2021 Fiscal Year Annual Research Report
Comprehensive picture of atmospheric circulation of Venus revealed by AKATSUKI data assimilation
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19H05605
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
林 祥介 神戸大学, 理学研究科, 教授 (20180979)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高木 征弘 京都産業大学, 理学部, 教授 (00323494)
榎本 剛 京都大学, 防災研究所, 教授 (10358765)
はしもと じょーじ 岡山大学, 自然科学学域, 教授 (10372658)
杉本 憲彦 慶應義塾大学, 法学部(日吉), 教授 (10402538)
今村 剛 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (40311170)
堀之内 武 北海道大学, 地球環境科学研究院, 教授 (50314266)
石渡 正樹 北海道大学, 理学研究院, 教授 (90271692)
三好 建正 国立研究開発法人理化学研究所, 計算科学研究センター, チームリーダー (90646209)
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| Project Period (FY) |
2019-06-26 – 2024-03-31
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| Keywords | 金星大気 / 金星大気大循環モデル / スーパーローテーション / データ同化 / 金星探査機「あかつき」 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
観測継続中の「あかつき」に対し雲風ベクトルデータの生成更新を継続した。モデルの改良とデータ同化の標的とするための特徴量抽出としては、LIR（中間赤外）データを用いて夜間も含む全ての時刻での雲頂風速を求めることに成功し、平均子午面構造と熱潮汐波構造を明らかにした。さらに、LIR データによる雲頂でのあるいは電波掩蔽観測による鉛直方向の温度情報からは、それぞれ、惑星規模波動や内部重力波の振動数・緯度分布構造が抽出できた。
力学モデル開発に関しては、熱潮汐波による東西流加速・減速経度領域から、内部重力波の自発的放射が発生していることを超高解像度実験によって発見、それによる運動量鉛直輸送の可能性を示唆した。また、4～5日周期の大規模波動擾乱の励起には、赤道ケルビン波と中高緯度ロスビー波の不安定結合の寄与が明らかになってきた。さらに、前年度に構築した簡易版雲物理過程を実装したモデルによって、赤道ケルビン波による温度変動が雲の濃淡をもたらしている可能性を示した。
力学的データ同化に関しては、前年度の考察を継続し、より現実的な疑似観測データを用いての観測システムシミュレーション実験を実施し、赤道ケルビン波の東西平均流変動に与えるインパクト調査を行った。また、データ同化システムを活用した擾乱解析手法である、成長度（Bred Vector）調査を行うための予備実験に着手した。
雲と放射モデルに関しては、CO、H2O、H2SO4 を含む子午面物質循環モデルを構築した。子午面内における物質分布は子午面循環によって大きく変わることを示され、観測される物質の子午面分布に基づいて大気循環を推定する道が開かれた。雲画像データ同化に向けては、機械学習を用いる方法や非線型最適化手法、複素数ネットワークに基づく情報の最適輸送理論の適用などについて検討を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
[観測と解析]「あかつき」データの精錬と大気諸相の特徴抽出は順調に進んでいる。金星大気の特徴抽出の大きな成果としては、LIRデータを用いて夜間をも含む全ての時刻（ローカルタイム）での雲頂付近の風速と温度情報を求めることに成功したことであろう。一方、電波掩蔽観測の解析による内部重力波活動度の子午面分布の抽出もモデルの検証や改良に大きく役立つ成果である。
[データ同化システム (ALEDAS-V)] 力学モデルを用いた同化システムは順調に稼働している。データ同化システムを用いた擾乱解析手法である Bred Vector 解析についても順調にノウハウが蓄積されつつある。雲と放射モデルの実装実験が遅れているため、画像データ同化にはまだ着手できていないが，そのための予備的なデータ同化手法に関する検討は進められた。
[モデル（AFES-V）開発と同化実験]力学モデルの開発と数値実験は順調に進められており、特に、熱潮汐波や短周期大規模擾乱などの波動構造の解析は大きく進展しつつある。雲追跡風ベクトルデータを用いての、熱潮汐波や赤道ケルビン波などの観測を標的にしたデータ同化実験に着手した。その予備的な実験として、ケルビン波を用いた観測システムシミュレーション実験については論文化することができた。雲（物質循環）・放射モデルの開発と実装は遅れている。当該問題を担当する予定であった本課題雇用の研究員が健康上の理由でダウンし、１年程度の期間療養を試みたが回復できなかったことによる。結果、令和４年度に予算を一部繰越し、研究員を新たに雇用して雲放射モデルの実装に着手することとした。物質循環モデルとしての雲モデルは平均子午面モデルまで到達したが、3次元モデルへの実装と数値実験はまだ試験段階である。
