太陽ベクトル磁場観測データのリアルタイム解析によるフレア予測モデル開発

• 研究課題/領域番号: 15K17620
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 天文学
• 研究機関: 国立研究開発法人情報通信研究機構
• 研究代表者: 西塚 直人 国立研究開発法人情報通信研究機構, 電磁波研究所宇宙環境研究室, 研究員 (10578933)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2017年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2016年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2015年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: 太陽フレア / 予測 / 宇宙天気 / 機械学習 / 衛星画像 / 画像検出 / 深層学習 / ビッグデータ / ベクトル磁場 / SDO衛星 / フレア予測 / 宇宙天気予報 / ビッグデータ解析

研究成果の概要

機械学習とビッグデータを用いた予測モデル開発により、宇宙天気予報の精度を格段に上げることに成功した。宇宙天気予報は毎日配信されているが、予報精度の向上が長年の課題である。本研究では、複数の機械学習手法を太陽観測データ解析に応用することで、大量の情報処理による統計的な太陽フレアの予測を可能にした。その結果、従来の人手による5割程度の手法に比べ、8割を超える世界トップクラスの精度まで予測精度を上げることに成功した。また、太陽フレア発生前の特徴を統合的に機械学習によるデータ分析から明らかにし、太陽フレアの謎を解く鍵が得られた。さらに現在、リアルタイム予報運用へ向けて準備を進めている。

研究成果

• [雑誌論文] Deep Flare Net (DeFN) Model For Solar Flare Prediction (2018)
  • 著者名/発表者名: N. Nishizuka, K. Sugiura, Y. Kubo, M. Den, M. Ishii
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 858 号: 2 ページ: 113-120
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aab9a7
  • 査読あり
• [雑誌論文] Flare Prediction Using Machine Learning with Multiwavelength Observations (2018)
  • 著者名/発表者名: N. Nishizuka, K. Sugiura, Y. Kubo, M. Den, S. Watari, M. Ishii
  • 雑誌名: Proceedings IAU Symposium No. 335, 2017 (C. Foullon & O. Malandraki, eds.), Space Weather of the Heliosphere: Processes and Forecasts 巻: -
  • 査読あり
• [雑誌論文] Flux Rope Breaking And Formation Of A Rotating Blowout Jet (2018)
  • 著者名/発表者名: N. C. Joshi, N. Nishizuka, B. Filippov, T. Magara, and A. G. Tlatov
  • 雑誌名: Monthly Notice of Royal Astronomical Society 巻: 476 号: 1 ページ: 1286-1298
  • DOI: 10.1093/mnras/sty322
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 太陽ダイナモを起点とした黒点形成とフレア爆発への物理過程 (2018)
  • 著者名/発表者名: 西塚直人, 堀田英之, 鳥海森
  • 雑誌名: プラズマ核融合学会誌 巻: 94 ページ: 51-57
  • NAID: 40021491263
  • 査読あり
• [雑誌論文] 宇宙天気予報の精度を上げる技術の開発 - 機械学習とビッグデータで、太陽フレアの発生予測を8割へアップ - (2017)
  • 著者名/発表者名: 西塚直人
  • 雑誌名: 電子情報通信学会誌 (ニュース解説) 巻: 100 ページ: 517-518
  • 査読あり
• [雑誌論文] Solar Flare Prediction Model with Three Machine-learning Algorithms using Ultraviolet Brightening and Vector Magnetograms (2017)
  • 著者名/発表者名: N. Nishizuka, K. Sugiura, Y. Kubo, M. Den, S. Watari, M. Ishii
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal (ApJ) 巻: 835 号: 2 ページ: 156-165
  • DOI: 10.3847/1538-4357/835/2/156
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 機械学習を用いたリアルタイム太陽フレア予測 (2017)
  • 著者名/発表者名: 西塚直人、久保勇樹、杉浦孔明、田光江、亘慎一、石井守
  • 雑誌名: 第13回「宇宙環境シンポジウム」講演論文集 巻: JAXA-SP-16-010 ページ: 103-106
