サブストーム回復相における極域熱圏でのエネルギー収支の解明

• 研究課題/領域番号: 16K05569
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 超高層物理学
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 大山 伸一郎 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 講師 (20444424)
• 研究期間 (年度): 2016-10-21 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2018年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2017年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2016年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: 極域 / 熱圏 / オーロラ / 電離圏 / ファブリペロー干渉計 / 磁気嵐 / 脈動

研究成果の概要

オーロラの急激な増光を伴う、サブストームと呼ばれる一連の活動は、成長相・拡大相・回復相の３つの時間帯で構成されている。本研究が着目する回復相には、輝度が明滅するオーロラや、不規則な水平構造（パッチ）を持ったオーロラが現れる。本研究は、このパッチ状オーロラに着目し、その周辺で発生する、磁気圏、電離圏、熱圏の間でのエネルギー収支を、観測的に研究した。欧州非干渉散乱（EISCAT）レーダー、高感度カメラ・ファブリペロー干渉計(FPI)を組合わせた観測実験を実施し、パッチ状オーロラには数百keVの高エネルギー電子の降込みが含まれ、下部熱圏の風速変動がそれと連動していることが分かった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究により、数百keVを超える高エネルギー電子がオーロラパッチと一緒に発生し、それと同時に熱圏大気が変動することが分かった。オーロラパッチが出現する時間帯は数時間以上あり、かなり長い時間、熱圏は変動することが分かる。熱圏は低高度衛星が飛翔する高度でもあり、安定した衛星運用を実現するためには、熱圏が変動する時間と場所を知ることは重要である。本研究は、それを知るための指針となる成果と言える。

研究成果

• [国際共同研究] オウル大学/ソダンキラ地球物理観測所/フィンランド気象研究所(フィンランド)
• [国際共同研究] アラスカ大学フェアバンクス校(米国)
• [国際共同研究] IRF(スウェーデン)
• [国際共同研究] UNIS/トロムソ大学(ノルウェー)
• [国際共同研究] University of Oulu/Sodankyla Geophysical Observatory/Finnish Meteorological Institute(フィンランド)
• [国際共同研究] IRF(スウェーデン)
• [国際共同研究] UNIS(ノルウェー)
• [国際共同研究] GI UAF(米国)
• [国際共同研究] GI UAF(米国)
• [国際共同研究] University of Oulu(フィンランド)
• [雑誌論文] Visualization of rapid electron precipitation via chorus element wave?particle interactions (2019)
  • 著者名/発表者名: Ozaki M. et al.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 10 号: 1 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1038/s41467-018-07996-z
  • NAID: 120006550406
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Tracking the Region of High Correlation Between Pulsating Aurora and Chorus: Simultaneous Observations With Arase Satellite and Ground‐Based All‐Sky Imager in Russia (2019)
  • 著者名/発表者名: Kawamura S.、Hosokawa K.、Kurita S.、Oyama S.、Miyoshi Y.、Kasahara Y.、Ozaki M.、Matsuda S.、Matsuoka A.、Kozelov B.、Kawamura Y.、Shinohara I.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Space Physics 巻: 124 号: 4 ページ: 2769-2778
  • DOI: 10.1029/2019ja026496
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Fabry‐Perot interferometer observations of thermospheric horizontal winds during magnetospheric substorms (2019)
  • 著者名/発表者名: Cai L.、Oyama S.、Aikio A.、Vanham?ki H.、Virtanen I.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Space Physics 巻: - 号: 5 ページ: 3709-3728
  • DOI: 10.1029/2018ja026241
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Auroral molecular-emission effects on the atomic oxygen line at 777.4 nm (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Oyama, T. T. Tsuda, K. Hosokawa, Y. Ogawa, Y. Miyoshi, S. Kurita, A. E. Kero, R. Fujii, Y. Tanaka, A. Mizuno, T. Kawabata, B. Gustavsson, and T. Leyser
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 70 号: 1 ページ: 166-166
  • DOI: 10.1186/s40623-018-0936-z
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Survey of conditions for artificial aurora experiments by the second electron gyro-harmonic at EISCAT Tromsoe; using dynasonde data (2018)
  • 著者名/発表者名: Tsuda, T.T., M.T. Rietveld, M.J. Kosch, S. Oyama, Y. Ogawa, K. Hosokawa, S. Nozawa, T. Kawabata, and A. Mizuno
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 70 号: 1 ページ: 193-193
  • DOI: 10.1186/s40623-018-0864-y
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Purple auroral rays and global Pc1 pulsations observed at the CIR-associated solar wind density enhancement on March 21, 2017 (2018)
  • 著者名/発表者名: Shiokawa, K., M. Ozaki, A. Kadokura, Y. Endo, T. Sakanoi, S. Kurita, Y. Miyoshi, S.-I. Oyama, M. Connors, I. Schofield, J. M. Ruohoniemi, M. Nose, 他19名
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 45 号: 20 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1029/2018gl079103
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Microscopic Observations of Pulsating Aurora Associated With Chorus Element Structures: Coordinated Arase Satellite‐PWING Observations (2018)
  • 著者名/発表者名: Ozaki M. et al.
