2021 Fiscal Year Research-status Report
宇宙災害回避のためのシューマン共鳴による電離圏モニタリングシステムの開発
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19K03956
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| Research Institution | Kagoshima National College of Technology |
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Principal Investigator |
池田 昭大 鹿児島工業高等専門学校, 一般教育科, 准教授 (90582833)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉川 顕正 九州大学, 理学研究院, 教授 (70284479)
藤本 晶子 九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 准教授 (40578803)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | シューマン共鳴 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では宇宙災害回避のため、地上磁場変動に現れる8.0Hz程度のシューマン共鳴(SR)を用い、SRの応答から下部電離圏の変動を調査する。さらに、電離圏モニタリングシステムを構築することを目的としている。
令和3年度は、大分県久住町の長期間にわたる誘導磁力計データから、経験モデルを作成するため、日変動などの特性を固有振動（基本波）に加え二次高調波も含めて再検討した。基本波と二次高調波の両者に半年周期、1年周期の変動が見られ、特に1年周期はH成分（北向き成分）、D成分（東向き成分）の両者を含めて確認された。また、季節変化についても、夏場のピークなどを取る成分が確認された。SRの1日変化は全世界の雷活動が活発な地域の雷活動がピークとなる時間帯にSRの強度もピークを取ることが知られており、久住のデータからはアフリカ、北米、オーストラリア、東南アジアとの対応が良かった。さらに、アフリカなどの雷活動がピークを取る時間帯（世界標準時で15時ごろ）のみのSR変動を取り出すと、その季節変化はアフリカの雷活動の特徴と一致を見せた。季節変化を除去したシューマン共鳴の長期変化は、太陽の極紫外線と良い対応を見せ、本研究により明らかになっていたEUVとシューマン共鳴H成分の基本波周波数との対応に加え、基本波のD成分周波数、二次高調波のH成分周波数も良い対応を取ることが確認された。
以上の特徴を捉えつつ、経験モデルの作成を進めた。捉えた特徴から周期性を持つ関数を作成し、非線形回帰モデルによりシューマン共鳴の日変化をある程度再現できた。
また、電離圏モニタリングシステムの開発では、大分県久住町の誘導磁力計データの保守作業に努めている。データ転送のオンライン化を進めているが、COVID-19感染防止の観点から、現地での設置作業は進まなかった。データロガーのセットアップなどは終えている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
令和3年度までの活動によって、大分県久住町で観測されるシューマン共鳴の強度は、その日変化が主に雷活動の活発な地域（アフリカ、北米、オーストラリア、東南アジア）と対応してピークを持つことが分かった。さらに二次高調波を加えて調査を進め、二次高調波についても全世界の雷活動との対応や、日変化、季節変化などの特徴が明らかとなった。
太陽フレアやSPE（太陽プロトンイベント）についても、シューマン共鳴がよく反応を見せることがわかり、その特徴も一部とらえることに成功している。さらに定量的な調査を進めるためには、シューマン共鳴の背景変化を除去する必要があるため、引き続き経験モデルの構築を進めている。非線形回帰モデルにより、シューマン共鳴H成分（北向き成分）基本波の経験モデルは作成が順調に進んでおり、ある程度モデルから観測値を再現できている。モデルにはこれまでの解析から明らかとなった周期成分などを組み込んだ。
シューマン共鳴の解析を進めると共に、シューマン共鳴を用いた電離圏モニタリングシステムを構築するため、久住町の誘導磁力計データのオンライン化を進めている。これまでの活動により、久住観測点のオンライン化に向けたデータロガーの準備などはできたが、COVID-19感染拡大防止の観点から、出張が困難な状況が続き、また研究代表者のコロナ対応関係の業務が拡大し、設置作業が滞っている。必要機器のセッティング等は進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究で、大分県久住町のシューマン共鳴の変動特性が二次高調波も含めて明らかとなった。また、太陽フレアとSPE（太陽プロトンイベント）に対しても、シューマン共鳴がよく応答することが分かった。令和4年度は、シューマン共鳴の経験モデルをH成分（北向き成分）とD成分（東向き成分）の基本波・二次高調波に対して引き続き作成する。これにより、太陽フレア、SPEに対して、定量的な議論を深められるように計画を進める。また、太陽フレアなどの解析イベントを増やし、統計的な調査を行う。定量的な議論では、太陽フレアやSPEに対する下部電離圏の電子密度の変化の割合を推定できるようになる。また、統計的な調査からは、下部電離圏の応答の傾向をより詳細に把握することができる。
シューマン共鳴を用いたモニタリングシステムの開発では、COVID-19感染拡大の影響によりオンライン化作業などに遅れが生じているが、感染拡大状況を注視しつつ、共同研究者やその他の協力者と協力して計画を進める。
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| Causes of Carryover |
COVID-19感染拡大防止の観点から、当初予定していた出張ができなかった。また、参加を予定していた学会がオンライン開催となり出張費が必要無くなったものもあった。
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Research Products
(3 results)
