2022 Fiscal Year Annual Research Report
レーダ、カメラによる3D観測・解析を駆使したオーロラ3次元電流回路の高解像度復元
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21H01152
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | National Institute of Polar Research |
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Principal Investigator |
田中 良昌 国立極地研究所, 先端研究推進系, 准教授 (50425766)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小川 泰信 国立極地研究所, 共同研究推進系, 教授 (00362210)
門倉 昭 国立極地研究所, 先端研究推進系, 教授 (70185883)
細川 敬祐 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (80361830)
津田 卓雄 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (90444421)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | トモグラフィ / オーロラ / EISCAT / 3次元電流系 / 磁気圏電離圏結合 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでに開発・改良してきた一般化オーロラトモグラフィ解析ツールを、2018年2月18日に北欧の3観測点の単色光全天イメージャ（波長427.8nm）で撮影されたパッチ状脈動オーロラに適用し、オーロラ発光強度の3次元分布、並びに、降下電子フラックスのエネルギー分布の時空間変動を復元した。得られた解析結果をノルウェー・トロムソのEISCATレーダーで同時観測された電離圏電子密度の高度プロファイルと比較し、本手法がオーロラ3次元分布を推定するのに有効であることを明らかにした。
上記パッチ状脈動オーロラに対して、さらに波長557.7nmの画像データを加えて解析を行い、電離圏電気伝導度の3次元分布を推定した。同様の手法を用いることにより、今後EISCAT_3Dレーダーによって電離圏の電場分布が得られれば、3次元電流系を推定することが可能となった。
冬季にノルウェー・シーボトンの多波長全天イメージャによるオーロラの連続観測を実施した。ノルウェー・トロムソ、スウェーデン・アビスコ、フィンランド・キルピスヤルビ等に設置されているWatecイメージャやEMCCDイメージャと合わせて、オーロラトモグラフィ解析に利用可能なデータを取得した。取得したデータを分野標準フォーマットであるCommon Data Format（CDF）に変換し、ウェブサイトで公開した。
シミュレーションにより、EISCAT_3Dレーダー・多点イメージャネットワーク観測による多層アークのモデルデータを作成し、一般化オーロラトモグラフィ解析の模擬実験を行った。これにより、本手法が多層アークの復元にも有効であることが示され、2023年冬季以降のEISCAT_3Dレーダー観測開始に合わせた共同研究の準備が整った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
ノルウェー・シーボトンをはじめとする北欧のイメージャ観測点での多点オーロラ光学観測を実行して、オーロラトモグラフィ解析に利用可能な光学データを取得することができた。また、得られたデータを分野標準フォーマットであるCommon Data Format（CDF）に変換して公開し、容易にデータ解析できる環境を整備した。
他方で、コロナ禍の影響等によってEISCAT_3Dレーダーの建設が遅れており、未だ観測開始に至っていない。EISCAT_3Dレーダー・光学ネットワーク観測を模擬したシミュレーション研究を行う等、一般化オーロラトモグラフィ観測・解析の準備は整いつつあり、EISCAT_3Dレーダーの完成、観測開始が待たれる。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに取得したディスクリートオーロラの多点オーロラ画像データ、EISCAT UHFレーダーデータに一般化オーロラトモグラフィ解析ツールを適用し、オーロラ発光強度の3次元分布、降下電子フラックスのエネルギー分布の復元例を増やし、オーロラ3次元分布の時空間変動に関する新たな知見を得る。
得られたオーロラの3次元分布から電離圏電気伝導度の3次元分布を導出する。地磁気ネットワーク観測から電離圏等価電流系を導出し、電離圏電気伝導度と組み合わせて3次元電流系を推定する。推定した3次元電流系を磁気圏電離圏結合過程の観点から解釈し、新たな知見を得る。
北欧での多点オーロラ光学観測を継続し、EISCATレーダーとのオーロラ同時観測イベントを数多く取得する。得られたデータは、引き続きCommon Data Format（CDF）に変換して公開する。
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Research Products
(24 results)
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[Journal Article] Mesospheric ionization during substorm growth phase2022
Author(s)
Kiyoka Murase, Ryuho Kataoka, Takanori Nishiyama, Koji Nishimura, Taishi Hashimoto, Yoshimasa Tanaka, Akira Kadokura, Yoshihiro Tomikawa, Masaki Tsutsumi, Yasunobu Ogawa et al.
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Journal Title
Journal of Space Weather and Space Climate
Volume: 12
Pages: -
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Presentation] EISCAT_3D and Japan's Activities2022
Author(s)
小川泰信, 宮岡宏, 野澤悟徳, 橋本大志, 大山伸一郎, 西村耕司, 津田卓雄, 藤原均, 堤雅基, 田中良昌, 西山尚典, 吹澤瑞貴, 中村卓司, 藤井良一, Heinselman Craig
Organizer
地球電磁気・地球惑星圏学会第152回総会・講演会
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[Presentation] Reconstruction of precipitating electrons and three-dimensional structure of a pulsating auroral patch from monochromatic auroral images2022
Author(s)
Mizuki Fukizawa, Takeshi Sakanoi, Yoshimasa Tanaka, Yasunobu Ogawa, Keisuke Hosokawa, Bjorn Gustavsson, Kirsti Kauristie, Alexander Kozlovsky, Tero Raita, Urban Brandstrom, Tima Sergienko
Organizer
The 13th Symposium on Polar Science
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[Presentation] EISCAT_3D and Japan's Activities2022
Author(s)
Yasunobu Ogawa, Hiroshi Miyaoka, Satonori Nozawa, Taishi Hashinmoto, Shin-ichiro Oyama, Koji Nishimura, Takuo Tsuda, Hitoshi Fujiwara, Masaki Tsutsumi, Yoshimasa Tanaka, Takanori Nishiyama, Mizuki Fukizawa, Takuji Nakamura, Ryoichi Fujii, Heinselman Craig
Organizer
The 13th Symposium on Polar Science
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[Presentation] Reconstruction of precipitating electrons and three-dimensional structure of a pulsating auroral patch from monochromatic auroral images obtained from multiple observation points2022
Author(s)
Mizuki Fukizawa, Takeshi Sakanoi, Yoshimasa Tanaka, Yasunobu Ogawa, Keisuke Hosokawa, Bjorn Gustavsson, Kirsti Kauristie, Alexander Kozlovsky, Tero Raita, Urban Brandstrom, Tima Sergienko
Organizer
20th International EISCAT Symposium and 15th Intenational Workshop on Layered Phenomena in the Mesopause Region (LPMR)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Studies of pulsating aurorae: simultaneous observations with the Arase satellite and optical instruments in the Arctic2022
Author(s)
Hosokawa, K., Y. Miyoshi, M. Ozaki, S.-I. Oyama, Y. Ogawa, S. Kurita, Y. Kasahara, Y. Kasaba, S. Yagitani, S. Matsuda, F. Tsuchiya, A. Kumamoto, R. Kataoka, K. Shiokawa, Y. Tanaka, S. Nozawa, M. Teramoto, I. Shinohara, R. Fujii
Organizer
Seventh International Symposium on Arctic Research (ISAR-7)
Int'l Joint Research
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