脈動オーロラが起こす熱圏風速変動の解明

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24540478
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 大山 伸一郎 名古屋大学, 太陽地球環境研究所, 助教 (20444424)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: EISCAT / ノルウェー / 国際共同観測研究 / 北極域 / 熱圏 / 電離圏 / 脈動オーロラ / リモートセンシング

Outline of Annual Research Achievements

サブストームはオーロラの時間発展の一形態であり、頻繁に観測される。成長相、拡大相、回復相に分類され、オーロラは各相に特徴的な水平分布・時間変動を持つ。本研究が対象とした脈動オーロラは回復相の前半から現れ、数秒から十秒程度で明滅し、後半にはパッチと呼ばれる、主に東へ移動するオーロラの塊へと形状を変化させる。このパッチをファブリペロー干渉計（FPI; オーロラ光のドップラーシフトから大気風速を測定する光学装置）で測定し、パッチ近傍の風速分布を研究した。本研究の最大の成果は、風速変動を起こすためのエネルギー消失がサブストーム回復相に存在する可能性があることを示唆できた点と言える。
サブストームは太陽風磁場と地球磁場とのつなぎ換わりをきっかけに始まり、地球磁場の勢力範囲である磁気圏に太陽風エネルギーを蓄積していく。蓄積量が限界に達すると堰を切ったようにエネルギーは高緯度の超高層大気に流入する。これが成長相から拡大相への切り替わり点、オンセットである。この時のエネルギー流入・消費量がサブストーム期間で最大になる、と考えられている。一部のエネルギーは熱圏大気の運動エネルギーに変換される。従って、熱圏風速の変動量もオンセットの時に最大になるはずである。
しかしFPIで成長相から拡大相まで連続して測定したところ、オンセット前後よりも大きな振幅で変動する熱圏風速が捉えられた。本研究期間中にこの現象を起こす物理機構を突き止めることはできなかったが、従来の定説に反する結果は太陽風－磁気圏－電離圏－熱圏結合におけるエネルギー収支の再検討の必要性を示唆している。
今後はFPI測定の時間分解能を向上させ、高速撮影カメラとEISCATレーダーを組み合わせた観測実験を実施し、パッチと風速変動の3次元的相対位置関係を調べることで、風速変動とエネルギー消失の存在をより確定的に示す証拠を押さえる。

