Pi 2型磁場波動への独立成分分析の応用によるオーロラ嵐の総合的診断

• Project/Area Number: 08J05443
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Space and upper atmospheric physics
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 徳永 旭将 九州大学, 宙空環境研究センター, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2008 – 2010
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000); Fiscal Year 2010: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2009: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2008: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
• Keywords: auroral substorm / auroral breakup / substorm current wedge(SCW) / positive bay / auroral initial brihtening / 特異スペクトル分析(SSA) / M-SST / 環太平洋地磁気観測網(CPMN) / オーロラ嵐 / Pi2型地磁気脈動 / ICA(独立成分分析) / SSA(特異スペクトル分析) / 変化点検出 / 前兆検出 / Pi2型磁場波動 / 独立成分分析 / 診断学的 / 特異スペクトル分析

Research Abstract

Auroral substorm発生時には,磁気圏尾部と極域電離圏を結合して流れる,サブストームカレントウェッジ(SCW)という3次元電流系が形成されることが知られている.SCWの形成過程を理解することは,substorm発生機構を理解する上で,最も重要な要素である.本研究では,SCWがsubstormのオンセット過程において,どの段階から形成され始めるのかを明らかにするために,SCWが形成され始めるタイミングとauroral breakmpの開始するタイミングを統計的に調べた.SCWの形成は,夜側中低緯度で観測される,positive bayと呼ばれる地上磁場変動として捉えることができる.従って本研究では,positive bayの開始をSCWの形成開始と定義した.地上磁場データとしては,九州大学宙空環境研究センターのCPMN(環太平洋地磁気観測網)[Yumoto and CPMN Group,2001]のKAGで観測されたものを用いた.Positive bayの開始時刻は,SSA(特異スペクトル分析)を応用した変化点検出法 (M-SST)[Tokunaga et al.2010a][Tokunaga et al.2010b][Tokunaga et al.2010]により,客観的かつ精密に推定した.さらに,SCWの形成開始のタイミングと,auroral initial brighteningおよびauroral breakmpとのタイミングとの前後関係を調べた.その結果auroral ininal brightening開始とSCWの形成開始はほぼ同時であることが統計的に明らかになった.また,SCW形成開始からauroral breakmpまでは,平均で4分程度の時間がかかることも明らかになった.

Research Products

• [Journal Article] Identification of full-substorm onset from ground-magnetometer data by singular value transformation (2011)
  • Author(s): Terumasa Tokunaga, Yumoto Kiyohumi, Teiji Uozumi, CPMN Group
  • Journal Title: Memoirs of the Faculty of Sciences, Kyushu University, Series D, Earth and Planetary Sciences Volume: 32 Pages: 63-73
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 変化点検出を応用した時系列データからの突発現象の前兆検出アルゴリズム (2011)
  • Author(s): Terumasa Tokunaga, Daisuke Ikeda, Kazuyuki Nakamura, Tomoyuki Higuchi, Akimasa Yoshikawa, Teiji Uozumi, Akiko Fujimoto, Akira Morioka, Kiyohumi Yumoto, CPMN group
  • Journal Title: 情報処理学会論文誌「数理モデル化と応用TOM」 Volume: 印刷中
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] AKR modulation and Global Pi 2 oscillation : Jan.24, 1997 event (2011)
  • Author(s): Teiji Uozumi, K.Yumoto, T.Tokunaga, S.I.Solovyev, B.M.Shevtsov, R.Marshall, K.Liou, S.Ohtani, S.Abe, A.Ikeda, K.Kitamura, A.Yoshikawa, H.Kawano, M.Itonaga
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research Volume: 印刷中
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Detecting Precursory Events in Time Series Data by an Extension of Singular Spectrum Transformation (2010)
  • Author(s): Terumasa Tokunaga, Daisuke Ikeda, Kazuyuki Nakamura, Tomoyuki Higuchi, Akimasa Yoshikawa, Teiji Uozumi, Akiko Fujimoto, Akira Morioka, Kiyohumi Yumoto, CPMN group
  • Journal Title: Proceedings of the 10th WSEAS International Conference on Applied Computer Science Pages: 366-374
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Onset Time Determination of Precursory Events of Singular Spectrum Transformation (2010)