  • NAID: 120006827442
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Distribution Characteristics of Coronal Electric Current Density as an Indicator for the Occurrence of A Solar Flare (2016)
  • 著者名/発表者名: J. Kang, T. Magara, S. Inoue, Y. Kubo, N. Nishizuka
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan (PASJ) 巻: 68 号: 6 ページ: 101-108
  • DOI: 10.1093/pasj/psw092
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 機械学習で巨大太陽フレアはどこまで予測できるか? (2018)
  • 著者名/発表者名: 西塚直人
  • 学会等名: PSTEP・ISEE研究集会「太陽地球圏環境予測のためのモデル研究の展望」 第2回
  • 招待講演
• [学会発表] 宇宙天気予報のための 太陽観測とフレア予測 (2018)
  • 著者名/発表者名: 西塚直人, 久保勇樹, 杉浦孔明, 田光江, 石井守
  • 学会等名: 2017年度太陽研連シンポジウム「太陽研究の将来展望」
• [学会発表] 太陽フレアの磁気リコネクション観測とサブストームとの比較 (2018)
  • 著者名/発表者名: 西塚直人
  • 学会等名: 磁気圏ダイナミクス研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Solar Flare Probability Prediction Using Deep Neural Networks: Deep Flare Net (2018)
  • 著者名/発表者名: N. Nishizuka, K. Sugiura, Y. Kubo, M. Den, M. Ishii
  • 学会等名: 15th Annual Meeting, Asia Oceania Geosciences Society (AOGS) 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Time Series Prediction of Solar Flares Using Three Machine-learning Algorithms (2018)
  • 著者名/発表者名: N. Nishizuka, K. Sugiura, Y. Kubo, M. Den, M. Ishii
  • 学会等名: 15th Annual Meeting, Asia Oceania Geosciences Society (AOGS) 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Real-time Solar Flare Prediction with Deep Neural Network using Vector Magnetogram and Chromospheric Brightening (2018)
  • 著者名/発表者名: N. Nishizuka, K. Sugiura, Y. Kubo, M. Den, M. Ishii
  • 学会等名: Committee on Space Research (COSPAR 2018), 42nd Assembly, 60th Anniversary
  • 国際学会
• [学会発表] Solar Flare Prediction using Machine-learning Algorithms (2017)
  • 著者名/発表者名: N. Nishizuka, K. Sugiura, Y. Kubo, M. Den, S. Watari, M. Ishii
  • 学会等名: The 2nd PSTEP International Symposium (PSTEP-2)
  • 発表場所: 京都大学（京都府京都市）
  • 年月日: 2017-03-23
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Gradient Boosted Treesによる太陽フレア予測と時系列交差検証 (2017)
  • 著者名/発表者名: 西塚直人、杉浦孔明、久保勇樹、石井守
  • 学会等名: 日本天文学会2017年春季年会
  • 発表場所: 九州大学伊都キャンパス（福岡県福岡市)
  • 年月日: 2017-03-15
• [学会発表] 宇宙天気予報のための太陽フレア予測 (2017)
  • 著者名/発表者名: 西塚直人、久保勇樹、杉浦孔明、田光江、亘慎一、石井守
  • 学会等名: 太陽研究者連絡会シンポジウム
  • 発表場所: JAXA宇宙科学研究所（神奈川県相模原市)
  • 年月日: 2017-02-20
• [学会発表] Solar Flare Prediction using the Machine-learning and Operational Evaluation Method (2017)
  • 著者名/発表者名: N. Nishizuka, K. Sugiura, Y. Kubo, M. Ishii
  • 学会等名: 地球惑星科学連合（JpGU）連合大会2017年大会
  • 国際学会
• [学会発表] Flare Prediction Model with Vector Magnetogram and Chromospheric Brightening Using Machine-learning (2017)