Remarks

ノルウェー・トロムソでSTELが運用する光学観測装置の観測データのクイックルックを表示。

Research Products

• [Journal Article] Approximate forms of daytime ionospheric conductance (2015)
  • Author(s): Ieda, A., S. Oyama, H. Vanhamäki, R. Fujii, A. Nakamizo, O. Amm, T. Hori, M. Takeda, G. Ueno, A. Yoshikawa, R. J. Redmon, W. F. Denig, Y. Kamide, and N. Nishitani
  • Journal Title: J. Geophys. Res. Space Physics Volume: 119 Pages: 10397-10415
  • DOI: 10.1002/2014JA020665
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Energetic electron precipitation associated with pulsating aurora: EISCAT and Van Allen Probe observations (2015)
  • Author(s): Miyoshi, Y., S. Oyama, S. Saito, S. Kurita, H. Fujiwara, R. Kataoka, Y. Ebihara, C. Kletzing, G. Reeves, O. Santolik, M. Cliverd, C. J. Rodger, E. Turunen, and F. Tsuchiya
  • Journal Title: J. Geophys. Res. Space Physics Volume: 未定 Pages: 未定
  • DOI: 10.1002/2014JA020690
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Height-dependent ionospheric variations in the vicinity of nightside poleward expanding aurora after substorm onset (2014)
  • Author(s): Oyama, S., Y. Miyoshi, K. Shiokawa, J. Kurihara, T. T. Tsuda, and B. J. Watkins
  • Journal Title: J. Geophys. Res. Space Physics Volume: 119 Pages: 4146-4156
  • DOI: 10.1002/2013JA019704
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Auroral fragmentation into patches (2014)
  • Author(s): Shiokawa, K., A. Hashimoto, T. Hori, K. Sakaguchi, Y. Ogawa, E. Donovan, E. Spanswick, M. Connors, Y. Otsuka, S. Oyama, S. Nozawa, and K. McWilliams
  • Journal Title: J. Geophys. Res. Space Physics Volume: 119 Pages: 8249-8261
  • DOI: 10.1002/2014JA020050
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A case study of gravity wave dissipation in the polar MLT region using sodium LIDAR and radar data (2014)
  • Author(s): Takahashi, T., Nozawa, S., Tsutsumi, M., Hall, C., Suzuki, S., Tsuda, T. T., Kawahara, T. D., Saito, N., Oyama, S., Wada, S., Kawabata, T., Fujiwara, H., Brekke, A., Manson, A., Meek, C., and Fujii, R.
  • Journal Title: Ann. Geophys. Volume: 32 Pages: 1195-1205
  • DOI: 10.5194/angeo-32-1195-2014
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Ground-based network observations of wind and temperature of the thermosphere using five Fabry-Perot interferometers (2015)
  • Author(s): 塩川 和夫, 中村 義弘, 大山 伸一郎, 大塚 雄一
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2015年大会
  • Place of Presentation: 千葉・幕張
  • Year and Date: 2015-05-28 – 2015-05-28
• [Presentation] サブストーム回復相のオーロラパッチ中に現れる下部熱圏風速変動 (2015)
  • Author(s): 大山 伸一郎, 塩川 和夫, 三好 由純, 細川 敬祐, Brenton J. Watkins, 栗原 純一, 津田 卓雄
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2015年大会
  • Place of Presentation: 千葉・幕張
  • Year and Date: 2015-05-28 – 2015-05-28
• [Presentation] 人工衛星-地上観測による脈動オーロラの総合観測 (2015)
  • Author(s): 三好 由純, 大山 伸一郎, 齊藤 慎司, 栗田 怜, 藤原 均, 片岡 龍峰, 海老原 祐輔, Kletzing Craig, Reeves Geoff, Santolik Ondrej, Clilverd Mark, Rodger Craig, Turunen Esa, 土屋 史紀
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2015年大会
  • Place of Presentation: 千葉・幕張
  • Year and Date: 2015-05-28 – 2015-05-28
• [Presentation] Height-dependent ionospheric variations in the vicinity of nightside poleward expanding aurora after substorm onset (2015)
  • Author(s): 大山 伸一郎, 三好 由純, 塩川 和夫, 栗原 純一, 津田 卓雄, Brenton J. Watkins
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2015年大会
  • Place of Presentation: 千葉・幕張
  • Year and Date: 2015-05-28 – 2015-05-28
• [Presentation] 脈動オーロラ時に見られる広いエネルギー帯の電子散乱と中層大気への影響について (2015)
  • Author(s): 三好 由純, 大山 伸一郎, 齊藤 慎司, 栗田 怜, 藤原 均, 片岡 龍峰, 海老原 祐輔, Kletzing Craig, Reeves Geoff, Santolik Ondrej, Clilverd Mark, Rodger Craig, Turunen Esa, 土屋 史紀