  • Author(s): Terumasa Tokunaga, Daisuke Ikeda, Kazuyuki Nakamura, Tomoyuki Higuchi, Akimasa Yoshikawa, Teiji Uozumi, Akiko Fujimoto, Akira Morioka, Kiyohumi Yumoto, CPMN group
  • Journal Title: International Journal of Circuits, Systems and Signal processing Volume: 5 Pages: 46-60
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] STPデータからの異常検出法の開発～オーロラサブストームへの応用 (2010)
  • Author(s): Terumasa Tokunaga, Daisuke Ikeda, Kazuyuki Nakamura, Tomoyuki Higuchi, Akimasa Yoshikawa, Teiji Uozumi, Akiko Fujimoto, Akira Morioka, Kiyohumi Yumoto
  • Journal Title: Proceedings of the 6^<th> Space Environment Symposium. Pages: 260-265
• [Journal Article] Progress report on the global development of MAGDAS (2010)
  • Author(s): Yumoto, K., G.Maeda, S.Abe, T.Uozumi, A.Fujimoto, A.Ikeda, T.Tokunaga, Y.Yamazaki, T.Ueno, Y.Hirayama, B.Rabiu, C.B.S.Uiso, P.Baki, K.M.Badi, L.B.Kolawole, T.Afullo, A.Macamo, H.Hweene, MAGDAS/CPMN Group
  • Journal Title: Sun and Geosphere (In press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Timing relations between high-and low-latitude high-correlation Pi 2 as a function of the magnetic local time : Statistical study of the MAGDAS/CPMN data (2009)
  • Author(s): Teiji Uozumi, S.Abe, K.Kitamura, T.Tokunaga, A.Yoshikawa, H.Kawano, R.Marshall, R.J.Morris, B.M.Shevtsov, S.I.Solovyev, D.J.McNamara, K.Liou, S.Ohtani, M.Itonaga, K.Yumoto
  • Journal Title: J.Geophys.Res. 114, A11207
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] New index to monitor temporal and long-term variations of the Equatorial Electrojet by MAGDAS/CPMN real-time data : EE-Index (2008)
  • Author(s): Uozumi, et al
  • Journal Title: Earth, Planets, Space Vol. 60 (No.7) Pages: 785-790
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 特異スペクトル分析の応用による地上磁場データからのオーロラサブストーム前兆検出 (2010)
  • Author(s): 徳永旭将, 中村和幸, 池田大輔, 樋口知之, 吉川顕正, 魚住禎司, 藤本晶子, 森岡昭, 湯元清文
  • Organizer: 日本地球惑星連合2010年大会
  • Place of Presentation: 千葉県幕張メッセ
• [Presentation] Detecting Precursory Events in Time Series Data by an Extension of Singular Spectrum Transformation (2010)
  • Author(s): Terumasa Tokunaga, Daisuke Ikeda, Kazuyuki Nakamura, Tomoyuki Higuchi, Akimasa Yoshikawa, Teiji Uozumi, Akiko Fujimoto, Akira Morioka, Kiyohumi Yumoto, CPMN group
  • Organizer: Proceedings of the 10th WSEAS International Conference on Applied Computer Science
  • Place of Presentation: Iwate, Japan
• [Presentation] 変化点検出を応用した時系列データからの突発現象の前兆検出アルゴリズム (2010)
  • Author(s): 徳永旭将, 池田大輔, 中村和幸, 樋口知之, 吉川顕正, 魚住禎司, 藤本晶子, 森岡昭, 湯元清文, CPMN Group
  • Organizer: 第81回数理モデル化と問題解決(MPS)研究会合同研究会
  • Place of Presentation: 九州大学伊都キャンパス総合学習プラザ
• [Presentation] Identification of substorm precursor and expansion onsets by applying Singular Spectrum Transformation to ground-magnetometer data (2009)
  • Author(s): Terumasa Tokunaga, Daisuke Ikeda, Kazuyuki Nakamura, Tomoyuki Higuchi, Akimasa Yoshikawa, Teiji Uozumi, Akira Morioka, Kiyohumi Yumoto
  • Organizer: AGU(American Geophysical Union)Fall Meeting 2009
  • Place of Presentation: サンフランシスコ(USA)
  • Year and Date: 2009-12-18
• [Presentation] Pc 5 Spectral Density at ULTIMA stataions and its Radial Diffusion Coefficients for REE (2009)
  • Author(s): A Fujimoto, T Tokunaga, S Abe, T Uozumi, A Yoshikawa, I R Mann, P J Chi, M J Engebretson, K Yumoto
