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2013 Fiscal Year Research-status Report

太陽磁場活動の中長期的変動を予測するセルフ・コンシステントなモデルの開発

Research Project

Project/Area Number 24540228
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

横井 喜充  東京大学, 生産技術研究所, 助教 (50272513)

Keywords太陽 / 磁場 / 乱流 / ダイナモ / 輸送 / 乱流磁気拡散 / リコネクション
Research Abstract

従来のダイナモ理論・モデルでは平均場方程式とゆらぎ場方程式で,平均速度の取り扱いに著しい不均衡がある.平均磁場の方程式中で平均速度の非一様性は「差動回転効果」あるいは「Ω効果」として重要視されている.その一方で,ゆらぎ方程式の中では平均速度の非一様性は完全に無視されている.このため,ゆらぎ速度とゆらぎ磁場の相関で定義される乱流起電力の表式中で,平均渦度(すなわち平均速度の非一様性)とカップルする乱流クロス・ヘリシティの効果は一切無視され,平均磁場とカップルするヘリシティあるいはα効果のみが議論されてきた.クロス・ヘリシティ効果を組み入れたモデルの構築という前年度までの成果を承け,本年度は,クロス・ヘリシティによるダイナモ・モデルを太陽磁場に適用した.平均磁場のトロイダル成分とポロイダル成分という従来のモデル方程式(Parker方程式)に加え,乱流クロス・ヘリシティの発展方程式も組み合わせた太陽磁場のモデル方程式を構成し,そこでの磁場の基本的ふるまいを調べた.モデル方程式の固有値解析の結果,α効果の磁場の作用によって乱流クロス・ヘリシティが振動的ふるまいを示し,クロス・ヘリシティの符号反転に引き続いて太陽磁場の極性反転が起こるという極性反転のメカニズムが示された.この成果は,従来のモデルを大きく書き換えるもので,現在論文にまとめられている.
その他の関連研究として,平均場の非一様性による乱流輸送の促進と抑制が爆発的なリコネクションに寄与しうることを初めて示した論文がPhysical Review LettersとPhysics of Plasmasで公刊された.また,時間スケールの変動が乱流粘性を抑制するモデルによって金星のスーパー・ローテーションの維持機構を説明した論文がGeophysical and Astrophysical Fluid Dynamicsから公刊された.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

太陽磁場の基本的変動を記述する新しいダイナモ・モデルを構成した.このモデルの固有値解析をDieter Schmitt(ドイツ・Goettingen・Max-Planck太陽系研究所)とValery Pipin(ロシア・Irkutsk・太陽地球物理研究所)の協力を得て,数値的に行った.その結果,クロス・ヘリシティの変動→トロイダル磁場の変動→ポロイダル磁場の変動という因果関係を示すふるまいが明示された.

Strategy for Future Research Activity

従来の研究と比較して本研究で決定的に重要な役割を果たすのは,クロス・ヘリシティの時間的・空間的振る舞いである.特にクロス・ヘリシティの境界条件についてはまだ研究の余地がある.世界各国の数値的研究グループと協力しつつ,さまざまな幾何条件での直接数値計算データを利用して,乱流クロス・ヘリシティの境界条件についての知見を得ていく.太陽磁場の二重極と四重極のモード間結合は,実際の太陽磁場の不規則変動を記述する鍵となる.二重極や四重極を与えるクロス・ヘリシティの空間分布と境界条件についての理解を進めていく.
研究費の多くは,多研究者・研究グループとの研究交流のために使用する.
ダイナモ・モデルを用いた宇宙天体現象の数値解析では,独Max-Planck太陽研究所のJoerg Buechnerグループ,Goettingen大学宇宙物理学教室のWolfram Schmidtのグループとの共同研究を進める.クロス・ヘリシティの境界条件等については,英Glasgaw大学のRadostin Smitevグループ,仏Ecole Normale SuperieureのEmmanuel Dormyのグループと情報を共有する.ダイナモ・モデルの検証では,数値計算については仏Grenoble大学のGuillaume Balaracのグループ,米Princeton大学のJames Stoneらと研究を進める.プラズマ実験による検証は,Wisconsin大学のCary Forrest,伊PdovaのEmilio Martinesと共同でクロス・ヘリシティ関係の諸量の測定に向けて研究を進める.

