極域熱圏加熱の起源の解明：光と電波を用いた統合高解像度イメージング観測

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22H01283
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 大山 伸一郎 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 講師 (20444424)
• 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) ; 坂野井 健 東北大学, 理学研究科, 准教授 (80271857) ; 細川 敬祐 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (80361830)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2027-03-31
• Keywords: 超高層大気 / 熱圏 / 電離圏 / オーロラ

Outline of Annual Research Achievements

本研究はオーロラによる極域熱圏の加熱（温度上昇）と膨張（上昇流発生と水平風加速）との関係を観測データから解き明かすことを目的としている。これまでの理論・シミュレーション研究によって、この加熱と膨張の定量的理解の根源は数十～百km規模（メソスケール）のオーロラと電離圏イオン速度の空間構造にあることが示された。しかし電離圏・熱圏・オーロラの同時高分解能観測（とりわけ熱圏観測）の難しさから、観測実証はできていない。
本事業の開始以降、北欧で運用する光学干渉計（FPI）、オーロラカメラ（ASI）、欧州非干渉散乱レーダー（EISCAT）を用いた観測実験を実施してきた。その活動で取得したデータとともに、過去10年以上にわたり蓄積された観測データの解析を行った。
本科研費予算を用いて北欧の観測施設を訪問し、メンテナンスを行うことで装置を最良の状態に維持した。その結果、継続的に良好なデータを取得できた。1-2年後に本格運用が始まるEISCAT_3Dレーダーとのより良い共同観測体制を構築するために、本科研費予算を使って人員を現地に派遣し、光学観測装置の設置拠点を移動させた。
観測実験およびアーカイブされたデータの解析研究から、例えば、熱圏風速の地磁気活動度と惑星間空間磁場に対する依存性、磁気嵐に伴う過去最大の風速を査読付き誌上論文に発表した。これら以外にも成果リストに記載したように多数の論文・学会発表を本科研費予算を用いて実施した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初計画は、2023年度前期（計画年度2年目）までに既存データの解析を通して、同年度後期から始まる SDI-EISCAT_3D-ASI総合観測実験の計画立案を実施することになっていた。既存データの解析と観測計画の立案は、概ね予定通りに進められた。一方、SDIとEISCAT_3Dの観測開始が遅れており、2023年度後期に実施予定だった観測活動は、予定の一部しかできなかった。
しかし、3機設置するSDIの内、1機の設置が2023年度末に完了し、観測を開始できた。残り2機の設置と観測開始を2024年8-9月に行えられる目途を2023年度中に立てることができた。EISCAT_3Dの運用開始は2024年度以降になるものの、現行のEISCATレーダーがそれまで稼働するので、SDIが full scale 観測を始める 2024年9月以降は、現行レーダーを用いた総合観測を実施し、2024年度の研究目標を達成させる。

Strategy for Future Research Activity

2024年度始め（4-5月）に北欧の観測拠点および共同研究機関を訪問し、2024年9月に開始するSDIを用いた総合観測実験の準備（装置の運用体制や観測モードの確認）を行う。またEISCATレーダー運用時間の申請を実施する。2024年7-8月にノルウェーで開催される国際学会に参加し、これまでに本事業で得られた解析結果を発表する。その後、フィンランドを訪問し、2機のSDIを含む装置の設置作業を行い、それ以降の毎年冬から春まで観測装置を運用する。
2024年5月と11月に開催される国内学会、2024年12月に米国で開催される国際学会で成果発表を行う。