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 45 号: 22 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1029/2018gl079812
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Rapid Loss of Relativistic Electrons by EMIC Waves in the Outer Radiation Belt Observed by Arase, Van Allen Probes, and the PWING Ground Stations (2018)
  • 著者名/発表者名: Kurita S.、Miyoshi Y.、Shiokawa K.、Higashio N.、Mitani T.、Takashima T.、Matsuoka A.、Shinohara I.、Kletzing C. A.、Blake J. B.、Claudepierre S. G.、Connors M.、Oyama S.、Nagatsuma T.、Sakaguchi K.、Baishev D.、Otsuka Y.
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 45 号: 23
  • DOI: 10.1029/2018gl080262
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Electrostatic Electron Cyclotron Harmonic Waves as a Candidate to Cause Pulsating Auroras (2018)
  • 著者名/発表者名: Fukizawa M.、Sakanoi T.、Miyoshi Y.、Hosokawa K.、Shiokawa K.、Katoh Y.、Kazama Y.、Kumamoto A.、Tsuchiya F.、Miyashita Y.、Tanaka Y. ‐M.、Kasahara Y.、Ozaki M.、Matsuoka A.、Matsuda S.、Hikishima M.、Oyama S.、Ogawa Y.、Kurita S.、Fujii R.
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 45 号: 23
  • DOI: 10.1029/2018gl080145
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Survey of conditions for artificial aurora experiments at EISCAT Troms? using dynasonde data (2018)
  • 著者名/発表者名: Tsuda T. T.、Rietveld M. T.、Kosch M. J.、Oyama S.、Hosokawa K.、Nozawa S.、Kawabata T.、Mizuno A.、Ogawa Y.
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 70 号: 1 ページ: 1-11
  • DOI: 10.1186/s40623-018-0805-9
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Measurement of thermospheric temperatures using OMTI Fabry?Perot interferometers with 70-mm etalon (2017)
  • 著者名/発表者名: Nakamura Y.、Shiokawa K.、Otsuka Y.、Oyama S.、Nozawa S.、Komolmis T.、Komonjida S.、Neudegg Dave、Yuile Colin、Meriwether J.、Shinagawa H.、Jin H.
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 69 号: 1 ページ: 1-13
  • DOI: 10.1186/s40623-017-0643-1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Energetic electron precipitation and auroral morphology at the substorm recovery phase (2017)
  • 著者名/発表者名: Oyama S.、Kero A.、Rodger C. J.、Clilverd M. A.、Miyoshi Y.、Partamies N.、Turunen E.、Raita T.、Verronen P. T.、Saito S.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Space Physics 巻: 122 号: 6 ページ: 6508-6527
  • DOI: 10.1002/2016ja023484
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Simultaneous FPI and TMA Measurements of the Lower Thermospheric Wind in the Vicinity of the Poleward Expanding Aurora After Substorm Onset (2017)
  • 著者名/発表者名: Oyama Shin-ichiro、Kubota Ken、Morinaga Takatoshi、Tsuda Takuo T.、Kurihara Junichi、Larsen Miguel F.、Yamamoto Masayuki、Cai Lei
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Space Physics 巻: 122 号: 10
  • DOI: 10.1002/2017ja024613
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Ground-based instruments of the PWING project to investigate dynamics of the inner magnetosphere at subauroral latitudes as a part of the ERG-ground coordinated observation network (2017)
  • 著者名/発表者名: Shiokawa Kazuo、Katoh Yasuo、Hamaguchi Yoshiyuki、Yamamoto Yuka、Adachi Takumi、Ozaki Mitsunori、Oyama Shin-Ichiro、et al.
