. Yokoyama
    • Organizer
      AOGS 12th Annual Meeting
    • Place of Presentation
      Singapore
    • Year and Date
      2015-08-02 – 2015-08-07
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Investigation of Weather and Climate in the Polar Upper Atmosphere from Observations with the EISCAT Radar System and Simulations with a Whole Atmosphere GCM2015

    • Author(s)
      Fujiwara, H., S. Nozawa, Y. Ogawa, R. Kataoka, Y. Miyoshi, H. Jin, and H. Shinagawa
    • Organizer
      AOGS 12th Annual Meeting
    • Place of Presentation
      Singapore
    • Year and Date
      2015-08-02 – 2015-08-07
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Impact of stratospheric sudden warming on the general circulation in the MLT region simulated by a whole atmosphere mocel2015

    • Author(s)
      Miyoshi, Y., H. Fujiwara, H. Jin, and H. Shinagawa
    • Organizer
      26th IUGG General Assembly
    • Place of Presentation
      Prague Czech Republic
    • Year and Date
      2015-06-22 – 2015-07-02
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Long-term trend of the mesosphere and thermosphere simulated by a whole atmsopehre-ionsophere coupled model (GAIA)2015

    • Author(s)
      Miyoshi, Y., H. Jin, H. Fujiwara, and H. Shinagawa
    • Organizer
      26th IUGG General Assembly
    • Place of Presentation
      Prague Czech Republic
    • Year and Date
      2015-06-22 – 2015-07-02
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 極域熱圏・電離圏の基本構造2015

    • Author(s)
      藤原均,三好勉信,陣英克,品川裕之,野澤悟徳, 小川泰信,片岡龍峰
    • Organizer
      日本地球惑星科学関連学会連合大会
    • Place of Presentation
      千葉市幕張メッセ
    • Year and Date
      2015-05-24 – 2015-05-28
  • [Presentation] Introduction of long-term whole atmosphere-ionosphere simulation2015

    • Author(s)
      陣英克, 三好勉信,藤原均,品川裕之, 松尾朋子
    • Organizer
      日本地球惑星科学関連学会連合大会
    • Place of Presentation
      千葉市幕張メッセ
    • Year and Date
      2015-05-24 – 2015-05-28
  • [Presentation] GAIAを用いたスポラディックE層出現特性の解析2015

    • Author(s)
      品川裕之, 三好勉信,陣英克, 藤原均
    • Organizer
      日本地球惑星科学関連学会連合大会
    • Place of Presentation
      千葉市幕張メッセ
    • Year and Date
      2015-05-24 – 2015-05-28
  • [Presentation] Long-term trend of the thermosphere caused by anthropogenic increase of greenhouse gasses simulated by the GAIA2015

    • Author(s)
      Y.miyoshi, H. Jin, H. Fujiwara, and H. Shinagawa
    • Organizer
      ISAR-4(ASSW)
    • Place of Presentation
      富山国際会議場
    • Year and Date
      2015-04-27 – 2015-04-30
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Effects of the recent Arctic sea-ice reduction on the vertical coupling process between the tropsophere abd stratosphere2015

    • Author(s)
      Miyoshi, Y., Y. Ogawa, Y. Tomikawa, J. Ukita, T. Nakamura, K. Yamazaki, M. Honda, and K. Iwamoto
    • Organizer
      ISAR-4(ASSW)
    • Place of Presentation
      富山国際会議場
    • Year and Date
      2015-04-27 – 2015-04-30
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2017-01-06  

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