Research Products

• [Journal Article] Longitudinal Development of Cosmic Noise Absorption Based on Multipoint Observations at Subauroral Latitudes During Storm‐Time Substorms on 25-28 August 2018 (2024)
  • Author(s): Kato Yuto、Shiokawa Kazuo、Tanaka Yoshimasa、Ozaki Mitsunori、Kadokura Akira、Oyama Shin‐ichiro、Oinats Alexey、Connors Martin、Baishev Dmitry
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research: Space Physics Volume: 129 Pages: n/a
  • DOI: 10.1029/2023JA031950
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Thermospheric Wind Response to March 2023 Storm: Largest Wind Ever Observed With a Fabry‐Perot Interferometer in Tromsoe, Norway Since 2009 (2024)
  • Author(s): Oyama S.、Vanhamaki H.、Cai L.、Shinbori A.、Hosokawa K.、Sakanoi T.、Shiokawa K.、Aikio A.、Virtanen I. I.、Ogawa Y.、Miyoshi Y.、Kurita S.、Nishitani N.
  • Journal Title: Space Weather Volume: 22 Pages: n/a
  • DOI: 10.1029/2023SW003728
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Statistical Analysis of Low‐Latitude Boundary of Polar‐Type Medium‐Scale Traveling Ionospheric Disturbances Observed by a 630‐nm Airglow Imager at Nyrola, Finland (2024)
  • Author(s): Sato Masaki、Shiokawa Kazuo、Oyama Shin‐ichiro、Otsuka Yuichi、Shinbori Atsuki、Oksanen Arto
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research: Space Physics Volume: 129 Pages: n/a
  • DOI: 10.1029/2023JA032077
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Geomagnetic activity dependence and dawn-dusk asymmetry of thermospheric winds from 9-year measurements with a Fabry-Perot interferometer in Tromsoe, Norway (2023)
  • Author(s): Oyama Shin-ichiro、Aikio Anita、Sakanoi Takeshi、Hosokawa Keisuke、Vanhamaki Heikki、Cai Lei、Virtanen Ilkka、Pedersen Marcus、Shiokawa Kazuo、Shinbori Atsuki、Nishitani Nozomu、Ogawa Yasunobu
  • Journal Title: Earth, Planets and Space Volume: 75 Pages: n/a
  • DOI: 10.1186/s40623-023-01829-0
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] IMF Dependence of Midnight Bifurcation in the Thermospheric Wind at an Auroral Latitude Based on Nine Winter Measurements in Tromsoe, Norway (2023)
  • Author(s): Oyama S.、Hosokawa K.、Vanhamaki H.、Aikio A.、Sakanoi T.、Cai L.、Virtanen I. I.、Shiokawa K.、Nishitani N.、Shinbori A.、Ogawa Y.
  • Journal Title: Geophysical Research Letters Volume: 50 Pages: n/a
  • DOI: 10.1029/2023GL104334
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A Ground‐Based Instrument Suite for Integrated High‐Time Resolution Measurements of Pulsating Aurora With Arase (2023)
  • Author(s): Hosokawa K.、Oyama S.‐I.、Ogawa Y.、Miyoshi Y.、Kurita S.、Teramoto M.、Nozawa S.、Kawabata T.、Kawamura Y.、Tanaka Y.‐M.、Miyaoka H.、Kataoka R.、Shiokawa K.、Brondstrom U.、Turunen E.、Raita T.、Johnsen M. G.、Hall C.、Hampton D.、Ebihara Y.、Kasahara Y.、Matsuda S.、Shinohara I.、Fujii R.
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research: Space Physics Volume: 128 Pages: n/a
  • DOI: 10.1029/2023JA031527
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] An Implication of Detecting the Internal Modulation in a Pulsating Aurora: A Conjugate Observation by the Arase Satellite and All‐Sky Imagers (2023)
  • Author(s): Nanjo S.、Ebukuro S.、Nakamura S.、Miyoshi Y.、Kurita S.、Oyama S.‐I.、Ogawa Y.、Keika K.、Kasahara Y.、Kasahara S.、Matsuoka A.、Hori T.、Yokota S.、Matsuda S.、Shinohara I.、Wang S.‐Y.、Kazama Y.、Jun C.‐W.、Kitahara M.、Hosokawa K.