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 69 号: 1 ページ: 1-21
  • DOI: 10.1186/s40623-017-0745-9
  • NAID: 120006537087
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Mesospheric ozone destruction by high-energy electron precipitation associated with pulsating auora (2016)
  • 著者名/発表者名: Turunen, E., A. Kerro, P. T. Verronen, Y. Miyoshi, S. Oyama, and S. Saito
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Atmospheres 巻: 121 号: 19 ページ: 11852-11861
  • DOI: 10.1002/2016jd025015
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Thermospheric Nocturnal Wind Climatology Observed by Fabry-Perot Interferometers over the Asia-Oceania Region (2016)
  • 著者名/発表者名: Akiyo YATAGAI and Shin-ichiro OYAMA
  • 雑誌名: 気象集誌. 第2輯 巻: 94 号: 6 ページ: 525-536
  • DOI: 10.2151/jmsj.2016-026
  • NAID: 130005286355
  • ISSN: 0026-1165, 2186-9057
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] SDI-3D project: MIT coupling study with the EISCAT_3D (2019)
  • 著者名/発表者名: Oyama, S., A. Aikio, M. G. Conde, H. Vanhamaki, I. Virtanen, T. Ulich, U. Brondstrom, P. Verronen, L. Roininen, Sari Lasanen, A. Workayehu, K. Shiokawa, Heqiucen Xu, M. Ishii, M. Hirahara, T. Sakanoi, Y. Tanaka, C. Fallen, B. J. Watkins, M. Orispaa, Y. Ogawa, L. Cai, E. Turunen, and K. Kauristie
  • 学会等名: Observatory Days 2019
  • 国際学会
• [学会発表] オーロラ高エネルギー粒子による大気微量成分への影響に関する研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: Oyama, S., Esa Turunen, Antti E. Kero, Pekka T. Verronen, Yoshizumi Miyoshi, Akira Mizuno, Craig Rodger, Mark Clilverd, Thomas Ulich, Noora Partamies, Masato Shiotani and Shinji Saito
  • 学会等名: 第１回JCAR北極域研究計画ワークショップ
• [学会発表] EISCAT_3Dと熱圏大気プロファイラを用いた極域磁気圏－電離圏－熱圏結合の研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: Oyama, S., Mark G. Conde, Anita Aikio, Esa Turunen, Kirsti Kauristie, Heikki Vanhamaki, Ilkka Virtanen, Urban Brondstrom, Thomas Ulich, Lei Cai, Abiyot Workayehu, Kazuo Shiokawa, Mamoru Ishii, Masafumi Hirahara, Cristopher Fallen, Brenton J. Watkins
  • 学会等名: 第１回JCAR北極域研究計画ワークショップ
• [学会発表] SDI-3D project: measurements of the thermosphere (2018)
  • 著者名/発表者名: Oyama, S., Mark G. Conde, Anita Aikio, Esa Turunen, Kirsti Kauristie, Heikki Vanhamaki, Ilkka Virtanen, Urban Brondstrom, Thomas Ulich, Lei Cai, Abiyot Workayehu, Kazuo Shiokawa, Mamoru Ishii, Masafumi Hirahara, Cristopher Fallen, Brenton J. Watkins
  • 学会等名: EISCAT_3D user meeting
  • 国際学会
• [学会発表] オーロラ高エネルギー粒子による大気微量成分への影響に関する研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: Oyama, S., Esa Turunen, Antti E. Kero, Pekka T. Verronen, Yoshizumi Miyoshi, Akira Mizuno, Craig Rodger, Mark Clilverd, Thomas Ulich, Noora Partamies, Masato Shiotani and Shinji Saito
  • 学会等名: 極域における宙空圏観測・研究の将来構想に関する研究集会
• [学会発表] EISCAT_3Dと熱圏大気プロファイラを用いた極域磁気圏－電離圏－熱圏結合の研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: Oyama, S., Mark G. Conde, Anita Aikio, Esa Turunen, Kirsti Kauristie, Heikki Vanhamaki, Ilkka Virtanen, Urban Brondstrom, Thomas Ulich, Lei Cai, Abiyot Workayehu, Kazuo Shiokawa, Mamoru Ishii, Masafumi Hirahara, Cristopher Fallen, Brenton J. Watkins
