極域中間圏冬期エコーの生成解明を通して探る大気素過程の研究

• 研究課題/領域番号: 17H02969
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 超高層物理学
• 研究機関: 国立極地研究所
• 研究代表者: 堤 雅基 国立極地研究所, 先端研究推進系, 教授 (80280535)
• 研究分担者: 西村 耕司 京都大学, 生存圏研究所, 准教授 (60455475)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 13,390千円 (直接経費: 10,300千円、間接経費: 3,090千円); 2019年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円); 2018年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円); 2017年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
• キーワード: 極域中間圏 / 南極 / 大気レーダー / 大気波動 / 大気乱流 / PANSYレーダー / MFレーダー / 中間圏下部熱圏 / 大気重力波 / 極中間圏夏期エコー / 極中間圏冬期エコー / 超高層物理学 / 超高層大気物理学

研究成果の概要

大気研究の最前線となっている小さなスケールの大気現象（大気重力波と呼ばれる大気中の波動や大気乱流）を調べるため、南極昭和基地に設置された大気レーダーを用いた新しい観測手法を開発し、これらの現象のエネルギーや季節変化を高度1-90km域で解析した。
併せて、北極域のレーダーにも新手法を応用する検討を北欧域の研究機関と協力して行い、将来的に南北両極域で本開発手法を使った観測研究を実施する準備を行った。

研究成果の学術的意義や社会的意義

大気中には大小さまざまなスケールの現象があり、大きなスケールから小さなスケールへと姿を変えて行く中で受け渡されるエネルギーや運動量を定量的に調べることが、地球大気環境を調べる上で重要となる。極域は、地球大気の大きな流れ（大気大循環）の始点・終点の役割を持つが、へき地であり観測が十分ではなく、小スケール現象は観測手段が限られるためにさらに不明点が多い。本研究により極域大気をより精度よく観測することで、地球大気全体の理解に貢献できる。

