2013 Fiscal Year Annual Research Report
太陽極大期の高エネルギー粒子の降込みが極域中間圏大気に及ぼす影響の観測的研究
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23340145
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
水野 亮 名古屋大学, 太陽地球環境研究所, 教授 (80212231)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
長濱 智生 名古屋大学, 太陽地球環境研究所, 准教授 (70377779)
前澤 裕之 大阪府立大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (00377780)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 中間圏大気 / 極域 / リモートセンシング / 太陽活動 / 環境変動 |
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| Research Abstract |
本研究は、太陽活動に伴う高エネルギー粒子の降り込みによって引き起こされるイオン‐分子反応が地球の中層大気、特に中間圏の微量分子組成に与える影響を、H23年1月に南極昭和基地に設置した地上ミリ波分光計を用いた連続観測に基づき定量的に評価することを目的としている。
H25年度は、H24年度にひきつづき昭和基地でのNO観測を継続し、ほぼ２年にわたるNOのデータを取得した。H24年度の段階でNO強度の変化には秋から冬季にかけて月オーダーのタイムスケールで増加する長期変化と数日レベルの短期変動があることが明らかになったが、H25年度でも同時期にほぼ同じパターンの長期変化が観測され長期変化が太陽活動よりもむしろ地球上の要因で起こる季節変化であることが確認できた。NO強度と日照時間、および大気循環をよく示すCO分子の鉛直分布との比較の結果、長期変化には光化学反応が大きく関与していることが明らかになった。また、太陽活動に係わる数日間の短期的なNOの変動に関しては、極軌道を回る低高度衛星POES衛星のデータを用いてNO強度と太陽陽子および磁気嵐に伴う高エネルギー電子との相関を調べた。その結果、オーロラ帯に位置する昭和基地上空でのNOの変化には磁気嵐に伴う高エネルギー電子が太陽陽子よりも大きく関与していることが初めて明らかになった。また、H24年4月に観測された顕著なNOの増加イベントの詳細な解析により、磁気圏電子のdusk-dawn非対称性に起因する１日内の変動が見られることを初めて明らかにし、NOの生成が数時間レベルの短時間で起きていることが明らかになった。
また、年度当初に計画したブラジル磁気異常帯に隣接するアタカマ高地での観測は、天候不順と発電機の不具合により十分な観測を行うことができなかった。H26年度にはぜひ実施し、昭和基地でのNOの変化との比較研究を行いたい。
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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
観測面においては２年間の観測を通して経験とノウハウが蓄積でき、運用マニュアルも整備され、南極地域観測隊の越冬隊員への依頼観測でも安定に観測運用を行うことができるようになった。H24年度は昭和基地周辺でのブリザード発生頻度が高く、天候に伴う観測データ欠損が多かったが、H25年度は比較的好天に恵まれ、さらに観測窓に送風機で風を送ることにより観測窓の降霜の発生を抑えることができ、観測データの欠損を低減することができた。
データ解析面においては、2年間の観測を通して、昭和基地上空でのNO変動の基本的な傾向が明らかになり、変動要因がほぼ特定できたことは大きな進展であった。H24年度段階で予定よりやや遅れ気味であったデータ解析が大きく進展し、NOに関しては初期成果を投稿論文にまとめることができた。またオゾンの解析においても、強度校正の手法とリトリーバルプログラムが整備でき、２年間にわたる鉛直分布の時系列変化が得られ、極域の冬期に中間圏で見られるオゾン鉛直分布の「第３の極大」も明瞭に検出できた。ただし、オゾンの鉛直分布の時間変化と高エネルギー粒子のフラックスとの相関、NOの強度変化との相関にかかる解析はまだ十分な段階には達しておらず、来年度の課題である。H25年度に関しては、アタカマ高地での観測以外は、交付申請時に設定した実施項目はほぼ達成できおおむね順調に研究は進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の課題としては、(1)NOと並行して観測を進めてきたオゾンのデータ解析を進め、昭和基地上空での太陽活動の中層大気への影響を観測的に明らかにすること、(2)長期変化についてモデル計算との比較を行い、より定量的な理解を得ること、(3)ブラジル磁気異常帯に位置するアタカマでの観測を実施し、昭和基地のNOの変動との比較研究を行うこと、(4)観測をさらに継続させ、太陽活動が極大を越え徐々に衰えていく影響が長期変化等にもみられるかどうかを明らかにすること、等があげられる。
(1)のオゾン観測に関しては、H25年度まで日に４回、６時間毎の観測を行っていたが、光化学反応の影響を考える上で、観測間隔を短くした方がよいことがこれまでの暫定的なデータ解析から明らかになり、観測頻度を日に８回、３時間毎に変更することとした。(2)については、熱圏までの大気数値モデルとして定評のあるWACCMを用いた計算と比較を行い、長期変動成分のより詳しい理解と、それからの偏差である短期変動成分の定量的な解析精度を高めたい。(3)については、発電機等の問題でH25年度に実現できなかったが、今年度は発電機業者と問題点を洗い出し、観測を実現させたい。(4)については、さらに観測を継続し、太陽極小期までデータを取得して議論したい課題ではあるが、４年間でどの程度有意な傾向が見られるか見極めたい。
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[Journal Article] Variations of nitric oxide in the mesosphere and lower thermosphere over Antarctica associated with a magnetic storm in April 20122014
Author(s)
Isono, Y., A. Mizuno, T. Nagahama, Y. Miyoshi, T. Nakamura, R. Kataoka, M. Tsutsumi, M. K. Ejiri, H. Fujiwara, and H. Maezawa
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Journal Title
Geophysical Research Letters
Volume: 41
Pages: 2568-2574
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] Temporal variations of nitric oxide in the MLT region over Syowa Station2014
Author(s)
Isono, Y., A. Mizuno, T. Nagahama, Y. Miyoshi, R. Kataoka, M. Tsutsumi, M. K. Ejiri, H. Fujiwara, H. Maezawa, M. Uemura, and T. Nakamura
Organizer
南極昭和基地大型大気レーダー計画(PANSY)研究集会
Place of Presentation
Tokyo
Year and Date
20140310-20140311
Invited
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[Presentation] The short variation of nitric oxide in the MLT region associate with a magnetic storm on April2012 in Antarctica2013
Author(s)
Isono, Y., A. Mizuno, T. Nagahama, Y. Miyoshi, T. Nakamura, R. Kataoka, M. Tsutsumi, M. K. Ejiri, H. Fujiwara, andH. Maezawa
Organizer
International CAWSES-II Symposium
Place of Presentation
Nagoya
Year and Date
20131118-20131122
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[Presentation] The seasonal variation and the short-term variation of Nitric oxide in the MLT region at Syowa station2013
Author(s)
Isono, Y., A. Mizuno, T. Nagahama, Y. Miyoshi, T. Nakamura, R. Kataoka, M. Tsutsumi, M. K. Ejiri, H. Fujiwara, and H. Maezawa
Organizer
4th Symposium on Polar Science
Place of Presentation
Tachikawa
Year and Date
20131112-20131115
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