  • Organizer: AGU(American Geophysical Union)Fall Meeting 2009
  • Place of Presentation: サンフランシスコ(USA)
  • Year and Date: 2009-12-18
• [Presentation] STPデータからの異常検出法の開発～オーロラサブストームへの応用 (2009)
  • Author(s): Terumasa Tokunaga, Daisuke Ikeda, Kazuyuki Nakamura, Tomoyuki Higuchi, Akimasa Yoshikawa, Teiji Uozumi, Akiko Fujimoto, Akira Morioka, Kiyohumi Yumoto
  • Organizer: 第6回宇宙環境シンポジウム
  • Place of Presentation: 北九州国際会議場
  • Year and Date: 2009-10-30
• [Presentation] オーロラ嵐に関するデータからの知識発見 (2009)
  • Author(s): 徳永旭将
  • Organizer: 明治大学グローバルCOEプログラム「現象数理学の形成と発展」非線形時系列に対する現象数理学の発展シンポジウム
  • Place of Presentation: 明治大学駿河台キャンパス
  • Year and Date: 2009-09-25
• [Presentation] 時系列データマイニングによる動的ヘテロなシステムからの知識発見-宇宙天気研究における大規模帰納処裡システム構築へ向けて (2009)
  • Author(s): 徳永旭将;中村和幸;樋口知之;池田大輔;大久保翔;藤本晶子;吉川顕正;湯元清文;MAGDAS/CPMNグループ湯元清文
  • Organizer: 地球惑星連合大会2009
  • Place of Presentation: 千葉県幕張メッセ国際会議場
• [Presentation] Pi 2型地磁気脈動の生成・伝播機構解明に関する知見護得のための独立成分分析の応用 (2009)
  • Author(s): 穂永旭将;吉川顕正;魚住禎司;樋口知之;中村和幸;湯元清文;MAGDAS/CPMNグループ湯元清文
  • Organizer: 地球惑星連合大会2009
  • Place of Presentation: 千葉県幕張メッセ国際会議場
• [Presentation] The spatial and temporal behavior of Pc 5 ULF at ULTIMA stations during magnetic storms (2009)
  • Author(s): Akiko Fujimoto[1]; Terumasa Tokunaga[2]; Shuji Abe[3]; Teiji Uozumi[4]; Akimasa Yoshikawa[5]; Ian R.Mann[6]; Peter J.Chi[7]; Mark Engebretson[8]; Archana Bhattacharya[2]; Daniel McNamara[9]; Ronald W.Pollitt[2]; Severino L.G.Dutra[10]; Akeem Babatunde Rabiu[11]; Kiyohumi Yumoto[3]; Yumoto Kiyohumi MAGDAS/CPMN Group[12]
  • Organizer: 地球惑星連合大会2009
  • Place of Presentation: 千葉県幕張メッセ国際会議場
• [Presentation] A Study of Equatorial Pi 2 Pulsations at MAGDAS/CPMN : Toward A New Pi 2-Index (2009)
  • Author(s): Mina Sakai[1]; Yuki Hirayama[1]; Terumasa Tokunaga[2]; Akihiro Ikeda[1]; Teiji Uozumi[3]; Kiyohumi Yumoto[4]; Yumoto Kiyohumi MAGDAS/CPMN Group[5]
  • Organizer: 地球惑星連合大会2009
  • Place of Presentation: 千葉県幕張メッセ国際会議場
• [Presentation] A detection of substorm precursors on geomagnetic data at auroral latitudes by SSA-based change-point analysis (2009)
  • Author(s): 徳永旭将, 中村和幸, 樋口知之, 吉川顕正, 魚住禎司, 森岡昭, 湯元清文, MAGDAS/CPMNグループ湯元清文
  • Organizer: 地球電磁気・惑星圏学会代126回講演会
  • Place of Presentation: 石川県金沢大学角間キャンパス
• [Presentation] 地上観測されたPi 2型地磁気脈動のグローバルな波動特性解析のための周波数領域独立成分分析の応用 (2009)
  • Author(s): 徳永旭将, 吉川顕正, 魚住禎司, 樋口知之, 中村和幸, 湯元清文, MAGDAS/CPMNグループ湯元清文
  • Organizer: 地球電磁気・惑星圏学会代126回講演会
  • Place of Presentation: 石川県金沢大学角間キャンパス
• [Presentation] Automatic Identification of Pi 2 Pulsations using MAGDAS/CPMN Network-Toward Construction of a new Pi 2 Index- (2009)
  • Author(s): 坂井美菜, 徳永旭将, 魚住禎司, 阿郡修司, 池田昭大, 吉川顕正, 河野英昭, 湯元清文, MAGDAS/CPMNグループ湯元清文
  • Organizer: 地球電磁気・惑星圏学会代126回講演会
  • Place of Presentation: 石川県金沢大学角間キャンパス
• [Presentation] A new interpretation of high-latitude Pi 2 observed at the MAGDAS/CPMN stations (2009)
  • Author(s): 魚住禎司, 阿部修司, 北村健太郎, 徳永旭将, 吉川顕正, 河野英昭, Marshall Richard, Morris R.J., Shevtsov Boris M., Solovyev S.I., McNamara Daniel, Liou Kan, 大谷晋一, 糸長雅弘, 湯元清文
  • Organizer: 地球電磁気・惑星圏学会代126回講演会
  • Place of Presentation: 石川県金沢大学角間キャンパス
• [Presentation] ULTIMA Magnetic Power Spectral Density and its Radial Diffusion Coefficients for Relativistic Electron Enhancement (2009)