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2015年大会
  • Place of Presentation: 千葉・幕張
  • Year and Date: 2015-05-25 – 2015-05-25
• [Presentation] サブストーム回復相に現れるオーロラパッチ近傍の下部熱圏風速変動 (2015)
  • Author(s): 大山伸一郎, 塩川和夫, 三好由純, 細川敬祐, Brenton J. Watkins, 栗原純一, 津田卓雄
  • Organizer: EISCAT研究集会
  • Place of Presentation: 東京・立川
  • Year and Date: 2015-03-26 – 2015-03-26
• [Presentation] プラズマ-中性粒子相互作用を考慮した極域電磁気圏研究と弱電離プラズマ衛星観測への期待 (2015)
  • Author(s): 大山伸一郎
  • Organizer: 電磁気圏観測に向けた将来探査衛星計画に関する研究集会
  • Place of Presentation: 愛知・名古屋
  • Year and Date: 2015-02-23 – 2015-02-23
• [Presentation] Relative location of lower-thermospheric wind variations to the fragmentary aurora (2015)
  • Author(s): Shin-ichiro Oyama, Kazuo Shiokawa, Yoshizumi Miyoshi, Keisuke Hosokawa, Brenton J. Watkins, Junichi Kurihara, and Takuo T. Tsuda
  • Organizer: 脈動オーロラ研究集会
  • Place of Presentation: 愛知・名古屋
  • Year and Date: 2015-01-19 – 2015-01-19
• [Presentation] 脈動オーロラと MeV 電子のマイクロバーストの同一性 (2015)
  • Author(s): 三好由純, 齋藤慎司, 栗田玲, 大山伸一郎, 平原聖文, 片岡龍峰, 浅村和史, 坂野井健
  • Organizer: 脈動オーロラ研究集会
  • Place of Presentation: 愛知・名古屋
  • Year and Date: 2015-01-19 – 2015-01-19
• [Presentation] Statistical study of auroral fragmentation into patches (2015)
  • Author(s): Ayumi Hashimoto, K. Shiokawa, Y. Otsuka, S.-I. Oyama, S. Nozawa, T. Hori, M. Lester, and M. G. Johnsen
  • Organizer: 脈動オーロラ研究集会
  • Place of Presentation: 愛知・名古屋
  • Year and Date: 2015-01-19 – 2015-01-19
• [Presentation] Lower-thermospheric winds and auroral fragmentation into patches at the substorm recovery phase (2015)
  • Author(s): Shin-ichiro Oyama, Kazuo Shiokawa, Yoshizumi Miyoshi, Keisuke Hosokawa, Brenton J. Watkins, Junichi Kurihara, and Takuo T. Tsuda
  • Organizer: GRAND CHALLENGE BRAIN STORMING SESSION, IN THEORY, NUMERICAL, EXPERIMENTAL, TECHNOLOGY AND INSTRUMENTATION, FOR ADVANCING COORDINATED GROUND AND SOUNDING ROCKET MISSIONS
  • Place of Presentation: 神奈川・相模原
  • Year and Date: 2015-01-13 – 2015-01-13
  • Invited
• [Presentation] A proposal to the dissipated energy budget in the auroral ionosphere at the substorm recovery phase: Challenge from thermospheric wind variations in the pulsating aurora (2014)
  • Author(s): Shin-ichiro Oyama, Keisuke Hosokawa, Yoshizumi Miyoshi, Kazuo Shiokawa, Junichi Kurihara, Takuo T. Tsuda, and Brenton J. Watkins
  • Organizer: AGU Fall Meeting 2014
  • Place of Presentation: 米国・サンフランシスコ
  • Year and Date: 2014-12-15 – 2014-12-19
• [Presentation] Statistical study of auroral fragmentation into patches (2014)
  • Author(s): Ayumi Hashimoto, K Shiokawa, Y. Otsuka, S. Oyama, S. Nozawa, T. Hori, M. Lester
  • Organizer: AGU Fall Meeting 2014
  • Place of Presentation: 米国・サンフランシスコ
  • Year and Date: 2014-12-15 – 2014-12-19
• [Presentation] Statistical analysis of thermospheric temperatures using four Fabry-Perot interferometers at high and low latitudes (2014)
  • Author(s): Y. Nakamura, K. Shiokawa, Y. Otsuka, S. Oyama, S. Nozawa, J. W. Meriwether
  • Organizer: AGU Fall Meeting 2014
  • Place of Presentation: 米国・サンフランシスコ
  • Year and Date: 2014-12-15 – 2014-12-19
• [Presentation] Ionospheric effects on the lower-thermospheric wind in the vicinity of nightside poleward expanding aurora after substorm onset (2014)
  • Author(s): Shin-ichiro Oyama, J. Kurihara, T. T. Tsuda, K. Shiokawa, Y. Miyoshi, and B. J. Watkins
  • Organizer: ICS-12
  • Place of Presentation: 三重・伊勢志摩
  • Year and Date: 2014-11-10 – 2014-11-14
• [Presentation] Auroral Fragmentation Into Patches During the Substorm Recovery Phase (2014)