  • 著者名/発表者名: N. Nishizuka, K. Sugiura, Y. Kubo, M. Den, S. Watari, M. Ishii
  • 学会等名: IAU Symposia (International Astronomical Union) IAUS 335: Space Weather of the Heliosphere: Processes and Forecasts
  • 国際学会
• [学会発表] Machine-learning of Solar Flare Prediction and Operational Evaluation Method (2017)
  • 著者名/発表者名: N. Nishizuka, K. Sugiura, Y. Kubo, M. Den, S. Watari, M. Ishii
  • 学会等名: SHINE conference 2017: Solar Heliospheric & Interplanetary Environment
  • 国際学会
• [学会発表] II型太陽電波バーストのリアルタイム自動検出に向けた試み (2017)
  • 著者名/発表者名: 直井隆浩, 久保勇樹, 西塚直人
  • 学会等名: 日本天文学会2017年秋季年会
• [学会発表] Review of Known Types of Pulsations in Solar Flares & their Interpretation by Intermittent Magnetic Reconnection (2017)
  • 著者名/発表者名: N. Nishizuka
  • 学会等名: 1st ISSI-BJ Team Meeting “Pulsations in solar flares: matching observations & models”
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] NICT Flare Prediction Model: machine-learning model (2017)
  • 著者名/発表者名: N. Nishizuka, K. Sugiura, Y. Kubo, M. Den, M. Ishii
  • 学会等名: ISEE/PSTEP workshop "BenchMarks for Operational Flare Forecasts"
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Flare Forecast using Machine-learning of Multi-wavelength Observations of Active Regions (2017)
  • 著者名/発表者名: N. Nishizuka, K. Sugiura, Y. Kubo, M. Den, S. Watari, M. Ishii
  • 学会等名: The 4th Asia-Pacific Solar Physics Meeting (APSPM) 2017
  • 国際学会
• [学会発表] The Role of a Flux Rope Ejection in Three-dimensional Magnetohydrodynamic Simulation of a Solar Flare (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Nishida, N. Nishizuka, K. Shibata
  • 学会等名: The 4th Asia-Pacific Solar Physics Meeting (APSPM) 2017
  • 国際学会
• [学会発表] AIで宇宙天気の予報精度アップ (2017)
  • 著者名/発表者名: 西塚直人
  • 学会等名: 科学技術館, 科学ライブショー「ユニバース」
  • 招待講演
• [学会発表] 宇宙天気ミニ講座 太陽編 (2017)
  • 著者名/発表者名: 西塚直人
  • 学会等名: 第12回宇宙天気ユーザーズフォーラム
• [学会発表] 宇宙天気予報の機械学習を用いた技術開発と実利用化へ向けて (2017)
  • 著者名/発表者名: 西塚直人
  • 学会等名: けいはんな情報通信フェア2017 - NICT
• [学会発表] 宇宙天気予報の機械学習を用いた技術開発と実利用化へ向けて (2017)
  • 著者名/発表者名: 西塚直人
  • 学会等名: NICTオープンハウス2017（本部）
• [学会発表] 太陽フレア予測への機械学習の応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 西塚直人、杉浦孔明、久保勇樹、田光江、亘慎一、石井守
  • 学会等名: 宇宙科学情報解析シンポジウム
  • 発表場所: JAXA宇宙科学研究所（神奈川県相模原市)
• [学会発表] 機械学習を用いたリアルタイム太陽フレア予測 (2016)
  • 著者名/発表者名: 西塚直人、久保勇樹、杉浦孔明、田光江、亘慎一、石井守
  • 学会等名: 第13回宇宙環境シンポジウム
  • 発表場所: 情報通信研究機構（東京都小金井市）
  • 年月日: 2016-11-01
  • 招待講演
• [学会発表] Flare Prediction Model with Machine-learning using Vector Magnetogram and Chromospheric Brightening (2016)
  • 著者名/発表者名: N. Nishizuka, Y. Kubo, K. Sugiura, M. Den, S. Watari, M. Ishii