  • Research Products

    (23 results)

All 2014 2013

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (19 results) (of which Invited: 7 results)

  • [Journal Article] Explosive turbulent magnetic reconnection2013

    • Author(s)
      Katsuaki Higashimori, Nobumitsu Yokoi, Masahiro Hoshino
    • Journal Title

      Physical Review Letter

      Volume: 110 Pages: 255001-1-5

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.110.255001

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A Reynolds-averaged turbulence modelling approach to the maintenance of the Venus superrotation2013

    • Author(s)
      Akira Yoshizawa, Hiromichi Kobayashi, Norihiko Sugimoto, Nobumitsu Yokoi, Yutaka Shimomura
    • Journal Title

      Geophysical and Astrophysical Fluid Dynamics

      Volume: 107 Pages: 614-639

    • DOI

      10.1080/03091929.2013.803546

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Transport enhancement and suppression in magnetic reconnection: A self-consistent turbulence model2013

    • Author(s)
      Nobumitsu Yokoi, Katsuaki Higashimori, Masahiro Hoshino
    • Journal Title

      Physics of Plasmas

      Volume: 20 Pages: 122310-1-17

    • DOI

      10.1063/1.4851976

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] リコネクションと波動・乱流の相互作用2013

    • Author(s)
      篠原育, 横井喜充
    • Journal Title

      プラズマ・核融合学会誌

      Volume: 89 Pages: 765-768

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 構造効果を組み入れたMHD乱流のサブ・グリッド・スケール・モデル2014

    • Author(s)
      横井喜充
    • Organizer
      日本物理学会 第69回年次大会
    • Place of Presentation
      平塚,日本
    • Year and Date
      20140327-20140330
  • [Presentation] Subgrid-scale modeling with structural effects incorporated through turbulent helicity2013

    • Author(s)
      Nobumitsu Yokoi
    • Organizer
      National Center for Atmospheric Research (NCAR) Colloquium Series
    • Place of Presentation
      Boulder, USA
    • Year and Date
      20131213-20131213
    • Invited
  • [Presentation] Dynamo and flow-induction in magnetohydrodynamic turbulence2013

    • Author(s)
      Nobumitsu Yokoi
    • Organizer
      American Geophysical Union Fall Meeting 2013
    • Place of Presentation
      San Francisco, USA
    • Year and Date
      20131209-20131213
  • [Presentation] A New Experimental Approach to Turbulent Transport in Complex Systems2013

    • Author(s)
      Ken-ichi Nagaoka, Shinji Yoshimura, Youhei Masada, Yoshiki Hidaka, Nobumitsu Yokoi, Saku Tsuneta, Masahito Kubo, Ryoko Ishikawa, Kenichiro Terasaka, Hideaki Miura
    • Organizer
      9th Asia Plasma and Fusion Association Conference
    • Place of Presentation
      Gyeongju, Korea
    • Year and Date
      20131105-20131108
  • [Presentation] A self-consistent turbulence model for explosive magnetic reconnection2013

    • Author(s)
      Nobumitsu Yokoi
    • Organizer
      National Astronomical Observatory of China (NAOC) Colloquium Series
    • Place of Presentation
      Beijing, China
    • Year and Date
      20131101-20131101
    • Invited
  • [Presentation] Flow induction due to helicity effect2013

    • Author(s)
      Nobumitsu Yokoi
    • Organizer
      2nd Helicity Thinkshop on Solar Physics
    • Place of Presentation
      Beijing, China
    • Year and Date
      20131027-20131031
    • Invited
  • [Presentation] 太陽磁場活動の変動を記述する新しいモデル2013

    • Author(s)
      横井 喜充, D. Schmitt
    • Organizer
      日本物理学会 2013年秋季大会
    • Place of Presentation
      愛媛,日本
    • Year and Date
      20130925-20130928
  • [Presentation] 回転場における乱流輸送の実験研究2013

    • Author(s)
      永岡賢一, 吉村信次, 寺坂健一郎, 日高芳樹, 横井喜充, 政田洋平, 三浦英昭, 常田佐久, 久保雅仁, 石川僚子
    • Organizer
      日本物理学会 2013年秋季大会
    • Place of Presentation
      愛媛,日本
    • Year and Date
      20130925-20130928
  • [Presentation] Basic physics experiment on spontaneous flow generation and turbulent transport in a controlled turbulence2013