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research: Space Physics Volume: 128 Pages: n/a
  • DOI: 10.1029/2023JA031499
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Correspondence of Pi2 Pulsations, Aurora Luminosity, and Plasma Flux Fluctuation Near a Substorm Brightening Aurora: Arase Observations (2023)
  • Author(s): Chen L.、Shiokawa K.、Miyoshi Y.、Oyama S.、Jun C.‐W.、Ogawa Y.、Hosokawa K.、Kazama Y.、Wang S. Y.、Tam S. W. Y.、Chang T. F.、Wang B. J.、Asamura K.、Kasahara S.、Yokota S.、Hori T.、Keika K.、Kasaba Y.、Kumamoto A.、Tsuchiya F.、Shoji M.、Kasahara Y.、Matsuoka A.、Shinohara I.、Nakamura S.
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research: Space Physics Volume: 128 Pages: n/a
  • DOI: 10.1029/2023JA031648
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Geomagnetic activity dependence and dawn-dusk asymmetry of thermospheric winds: statistical analysis of Fabry-Perot interferometer measurements in Tromsoe, Norway (2023)
  • Author(s): Shin-ichiro Oyama, Anita Aikio, Takeshi Sakanoi, Keisuke Hosokawa, Heikki Vanhamaki, Lei Cai, Ilkka Virtanen, Marcus Pedersen, Kazuo Shiokawa, Atsuki Shinbori, Nozomu Nishitani and Yasunobu Ogawa
  • Organizer: JpGU2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Geomagnetic activity dependence and dawn-dusk asymmetry of thermospheric winds: statistical analysis of Fabry-Perot interferometer measurements in Tromsoe, Norway (2023)
  • Author(s): Shin-ichiro Oyama, Anita Aikio, Takeshi Sakanoi, Keisuke Hosokawa, Heikki Vanhamaki, Lei Cai, Ilkka Virtanen, Marcus Pedersen, Kazuo Shiokawa, Atsuki Shinbori, Nozomu Nishitani and Yasunobu Ogawa
  • Organizer: 地球電磁気・地球惑星圏学会
• [Presentation] IMF dependence of the midnight thermospheric wind at an auroral latitude based on 9 winter measurements in Tromsoe, Norway (2023)
  • Author(s): S. Oyama, K. Hosokawa, H. Vanhamaki, A. Aikio, T. Sakanoi, L. Cai, I. I. Virtanen, K. Shiokawa, N. Nishitani, A. Shinbori, and Y. Ogawa
  • Organizer: American Geophysical Union (AGU) Fall Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Possible Influence of Ducted Chorus Wave Propagation on the Characteristics of the Pulsating Auroral Shape and the Energy of Electron Precipitation (2023)
  • Author(s): Ito, Y., K. Hosokawa, Y. Ogawa, Y. Miyoshi, F. Tsuchiya, M. Fukizawa, K. Murase, S. Oyama, S. Nakamura, Y. Kasahara, S. Matsuda, Y. Kasaba, S. Kasahara, T. Hori, S. Yokota, K. Keika, A. Matsuoka, M. Teramoto, I. Shinohara
  • Organizer: American Geophysical Union (AGU) Fall Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 脈動オーロラの空間構造と降下電子エネルギーの制御に関するコーラス波ダクト伝搬の役割 (2023)
  • Author(s): 伊藤ゆり，細川敬祐，小川泰信，三好由純，土屋史紀，吹澤瑞貴，村瀬清華，大山伸一郎，中村紗都子，笠原禎也，松田昇也，笠原慧，堀智昭，横田勝一郎，桂華邦裕，篠原育
  • Organizer: 地球電磁気・地球惑星圏学会
• [Presentation] 磁気嵐中に発生したオメガバンドオーロラに伴う放射線帯電子降下の時空間変動: 多周波リオメータ, EMCCD 全天カメラによる同時観測 (2023)
  • Author(s): 高野向陽, 細川敬祐, 大山伸一郎, Antti Kero, 三好由純, 小川泰信, 栗田怜, 南條壮汰
  • Organizer: 地球電磁気・地球惑星圏学会
• [Presentation] Ring-shaped expanding pulsating aurora: simultaneous observations with Arase (2023)
  • Author(s): Hosokawa, K., S. Kurita, Y. Miyoshi, S.-I. Oyama, Y. Ogawa, M. Ozaki, Y. Kasahara, Y. Kasaba, S. Yagitani, S. Matsuda, F. Tsuchiya, A. Kumamoto, I. Shinohara and R. Fujii
  • Organizer: 35th URSI General Assembly and Scientific Symposium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Factors controlling the shape and energy of pulsating aurora: Simultaneous observations by Arase satellite, ground-based all-sky imagers and EISCAT radar (2023)