  • 学会等名: 2016 The 4th AOSWA Workshop (AOSWA-4)
  • 発表場所: チェジュ（韓国）、Korean Space Weather Center (KSWC)
  • 年月日: 2016-10-24
  • 国際学会
• [学会発表] 太陽フレア予測のための特徴量の重要度と評価手法考察 (2016)
  • 著者名/発表者名: 西塚直人、久保勇樹、田光江、亘慎一、石井守、杉浦孔明
  • 学会等名: 日本天文学会2016年秋季年会
  • 発表場所: 愛媛大学（愛媛県松山市）
  • 年月日: 2016-09-14
• [学会発表] 太陽フレア発生予測のための太陽画像認識と機械学習の応用 (2016)
  • 著者名/発表者名: 西塚直人、久保勇樹、田光江、亘慎一、石井守、杉浦孔明
  • 学会等名: 日本天文学会2016年秋季年会
  • 発表場所: 愛媛大学（愛媛県松山市）
  • 年月日: 2016-09-14
• [学会発表] Machine-learning Flare Prediction Using Vector Magnetogram and Chromospheric Brightening (2016)
  • 著者名/発表者名: N. Nishizuka, Y. Kubo, K. Sugiura, M. Den, S. Watari, M. Ishii
  • 学会等名: Hinode-10 Science Meeting
  • 発表場所: 名古屋大学（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2016-09-05
  • 国際学会
• [学会発表] Relationship Between Chromospheric Anemone Jets in an Active Region and Photospheric Magnetic Field Dynamics (2016)
  • 著者名/発表者名: N. Nishizuka, A. C. Sterling
  • 学会等名: Hinode-10 Science Meeting
  • 発表場所: 名古屋大学（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2016-09-05
  • 国際学会
• [学会発表] Real-time solar flare forecast using machine-learning of vector magnetogram and chromospheric brightening (2016)
  • 著者名/発表者名: 西塚直人, 久保勇樹, 杉浦孔明, 田光江, 亘慎一, 石井守
  • 学会等名: 41th COSPAR Scientific Assembly (Committee on Space Research)
  • 発表場所: イスタンブール (トルコ)
  • 年月日: 2016-07-30
  • 国際学会
• [学会発表] A Laboratory Experiment of Magnetic Reconnection: Outflows, Heating and Waves in Chromospheric Jets (2016)
  • 著者名/発表者名: N. Nishizuka, Y. Hayashi, H. Tanabe, A. Kuwahata, Y. Kamino, M. Inomoto, Y. Ono, T. Shimizu
  • 学会等名: The 2016 Internatinal Congress on Plasma Physics (ICPP-2016)
  • 発表場所: 高雄市（台湾）
  • 年月日: 2016-06-27
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Laboratory experimental modeling of chromospheric jets observed in the solar atmosphere: magnetic reconnection with outflows, heating and waves (2016)
  • 著者名/発表者名: 西塚直人, 林由記, 田辺博士, 桑波田晃弘, 神納康宏, 井暁通, 小野靖, 清水敏文
  • 学会等名: 18th International Congress on Plasma Physics (ICPP 2016)
  • 発表場所: 高雄市(台湾)
  • 年月日: 2016-06-27
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Solar Flare Prediction with Vector Magnetogram and Chromospheric Brightening using Machine-learning (2016)
  • 著者名/発表者名: N. Nishizuka, Y. Kubo, K. Sugiura, M. Den, S. Watari, M. Ishii
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会 (JpGU)
  • 発表場所: 幕張メッセ（千葉県幕張市）
  • 年月日: 2016-05-22
  • 国際学会
• [学会発表] Solar flare prediction with vector magnetogram and chromospheric brightening using machine-learning (2016)
  • 著者名/発表者名: 西塚直人, 久保勇樹, 杉浦孔明, 田光江, 亘慎一, 石井守