研究成果

• [国際共同研究] Leibniz Institute of Atmospheric Physics(ドイツ)
• [国際共同研究] UiT The Arctic University of Norway(ノルウェー)
• [雑誌論文] Characteristics of Gravity Wave Horizontal Phase Velocity Spectra in the Mesosphere Over the Antarctic Stations, Syowa and Davis (2023)
  • 著者名/発表者名: Kogure Masaru、Nakamura Takuji、Murphy Damian J.、Taylor Michael J.、Zhao Yucheng、Pautet Pierre‐Dominique、Tsutsumi Masaki、Tomikawa Yoshihiro、Ejiri Mitsumu K.、Nishiyama Takanori
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Atmospheres 巻: 128 号: 6
  • DOI: 10.1029/2022jd037751
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Kelvin‐Helmholtz Billows in the Troposphere and Lower Stratosphere Detected by the PANSY Radar at Syowa Station in the Antarctic (2023)
  • 著者名/発表者名: Minamihara Yuichi、Sato Kaoru、Tsutsumi Masaki
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Atmospheres 巻: 128 号: 5
  • DOI: 10.1029/2022jd036866
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Mesospheric ionization during substorm growth phase (2022)
  • 著者名/発表者名: Murase K.、Kataoka R.、Nishiyama T.、Nishimura K.、Hashimoto T.、Tanaka Y.、Kadokura A.、Tomikawa Y.、Tsutsumi M.、Ogawa Y.、Uchida H. A.、Sato K.、Kasahara S.、Mitani T.、Yokota S.、Hori T.、Keika K.、Takashima T.、Kasahara Y.、et al.
  • 雑誌名: Journal of Space Weather and Space Climate 巻: 12 ページ: 18-18
  • DOI: 10.1051/swsc/2022012
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Weakening of Polar Mesosphere Winter Echo and Turbulent Energy Dissipation Rates After a Stratospheric Sudden Warming in the Southern Hemisphere in 2019 (2021)
  • 著者名/発表者名: Kohma M.、Sato K.、Nishimura K.、Tsutsumi M.
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 48 号: 10
  • DOI: 10.1029/2021gl092705
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A Statistical Analysis of the Energy Dissipation Rate Estimated From the PMWE Spectral Width in the Antarctic (2020)
  • 著者名/発表者名: Kohma M.、Sato K.、Nishimura K.、Tsutsumi M.、Sato T.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Atmospheres 巻: 125 号: 16
  • DOI: 10.1029/2020jd032745
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Intermittency of Gravity Waves in the Antarctic Troposphere and Lower Stratosphere Revealed by the PANSY Radar Observation (2020)
  • 著者名/発表者名: Minamihara Y.、Sato K.、Tsutsumi M.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Atmospheres 巻: 125 号: 15
  • DOI: 10.1029/2020jd032543
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Spectral Observation Theory and Beam Debroadening Algorithm for Atmospheric Radar (2020)
  • 著者名/発表者名: Nishimura Koji、Kohma Masashi、Sato Kaoru、Sato Toru
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing 巻: 58 号: 10 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1109/tgrs.2020.2970200
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] First incoherent scatter measurements and adaptive suppression of field-aligned irregularities by the PANSY radar at Syowa Station, Antarctic (2019)
  • 著者名/発表者名: Taishi Hashimoto, Akinori Saito, Koji Nishimura, Masaki Tsutsumi, Kaoru Sato, Toru Sato
  • 雑誌名: Journal of Atmospheric and Oceanic Technology 巻: 36 号: 9 ページ: 1881-1888
  • DOI: 10.1175/jtech-d-18-0175.1
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct comparison between magnetospheric plasma waves and polar mesosphere winter echoes in both hemispheres (2019)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, Y.-M., T. Nishiyama, A. Kadokura, M. Ozaki, Y. Miyoshi, K. Shiokawa, S.-I. Oyama, R. Kataoka, M. Tsutsumi, K. Nishimura, K. Sato, Y. Kasahara, A. Kumamoto, F. Tsuchiya, M. Fukizawa, M. Hikishima, S. Matsuda, A. Matsuoka, I. Shinohara, M. Nose, T. Nagatsuma, M. Shinohara, A. Fujimoto, M. Teramoto, 他5名
  • 雑誌名: J. Geophys. Res. 巻: 124 号: 11 ページ: 1-14
  • DOI: 10.1029/2019ja026891
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Estimate of turbulent energy dissipation rate from the VHF radar and radiosonde observations in the Antarctic (2019)
  • 著者名/発表者名: Kohma M.、Sato K.、Tomikawa Y.、Nishimura K.、Sato T.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Atmospheres 巻: 124 号: 6 ページ: 2976-2993