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| Strategy for Future Research Activity |
「あかつき」観測に引き続き寄与しその解析に貢献することで観測からの情報を増やすこと、一方、モデル（AFES-Venus）の開発と数値実験を進めモデル金星大気の振る舞いを掌握すること、観測とモデルを接続するデータ同化システム（ALEDAS-V）の開発と改良を進めること、以上を再帰的に進めることによって「『あかつき』金星気象データセット」に至り、大気擾乱の存在と構造、物質輸送と雲構造を探求し、金星大気の子午面循環と角運動量輸送を掌握、スーパーローテーションの謎に迫る。
幸運なことに「あかつき」観測は継続しており、10年スケールの長期変動の解析も視野に入ってきている。観測からの特徴量・構造の抽出としては、スーパーローテーションや大規模波動スペクトルの長期変化も標的になるだろう。大気構造の緯度-高度分布とその変動性、熱潮汐波の構造、大気重力波の分布などが、データ同化に供するべき基礎情報として期待できる。
比較的順調な力学モデルの開発と数値実験、データ同化実験に関しては令和3年度までの活動を継承発展させ、「『あかつき』金星気象データセット」としての初プロダクトである、力学同化による金星大気場解析データセットを生成することを目指す。データ同化システムを用いた擾乱解析も軌道に載せたい。また、遅れている雲・放射モデルの開発に注力し、大循環モデルへの実装を目指す。並行して画像データを用いたデータ同化手法の検討を引き続き進める。さらに、モデルが表現する子午面（東西平均）構造の評価にデータ同化手法を用いる方策の検討に着手する。
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[Journal Article] The nightside cloud-top circulation of the atmosphere of Venus2021
Author(s)
Fukuya Kiichi、Imamura Takeshi、Taguchi Makoto、Fukuhara Tetsuya、Kouyama Toru、Horinouchi Takeshi、Peralta Javier、Futaguchi Masahiko、Yamada Takeru、Sato Takao M.、Yamazaki Atsushi、Murakami Shin-ya、Satoh Takehiko、Takagi Masahiro、Nakamura Masato
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Journal Title
Nature
Volume: 595
Pages: 511～515
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] 熱潮汐波に着目したあかつき水平風速のデータ同化と客観解析データ作成の試み2021
Author(s)
藤澤 由貴子, 村上 真也, 杉本 憲彦, 高木 征弘, 今村 剛, 堀之内 武, はしもと じょーじ, 石渡 正樹, 榎本 剛, 三好 建正, 林 祥介
Organizer
JpGU 2021, Online
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[Presentation] あかつき観測から得られる水平風速を用いた客観解析データ作成の試み2021
Author(s)
藤澤 由貴子, 村上 真也, 杉本 憲彦, 高木 征弘, 今村 剛, 堀之内 武, はしもと じょーじ, 石渡 正樹, 榎本 剛, 三好 建正, 林 祥介
Organizer
日本惑星科学会秋季講演会2021, Online
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[Presentation] 金星大気の新しい衛星観測計画に向けた観測システムシミュレーション実験2021
Author(s)
藤澤 由貴子, 杉本 憲彦, 阿部 未来, 細野 朝子, 白坂 翠萌, 安藤 紘基, 高木 征弘, Ao Chi, Garate Lopez Itziar, Lebonnois Sebastie, 山本 智貴, 川端 洋輔, 五十里 哲, 今村 剛, 山本 勝, 村上 真也, 今井 正尭, 神山 徹
Organizer
日本惑星科学会秋季講演会2021, Online
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[Presentation] 熱潮汐波に着目したあかつき水平風速のデータ同化 ― 金星客観解析データ作成の試み―2021
Author(s)
藤澤 由貴子, 村上 真也, 杉本 憲彦, 高木 征弘, 今村 剛, 堀之内 武, はしもと じょーじ, 石渡 正樹, 榎本 剛, 三好 建正, 林 祥介
Organizer
日本気象学会2021年度秋季大会, 三重大学＋Online
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[Presentation] 金星探査機「あかつき」の水平風速を用いた客観解析データ作成の試み2021
Author(s)
藤澤 由貴子, 村上 真也, 杉本 憲彦, 高木 征弘, 今村 剛, 堀之内 武, はしもと じょーじ, 石渡 正樹, 榎本 剛, 三好 建正, 林 祥介
Organizer
地球電磁気・地球惑星圏学会 第150回総会及び講演会（2021年秋学会）Online
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