  • 学会等名: 極域における宙空圏観測・研究の将来構想に関する研究集会
• [学会発表] New insights found from coalescence of the ionospheric and thermospheric measurements at auroral latitudes (2018)
  • 著者名/発表者名: Oyama, S., Anita Aikio, Mark Conde, Heikki Vanhamaki, Ilkka Virtanen, Lei Cai, Ken Kubota, Takatoshi Morinaga, Takuo T. Tsuda, Junichi Kurihara, Miguel F. Larsen, Masayuki Yamamoto, Masafumi Hirahara, and Kazuo Shiokawa
  • 学会等名: JpGU
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Simultaneous FPI and TMA Measurements of the Lower-thermospheric Wind in the Vicinity of the Poleward-expanding Aurora After Substorm Onset (2018)
  • 著者名/発表者名: Oyama, S., Ken KUBOTA, Takatoshi MORINAGA, Takuo TSUDA, Junichi KURIHARA, Miguel LARSEN, Masa-Yuki YAMAMOTO, Lei CAI
  • 学会等名: AOGS
  • 国際学会
• [学会発表] Coordinated observations with the ground-based instruments and satellites to study energetic electron precipitation and auroral morphology at the substorm recovery phase (2018)
  • 著者名/発表者名: Oyama, Antti E. Kero, Craig Rodger, Mark A. Clilverd, Yoshizumi Miyoshi, Noora Partamies, Esa Turunen, Tero Raita, Pekka T. Verronen, Shinji Saito, Keisuke Hosokawa, Yasunobu Ogawa, Satoshi Kurita, Satonori Nozawa, Hiroshi Miyaoka, Yoshimasa Tanaka, and Ryoichi Fujii
  • 学会等名: International HEPPA-SOLARIS Workshop
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] New insights found from coalescence of the ionospheric and thermospheric measurements at auroral latitudes (2018)
  • 著者名/発表者名: Oyama, S., Mark G. Conde, Anita Aikio, Esa Turunen, Kirsti Kauristie, Heikki Vanhamaki, Ilkka Virtanen, Urban Brondstrom, Thomas Ulich, Lei Cai, Abiyot Workayehu, Kazuo Shiokawa, Mamoru Ishii, Masafumi Hirahara, Cristopher Fallen, Brenton J. Watkins
  • 学会等名: 45am Optical Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] SDI-3D project: measurements of the thermosphere (2018)
  • 著者名/発表者名: Oyama, S., Mark G. Conde, Anita Aikio, Esa Turunen, Kirsti Kauristie, Heikki Vanhamaki, Ilkka Virtanen, Urban Brondstrom, Thomas Ulich, Lei Cai, Abiyot Workayehu, Kazuo Shiokawa, Mamoru Ishii, Masafumi Hirahara, Takeshi Sakanoi, Yoshimasa Tanaka, Cristopher Fallen, and Brenton J. Watkins
  • 学会等名: 2nd Nordic Observatory Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Dynamics of the polar thermospheric wind and substorm phases (2018)
  • 著者名/発表者名: Oyama, S., A. Aikio, L. Cai, M. G. Conde, E. Turunen, K. Kauristie, H. Vanhamaki, I. Virtanen, U. Brondstrom, T. Ulich, A. Workayehu, K. Shiokawa, Heqiucen Xu, M. Ishii, M. Hirahara, T. Sakanoi, Y. Tanaka, C. Fallen, B. J. Watkins, M. Orispaa, and Y. Ogawa
  • 学会等名: AGU Fall Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Energetic electron precipitation and auroral morphology at the substorm recovery phase (2018)