  • DOI: 10.1029/2018jd029521
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Vertical Structure of Terdiurnal Tides in the Antarctic MLT Region: 15‐Year Observation Over Syowa (69°S, 39°E) (2019)
  • 著者名/発表者名: Liu Huixin、Tsutsumi Masaki、Liu Hanli
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 46 号: 5 ページ: 2364-2371
  • DOI: 10.1029/2019gl082155
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Transient ionization of the mesosphere during auroral breakup: Arase satellite and ground-based conjugate observations at Syowa Station (2019)
  • 著者名/発表者名: Kataoka, R., T. Nishiyama, Y. Tanaka, A. Kadokura, H. A. Uchida, Y. Ebihara, M. Ejiri, Y. Tomikawa, M. Tsutsumi, K. Sato, Y. Miyoshi, K. Shiokawa, S. Kurita, Y. Kasahara, M. Ozaki, K. Hosokawa, S. Matsuda, I. Shinohara, T. Takashima, T. Sato, T. Mitani, T. Hori, and N. Higashio
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 71:9 号: 1 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1186/s40623-019-0989-7
  • NAID: 120006554807
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Statistical Characteristics of Gravity Waves With Near-Inertial Frequencies in the Antarctic Troposphere and Lower Stratosphere Observed by the PANSY Radar (2018)
  • 著者名/発表者名: Minamihara Y.、Sato K.、Tsutsumi M.、Sato T.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Atmospheres 巻: 123 号: 17 ページ: 8993-9010
  • DOI: 10.1029/2017jd028128
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Simultaneous Observations of Polar Mesosphere Winter Echoes and Cosmic Noise Absorptions in a Common Volume by the PANSY Radar (69.0°S, 39.6°E) (2018)
  • 著者名/発表者名: Nishiyama T.、Sato K.、Nakamura T.、Tsutsumi M.、Sato T.、Tanaka Y.-M.、Nishimura K.、Tomikawa Y.、Kohma M.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Space Physics 巻: 123 号: 6 ページ: 5019-5032
  • DOI: 10.1029/2017ja024717
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of horizontal wind structure on a gravity wave event in the middle atmosphere over Syowa (69°S, 40°E), the Antarctic (2018)
  • 著者名/発表者名: Kogure, M., T. Nakamura, M. K. Ejiri, T. Nishiyama, Y. Tomikawa, and M. Tsutsumi,
  • 雑誌名: Geophys. Res. Lett. 巻: 45 号: 10 ページ: 5151-5157
  • DOI: 10.1029/2018gl078264
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rayleigh/Raman lidar observations of gravity wave activity from 15 to 70 km altitude over Syowa (69S, 40E), the Antarctic (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Kogure, T. Nakamura, M. K. Ejiri, T. Nishiyama, Y. Tomikawa, M. Tsutsumi, H. Suzuki, T. T. Tsuda, T. D. Kawahara, and M. Abo
  • 雑誌名: J. Geophys. Res. Atmospheres 巻: 122 号: 15 ページ: 7869-7880
  • DOI: 10.1002/2016jd026360
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Characteristics of mesospheric gravity waves over Antarctica observed by Antarctic Gravity Wave Instrument Network imagers using 3-D spectral analyses (2017)
  • 著者名/発表者名: Matsuda Takashi S.、Nakamura Takuji、Ejiri Mitsumu K.、Tsutsumi Masaki、Tomikawa Yoshihiro、Taylor Michael J.、Zhao Yucheng、Pautet P.-Dominique、Murphy Damian J.、Moffat-Griffin Tracy
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Atmospheres 巻: 122 号: 17 ページ: 8969-8981
  • DOI: 10.1002/2016jd026217
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Characteristics of Mesosphere Echoes over Antarctica Obtained Using PANSY and MF Radars (2017)
  • 著者名/発表者名: Tsutsumi, M., K. Sato, T. Sato, M. Kohma, T. Nakamura, K. Nishimura, and Y. Tomikawa
  • 雑誌名: SOLA 巻: 13A 号: Special_Edition ページ: 19-23
  • DOI: 10.2151/sola.13A-004
  • NAID: 130006096653
  • ISSN: 1349-6476
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Quasi-12?h inertia?gravity waves in the lower mesosphere observed by the PANSY radar at Syowa Station (39.6°?E, 69.0°?S) (2017)
  • 著者名/発表者名: Shibuya Ryosuke、Sato Kaoru、Tsutsumi Masaki、Sato Toru、Tomikawa Yoshihiro、Nishimura Koji、Kohma Masashi
  • 雑誌名: Atmospheric Chemistry and Physics 巻: 17 号: 10 ページ: 6455-6476
  • DOI: 10.5194/acp-17-6455-2017
  • NAID: 120006976049
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A User Parameter-Free Diagonal-Loading Scheme for Clutter Rejection on Radar Wind Profilers (2017)