  • Author(s): Ito, Y., K. Hosokawa, Y. Ogawa, Y. Miyoshi, M. Fukizawa, F. Tsuchiya, K. Murase, S.-I. Oyama, S. Nakamura, Y. Kasahara, S. Matsuda, S. Kasahara, T. Hori, S. Yokota, K. Keika, I. Shinohara
  • Organizer: 35th URSI General Assembly and Scientific Symposium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Possible roles of magnetospheric density ducts in controlling the shape of pulsating aurora and the energy of precipitating electrons (2023)
  • Author(s): Ito, Y., K. Hosokawa, Y. Ogawa, Y. Miyoshi, F. Tsuchiya, M. Fukizawa, K. Murase, S. Oyama, S. Nakamura, Y. Kasahara, S. Matsuda, S. Kasahara, T. Hori, S. Yokota, K. Keita, I. Shinohara
  • Organizer: JpGU Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 多周波リオメータ，EMCCD 全天カメラを用いたオメガバンドオーロラに伴う放射線帯電子降下の時空間構造に関する研究 (2023)
  • Author(s): 高野向陽, 細川敬祐, 大山伸一郎, A. Kero, 三好由純
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Japan's Activities for the EISCAT_3D Project (2023)
  • Author(s): Yasunobu Ogawa, Hiroshi Miyaoka, Satonori Nozawa, Taishi Hashimoto, Shin-ichiro Oyama, Koji Nishimura, Takuo T. Tsuda, Hitoshi Fujiwara, Masaki Tsutsumi, Yoshimasa Tanaka et al.
  • Organizer: JpGU2023 meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Small-scale pulsating auroral distribution obtained with the auroral camera on the LAMP rocket (2023)
  • Author(s): Sakanoi, T., K. Asamura, Y. Miyoshi, K. Hosokawa, A. Halford, M. Lessard
  • Organizer: JpGU Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Low-energy energetic neutral atom analyzer (PEP/JNA) onboard the JUICE mission (2023)
  • Author(s): Asamura, K., M. Shimoyama, Y. Futaana, Y. Saito, Y. Miyoshi, T. Sakanoi, PEP team
  • Organizer: JpGU Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] LAMP Observation of Precipitating Electron Simultaneously Forming Microbursts and Pulsating Auroras (2023)
  • Author(s): Namekawa, T., T. Mitani, K. Asamura, Y. Miyoshi, K. Hosokawa, M. Lwssard, C. Moser, A. Halford, T. Sakanoi, M. Kawamura, M. Nose, R. Nomura, M. Teramoto, D. Hampton, M. Shumko, A. Jaynes, M. McHarg, V. Ledvina
  • Organizer: JpGU Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Field-aligned currents associated with pulsating auroral patches: Observation with Magneto-Impedance Magnetometer (MIM) onboard Loss through Auroral Microburst Pulsations (LAMP) sounding rocket (2023)
  • Author(s): Nose, M., K. Hosokawa, R. Nomura, M. Teramoto, K. Asamura, Y. Miyoshi, T. Mitani, T. Sakanoi, T. Namekawa, T. Kawano, Y. Iwanaga, S. Tatematsu, M. Hirahara, A. Halford, M. Shumko, M. Lessard, K. Lynch, N. Paschalidis, A. Jaynes, M. McHarg
  • Organizer: JpGU Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Relativistic electron microburst is a high-energy tail of pulsating aurora electrons: LAMP sounding rocket experiment and computer simulation (2023)
  • Author(s): Miyoshi, Y., K. Asamura, K. Hosokawa, T. Mitani, T. Namekawa, S. Saito, T. Sakanoi, M. Nose, K. Takahashi, Y. Obayashi, M. Lessard, A. Halford, M. Shumko, N. Paschalidis, M. McHarg, A. Jaynes, D. Hampton, V. Ledvina, K. Lynch, H. Kim
  • Organizer: JpGU Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Book] 北極域の研究 ―その現状と将来構想 (2024)
  • Author(s): 小川 泰信, 津田 卓雄, 北極環境研究コンソーシアム長期構想編集委員会
  • Total Pages: 480
  • Publisher: 海文堂出版
  • ISBN: 978-4-303-56230-4