  • 著者名/発表者名: Oyama, S., Antti Kero, Craig J. Rodge, Mark A. Clilverd, Yoshizumi Miyoshi, Noora Partamies, Esa Turunen, Tero Raita, Pekka T. Verronen, and Shinji Saito
  • 学会等名: ISAR-5
  • 国際学会
• [学会発表] Beyond present understanding of Magnetosphere-Ionosphere-Thermosphere-Mesosphere coupled system at high latitudes: planning instruments to be collaborated with the EISCAT_3D (2018)
  • 著者名/発表者名: Oyama, S., Anita Aikio, Mark Conde, Heikki Vanhamaki, Ilkka Virtanen, Lei Cai, Esa Turunen, Antti Kero, Thomas Ulich, and Pekka Verronen
  • 学会等名: Sodankyla Observatory Days
  • 国際学会
• [学会発表] Energetic electron precipitation and auroral morphology at the substorm recovery phase (2017)
  • 著者名/発表者名: Oyama, S., A. Kero, C. J Rodger, M. A Clilverd, Y. Miyoshi, N. Partamies, E. Turunen, T. Raita, P. T Verronen, and S. Saito
  • 学会等名: JpGU
  • 国際学会
• [学会発表] Lower thermospheric wind variations in auroral patches during the substorm recovery phase (2017)
  • 著者名/発表者名: Oyama, S., K. Shiokawa, Y. Miyoshi, K. Hosokawa, B. J. Watkins, J. Kurihara, T. T. Tsuda, and C. T. Fallen
  • 学会等名: EISCAT symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Energetic electron precipitation and auroral morphology at the substorm recovery phase (2017)
  • 著者名/発表者名: Oyama, S., A. Kero, C. J Rodger, M. A Clilverd, Y. Miyoshi, N. Partamies, E. Turunen, T. Raita, P. T Verronen, and S. Saito
  • 学会等名: EISCAT symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Evaluation of the auroral molecular-emission effects on the atomic line at 777.4 nm (2017)
  • 著者名/発表者名: Oyama, S., K. Hosokawa, Y. Ogawa, Y. Miyoshi, T. T. Tsuda, S. Kurita, A. Kero, R. Fujii, S. Nozawa, H. Miyaoka, Y. Tanaka, A. Mizuno, and T. Kawabata
  • 学会等名: SGEPSS
• [学会発表] PULSTAT study: energetic particle precipitation effects on the ionosphere (2017)
  • 著者名/発表者名: Oyama, S
  • 学会等名: CHAMOS workshop
  • 国際学会
• [学会発表] ARASE and Japanese observation activities at northern high latitudes (2017)
  • 著者名/発表者名: Oyama, S., Y. Miyoshi, K. Hosokawa, K. Shiokawa, PWING team, PsA team
  • 学会等名: CHAMOS workshop
  • 国際学会
• [学会発表] Energetic electron precipitation and auroral morphology at the substorm recovery phase (2017)
  • 著者名/発表者名: Oyama, S., A. Kero, C. J. Rodger, M. A. Clilverd, Y. Miyoshi, N. Partamies, E. Turunen, T. Raita, P. T. Verronen, and S. Saito
  • 学会等名: AGU Fall Meetng
  • 国際学会
• [学会発表] Lower-thermospheric wind variations in auroral patches during the substorm recovery phase (2016)
  • 著者名/発表者名: Oyama, S., Kazuo Shiokawa, Yoshizumi Miyoshi, Keisuke Hosokawa, Brenton J. Watkins, Junichi Kurihara, Takuo T. Tsuda, and Christopher T. Fallen
  • 学会等名: American Geophysical Union Fall meeting 2016
  • 発表場所: 米国・サンフランシスコ
  • 年月日: 2016-12-12
  • 国際学会
• [学会発表] サブストーム回復相における脈動オーロラパッチと下部熱圏風速変動 (2016)
  • 著者名/発表者名: Oyama, S., Kazuo Shiokawa, Yoshizumi Miyoshi, Keisuke Hosokawa , Brenton J. Watkins, Junichi Kurihara, Takuo T. Tsuda , and Christopher T. Fallen
  • 学会等名: 第140回 地球電磁気・地球惑星圏学会
  • 発表場所: 博多
  • 年月日: 2016-11-20