  • Author(s): 藤本晶子, 徳永旭将, 阿部修司, 魚住禎司, 吉川顕正, Mann Ian R., Chi Peter J., Engebretson Mark, 湯元清文, MAGDAS/CPMNグループ湯元清文
  • Organizer: 地球電磁気・惑星圏学会代126回講演会
  • Place of Presentation: 石川県金沢大学角間キャンパス
• [Presentation] 時系列データマイニングによる動的ヘテロなシステムからの知識発見〜宇宙天気研究における大規模帰納処理システム構築へ向けて (2009)
  • Author(s): Tokunaga, et al
  • Organizer: 平成20年度名古屋大学太陽地球環境研究所研究集会電磁圏物理学シンポジウム
  • Place of Presentation: 九州大学・西新プラザ
• [Presentation] SSAを利用したヘテロで非定常な時系列データ間の依存関係抽出へ向けて (2008)
  • Author(s): Tokunaga, et al
  • Organizer: JST/CREST(データ同化)及び統計数理研究所共同研究による第2回 データ同化研究ワークショップ
  • Place of Presentation: 統計数理研究所
  • Year and Date: 2008-12-12
• [Presentation] The two-dimensional distribution characteristics of global mode Pi 2 pulsations extracted by Independent Component Analysis and the position of auroral breakup (2008)
  • Author(s): Tokunaga, et al
  • Organizer: 地球惑星科学関連学会合同大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場
• [Presentation] The Relationship Between the Two-dimensional Distribution Characteristics of Global Mode Pi 2 Pulsations Extracted by ICA and Auroral Breakups (2008)
  • Author(s): Tokunaga, et al
  • Organizer: AOGS Meeting 2008
  • Place of Presentation: Pusan, KOREA
• [Presentation] Characteristic of dayside/nightside DP2 disturbance observed at the equatorial at MAGDAS stations (2008)
  • Author(s): Ito, et al
  • Organizer: AOGS Meeting 2008
  • Place of Presentation: Pusan, KOREA
• [Presentation] A new index to monitor temporal and long-term variations of the Equatorial Electrojet by MAGDAS/CPMN real-time data : EE-Index (2008)
  • Author(s): Uozumi, et al
  • Organizer: AOGS Meeting 2008
  • Place of Presentation: Pusan, KOREA
• [Presentation] Characteristics of SFEs observed at the dip-equator CPMN stations (2008)
  • Author(s): Yamazaki, et al
  • Organizer: AOGS Meeting 2008
  • Place of Presentation: Pusan, KOREA
• [Presentation] Global nature of Pc 5 magnetic pulsation during the WHI observation campaign (2008)
  • Author(s): Fujimoto, et al
  • Organizer: AOGS Meeting 2008
  • Place of Presentation: Pusan, KOREA
• [Presentation] サブストームに伴う昼側磁気赤道Pi 2型地磁気脈動のICAに基づく定量的評価 (2008)
  • Author(s): Tokunaga, et al
  • Organizer: 第32回極域宙空圏シンポジウム
  • Place of Presentation: 国立極地研究所
• [Presentation] Convolutive Blind Source Separation of Pi 2 magnetic pulsations observed on the ground (2008)
  • Author(s): Tokunaga, et al
  • Organizer: 第124回 SGEPSS総会および講演会
  • Place of Presentation: 仙台市戦災復興記念館
• [Presentation] Global nature of Pc 5 magnetic pulsation during the WHI observation campaign (2008)
  • Author(s): Fujimoto, et al
  • Organizer: 第124回 SGEPSS総会および講演会
  • Place of Presentation: 仙台市戦災復興記念館
• [Presentation] Convolutive Blind Source Separation of Pi 2 magnetic pulsations observed on the ground (2008)
  • Author(s): Tokunaga, et al
  • Organizer: International Symposium : Fifty Years after IGY-Modern Information Technologies and Earth and Solar Sciences
  • Place of Presentation: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST), Tsukuba, Ibaraki
• [Presentation] Global nature of Pc 5 magnetic pulsation during the WHI observation campaign (2008)
  • Author(s): Fujimoto, et al
  • Organizer: 2008 AGU Fall Meeting
  • Place of Presentation: San Francisco, USA