    • Author(s)
      Ken-ichi Nagaoka, Shinji Yoshimura, Yoshiki Hidaka, Kenichiro Terasaka, Saku Tsuneta, Nobumitsu Yokoi, Youhei Masada, Masahito Kubo, Ryoko Ishikawa, Hideaki Miura
    • Organizer
      Joint 19th ISHW and 16th RFP workshop
    • Place of Presentation
      Padova, Italy
    • Year and Date
      20130916-20130920
  • [Presentation] A self-consistent model for turbulent magnetic reconnection2013

    • Author(s)
      Nobumitsu Yokoi, Katsuaki Higashimori, Masahiro Hoshino
    • Organizer
      European Turbulence Conference 2013
    • Place of Presentation
      Lyon, France
    • Year and Date
      20130901-20130904
  • [Presentation] Subgrid-scale model with structural effects incorporated through helicities2013

    • Author(s)
      Nobumitsu Yokoi
    • Organizer
      CRC Colloquium: Astrophysical Flow Instabilities and Turbulence
    • Place of Presentation
      Goettingen, Germany
    • Year and Date
      20130828-20130828
    • Invited
  • [Presentation] A new simple model for the solar activity cycle2013

    • Author(s)
      Nobumitsu Yokoi, Dieter Schmitt
    • Organizer
      12th Asia Pacific Plasma Conference (APPC12)
    • Place of Presentation
      Makuhari, Japan
    • Year and Date
      20130714-20130719
  • [Presentation] Explosive Turbulent Magnetic Reconnection: Reynolds averaging approach2013

    • Author(s)
      Katsuaki Higashimori, Nobumitsu Yokoi, Masahiro Hoshino
    • Organizer
      12th Asia Pacific Plasma Conference (APPC12)
    • Place of Presentation
      Makuhari, Japan
    • Year and Date
      20130714-20130719
  • [Presentation] Characteristics of ElectrohydrodynamConvection Driven Turbulence Laboratory Simulation Project of the Solar Convection Zone2013

    • Author(s)
      Ken-ichi Nagaoka, Shinji Yoshimura, Youhei Masada, Yoshiki Hidaka, Nobumitsu Yokoi, Saku Tsuneta, Masahito Kubo, Ryoko Ishikawa, Kenichiro Terasaka, H. Miura
    • Organizer
      12th Asia Pacific Plasma Conference (APPC12)
    • Place of Presentation
      Makuhari, Japan
    • Year and Date
      20130714-20130719
  • [Presentation] Turbulence in space plasmas2013

    • Author(s)
      Nobumitsu Yokoi
    • Organizer
      3rd East-Asian School and Workshop on Laboratory, Space, Astrophysical Plasmas (EASW 2013)
    • Place of Presentation
      Tokyo, Japan
    • Year and Date
      20130708-20130712
    • Invited
  • [Presentation] Magnetic and flow induction in magnetohydrodynamic turbulence2013

    • Author(s)
      Nobumitsu Yokoi
    • Organizer
      12th International Workshop on the interrelationship between Plasma Experiments in the Laboratory and in Space (IPELS 2013)
    • Place of Presentation
      Hakuba, Japan
    • Year and Date
      20130701-20130705
  • [Presentation] 高速磁気リコネクションにおける乱流効果2013

    • Author(s)
      東森 一晃, 横井 喜充, 星野 真弘
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合大会概要集
    • Place of Presentation
      幕張, 日本
    • Year and Date
      20130519-20130524
  • [Presentation] Flow induction in MHD turbulence2013

    • Author(s)
      Nobumitsu Yokoi
    • Organizer
      Nordita Program on Differential Rotation and Magnetism across the HR Diagram
    • Place of Presentation
      Stockholm, Sweden
    • Year and Date
      20130408-20130503
    • Invited
  • [Presentation] Explosive Turbulent Magnetic Reconnection: A New Approach of MHD-Turbulent Simulation2013

    • Author(s)
      Masahiro Hoshino, Nobumitsu Yokoi, Katsuaki Higashimori
    • Organizer
      European Geosciences Union General Assembly 2013
    • Place of Presentation
      Vienna, Austria
    • Year and Date
      20130407-20130412
    • Invited

URL: 

Published: 2015-05-28  

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