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合 連合大会2016年大会 (JpGU 2016)
  • 発表場所: 幕張メッセ (千葉県幕張市)
  • 年月日: 2016-05-22
  • 国際学会
• [学会発表] 太陽磁場観測による機械学習を用いた太陽フレア予報モデル開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 西塚直人, 久保勇樹, 杉浦孔明, 田光江, 亘慎一, 石井守
  • 学会等名: 日本天文学会
  • 発表場所: 首都大学(東京都南大沢市)
  • 年月日: 2016-03-15
• [学会発表] Impulsive reconnection driven by multiple plasmoid ejections in solar flares and laboratory experiments (2016)
  • 著者名/発表者名: 西塚直人
  • 学会等名: US-Japan Workshop on Magnetic Reconnection (MR2016)
  • 発表場所: カリフォルニア州ナパ市 (米国)
  • 年月日: 2016-03-07
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 太陽観測データと機械学習を用いた宇宙天気予報モデル開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 西塚直人, 久保勇樹, 田光江, 亘慎一, 石井守, 杉浦孔明
  • 学会等名: 太陽研連シンポジウム「ひので10年目の成果とSolar-Cを柱とする太陽研究の新展開」
  • 発表場所: 国立天文台(東京都三鷹市)
  • 年月日: 2016-02-15
• [学会発表] Solar flare prediction with machine-learning of real-time vector magnetogram data (2016)
  • 著者名/発表者名: 西塚直人, 久保勇樹, 田光江, 亘慎一, 石井守, 杉浦孔明
  • 学会等名: 新学術領域 太陽地球圏環境予測(PSTEP) 第1回 国際シンポジウム
  • 発表場所: 名古屋大学（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2016-01-13
  • 国際学会
• [学会発表] トピックス１：プラズモイド （太陽側/実験側話題提供） (2015)
  • 著者名/発表者名: 西塚直人, 小野靖
  • 学会等名: 第23回ひので-実験室研究会
  • 発表場所: 東京大学(東京都文京区本郷)
  • 年月日: 2015-10-13
• [学会発表] Development of solar flare prediction technique based on image processing of real-time solar magnetogram data (2015)
  • 著者名/発表者名: 西塚直人, 久保勇樹, 田光江, 亘慎一, 石井守
  • 学会等名: SCOSTEP-WDS Workshop on Global Data Activities for the Research of Solar-Terrestrial Variability
  • 発表場所: 情報通信研究機構(東京都小金井市)
  • 年月日: 2015-09-28
  • 国際学会
• [学会発表] フレア発生前磁場特徴量の統計的傾向とフレア予測手法開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 西塚直人, 久保勇樹, 田光江, 亘慎一, 石井守
  • 学会等名: 日本天文学会
  • 発表場所: 甲南大学(兵庫県神戸市)
  • 年月日: 2015-09-09
• [学会発表] Modeling of fractal reconnection & particle acceleration in solar flares (2015)
  • 著者名/発表者名: 西塚直人
  • 学会等名: Asia Oceania Geophysciences Society (AOGS 2015)
  • 発表場所: サンテックシティ (シンガポール)
  • 年月日: 2015-08-02
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] 自然と科学の情報誌「milsil（ミルシル）」特集 太陽フレア ～地球の生命を支える恵みの風か、災いをもたらす恐ろしい嵐か～ (2017)
  • 著者名/発表者名: 柴田一成, 西塚直人, 三宅芙沙, 村主崇行, 野津湧太
  • 総ページ数: 14
  • 出版者: 独立行政法人 国立科学博物館
• [図書] 機械学習とビッグデータで、太陽フレアと宇宙天気を予測する！ (2017)
  • 著者名/発表者名: 西塚直人
  • 出版者: Academist Journal
• [備考] 機械学習とビッグデータで、太陽フレアと宇宙天気を予測する！
  • URL: https://academist-cf.com/journal/?p=4717
• [備考] 科学の森：太陽フレアの予測に挑む 通信障害などトラブル警戒「宇宙天気予報」
  • URL: https://mainichi.jp/articles/20171102/ddm/016/040/008000c
• [備考] 宇宙天気予報の精度を上げる技術の開発 (NICTプレスリリース)
  • URL: https://www.nict.go.jp/press/2017/01/26-1.html