  • Author(s): Kazuo Shiokawa, A. Hashimoto, T. Hori, K. Sakaguchi, Y. Ogawa, E. Donovan, E. Spanswick, M. Connors, Y. Otsuka, S. Oyama, S. Nozawa, and K. McWilliams
  • Organizer: ICS-12
  • Place of Presentation: 三重・伊勢志摩
  • Year and Date: 2014-11-10 – 2014-11-14
• [Presentation] A proposal to the energy budget in the auroral ionosphere: Challenge from thermospheric winds in the pulsating aurora (2014)
  • Author(s): Shin-ichiro Oyama, Keisuke Hosokawa, Yoshizumi Miyoshi, Kazuo Shiokawa, Junichi Kurihara, Takuo T. Tsuda, and Brenton J. Watkins
  • Organizer: 第136回 地球電磁気・地球惑星圏学会
  • Place of Presentation: 長野・松本
  • Year and Date: 2014-10-31 – 2014-11-03
• [Presentation] 脈動オーロラと相対論的電子マイクロバーストの統一モデル (2014)
  • Author(s): 三好 由純, 齊藤 慎司,栗田 怜,大山 伸一郎,平原 聖文,浅村 和史,坂野井 健
  • Organizer: 第136回 地球電磁気・地球惑星圏学会
  • Place of Presentation: 長野・松本
  • Year and Date: 2014-10-31 – 2014-11-03
• [Presentation] 高緯度から低緯度にわたる4台のファブリ・ペロー干渉計を用いた熱圏温度の統 計解析 (2014)
  • Author(s): 中村 義弘, 塩川 和夫,大塚 雄一,大山 伸一郎,野澤 悟徳
  • Organizer: 第136回 地球電磁気・地球惑星圏学会
  • Place of Presentation: 長野・松本
  • Year and Date: 2014-10-31 – 2014-11-03
• [Presentation] Generation mechanism of ionospheric/lower-thermospheric variations around substorm onset (2014)
  • Author(s): 大山 伸一郎, 栗原 純一,津田 卓雄,三好 由純,塩川 和夫,Brenton J. Watkins
  • Organizer: 第136回 地球電磁気・地球惑星圏学会
  • Place of Presentation: 長野・松本
  • Year and Date: 2014-10-31 – 2014-11-03
• [Presentation] 宇宙からオーロラを見るとなぜドーナツ状になっているのか？ (2014)
  • Author(s): 大山 伸一郎
  • Organizer: 名古屋大学ホームカミングデー
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2014-10-18 – 2014-10-18
  • Invited
• [Presentation] Discrete Aurora 近傍の電流系概論 (2014)
  • Author(s): 大山 伸一郎
  • Organizer: 中間圏・熱圏・電離圏研究集会
  • Place of Presentation: 東京・小金井市
  • Year and Date: 2014-09-22 – 2014-09-22
  • Invited
• [Presentation] サブストーム開始前後の電離圏と下部熱圏変動 (2014)
  • Author(s): 大山 伸一郎, 栗原純一, 津田卓雄, 三好由純, 塩川和夫, 細川敬祐, Brenton J. Watkins
  • Organizer: 中間圏・熱圏・電離圏研究集会
  • Place of Presentation: 東京・小金井市
  • Year and Date: 2014-09-22 – 2014-09-22
• [Presentation] Thermospheric wind variations in the pulsating aurora (2014)
  • Author(s): Shin-ichiro Oyama, J. Kurihara, T. T. Tsuda, K. Shiokawa, Y. Miyoshi, and B. J. Watkins
  • Organizer: AOGS2014
  • Place of Presentation: 札幌
  • Year and Date: 2014-07-28 – 2014-07-31
  • Invited
• [Presentation] FPIとISレーダーで観測された脈動オーロラ中の熱圏風速変動 (2014)
  • Author(s): 大山 伸一郎, 栗原 純一, 津田 卓雄, 塩川 和夫, 三好 由純, ブレントン J. ワトキンス
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2014年大会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2014-04-28 – 2014-05-02
• [Presentation] 衛星-地上連携観測の重要性：ERGに向けて (2014)
  • Author(s): 三好 由純, 大山 伸一郎, 齊藤 慎司
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2015年大会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2014-04-28 – 2014-05-02
• [Presentation] トロムソでの地上光学観測に基づく圧力駆動型プラズマ不安定を示唆するオーロラ構造の統計解析 (2014)
  • Author(s): 橋本 あゆみ, 塩川 和夫, 大塚 雄一, 大山 伸一郎, 野澤 悟徳
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2017年大会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2014-04-28 – 2014-05-02
• [Presentation] 昼間電離圏の電気伝導度比 (2014)
  • Author(s): 家田 章正, 大山 伸一郎, 藤井 良一, 中溝 葵, 堀 智昭, 吉川 顕正, 西谷 望
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2020年大会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2014-04-28 – 2014-05-02
• [Presentation] 小型ファブリ・ペロー干渉計を用いた熱圏の温度推定手法の改良と得られた温度の精度評価 (2014)
  • Author(s): 中村 義弘, 塩川 和夫, 大塚 雄一, 大山 伸一郎, 野澤 悟徳
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2021年大会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2014-04-28 – 2014-05-02
• [Remarks] トロムソ光学装置データリスト
  • URL: http://www.soyama.org/#!data/cwr8