  • 著者名/発表者名: Hashimoto Taishi、Nishimura Koji、Tsutsumi Masaki、Sato Kaoru、Sato Toru
  • 雑誌名: Journal of Atmospheric and Oceanic Technology 巻: 34 号: 5 ページ: 1139-1153
  • DOI: 10.1175/jtech-d-16-0058.1
  • 査読あり
• [学会発表] [PEM15-12] High resolution wind observations based on MF radar meteor echo measurements in the northern and southern mid-to-high latitudes (2023)
  • 著者名/発表者名: Masaki Tsutsumi, Renkwitz Toralf, Chau Jorge
  • 学会等名: Japan Geoscience Union meeting 2022
  • 国際学会
• [学会発表] MFレーダーを用いた流星エコー観測の新展開 (2023)
  • 著者名/発表者名: 堤 雅基
  • 学会等名: 京都大学 生存圏ミッションシンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 昭和基地MFレーダーの流星エコー観測に基づく南極下部熱圏領域の大気重力波解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 堤 雅基
  • 学会等名: 第152回 SGEPSS総会および講演会
• [学会発表] STUDY OF GRAVITY WAVE ACTIVITIES IN A WIDE HEIGHT RANGE OF 60-110 KM OVER SYOWA STATION, ANTARCTIC (2022)
  • 著者名/発表者名: M. Tsutsumi
  • 学会等名: 5th International ANGWIN Workshop
  • 国際学会
• [学会発表] Preliminary results from routine meteor wind observations as by-products of mesosphere turbulence measurements of PANSY radar, Antarctic (2022)
  • 著者名/発表者名: Masaki Tsutsumi, Taishi Hashimoto, Koji Nishimura, Toru Sato, Masashi Kohma, Kaoru Sato
  • 学会等名: The 10th SCAR Open Science Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Long-term meteor wind observations as by-products of routine mesosphere measurements of PANSY radar, Antarctica (2022)
  • 著者名/発表者名: Masaki Tsutsumi, Taishi Hashimoto, Koji Nishimura, Toru Sato, Masashi Kohma, Kaoru Sato
  • 学会等名: The 19th Annual Meeting of Asia Oceania Geosciences Society
  • 国際学会
• [学会発表] 南極昭和基地大型大気レーダーに付加した受信システムに よる長期連続流星風観測 (2022)
  • 著者名/発表者名: 堤雅基, 橋本大志, 西村耕司, 佐藤亨, 高麗正史, 佐藤薫
  • 学会等名: 日本気象学会2022年度春季大会
• [学会発表] Long-term meteor wind observations as by-products of routine mesosphere measurements of PANSY radar, Antarctica (2022)
  • 著者名/発表者名: Masaki Tsutsumi, Taishi Hashimoto, Koji Nishimura, Toru Sato, Masashi Kohma, Kaoru Sato
  • 学会等名: Japan Geoscience Union meeting 2022
  • 国際学会
• [学会発表] MFレーダー観測に基づく南極MLT領域風速場の水平構造の推定 (2021)
  • 著者名/発表者名: 堤 雅基, 橋本 大志, 西村 耕司, 佐藤 亨, 高麗 正史, 佐藤 薫
  • 学会等名: 地球電磁気・地球惑星圏学会第150 回総会・講演会
• [学会発表] 大型大気レーダーを中心とした観測展開から探る大気大循環変動 (2021)
  • 著者名/発表者名: 堤 雅基, 佐藤 薫, 佐藤 亨, 中村卓司, 齋藤昭則, 冨川喜弘, 村耕司, 高麗正史, 橋本大志, 江尻省, 鈴木秀彦
  • 学会等名: 中間圏・熱圏・電離圏 (MTI) 研究集会
  • 国際学会
• [学会発表] 南極昭和基地大型大気レーダーによる電離圏沿磁力線不規則構造のイメージング観測 (2020)
  • 著者名/発表者名: 香川大輔, 橋本大志, 齊藤昭則, 西村耕司, 堤雅基, 佐藤亨, 佐藤薫
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合大会
• [学会発表] ウィンドプロファイラーレーダーのスペクトル観測理論とクロスラディアル速度推定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 西村耕司
  • 学会等名: 電子情報通信学会宇宙・航行エレクトロニクス研究会
• [学会発表] Rigorous spectral observation theory and its applications to Spaced Antenna measuremen (2019)
  • 著者名/発表者名: Nishimura, K., T. Hashimoto, M. Tsutsumi, and T. Sato
  • 学会等名: 39th International Conference on Radar Meteorology
  • 国際学会
• [学会発表] Inversion of Advective Volumetric Scatter with Atmospheric Radar and Cross-Radial Velocity Measurement (2019)
  • 著者名/発表者名: Nishimura, K
  • 学会等名: The 10th Symposium on Polar Science
• [学会発表] Spectral observation theory for atmospheric radar (2019)
  • 著者名/発表者名: 西村耕司
  • 学会等名: 第13回MUレーダー・赤道大気レーダーシンポジウム
• [学会発表] Dependence of polar mesosphere echoes on ionization and turbulence over Syowa in the Antarctic (2018)
  • 著者名/発表者名: Masaki Tsutsumi, Kaoru Sato, and Toru Sato
  • 学会等名: Japan Geoscience Union meeting 2018
  • 国際学会
• [学会発表] PANSY レーダーおよびMF レーダーにより南極昭和基地上空で観測された 冬期中間圏エコーの性質 (2017)
  • 著者名/発表者名: 堤 雅基、佐藤 薫、佐藤 亨
  • 学会等名: 第8回極域科学シンポジウム 国立極地研究所
• [学会発表] Characteristics of winter time mesosphere echoes over Syowa and Davis in the Antarctic obtained using PANSY and MF radars (2017)
  • 著者名/発表者名: Masaki Tsutsumi, kaoru Sato, Toru Sato, and Damian Murphy
  • 学会等名: LPMR The Leibniz-Institute of Atmospheric Physics
  • 国際学会
• [学会発表] Introduction to Atmospheric Radar Studies in the Polar Regions (2017)
  • 著者名/発表者名: Masaki Tsutsumi
  • 学会等名: Annual General Meeting of AFoPS 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Characteristics of mesosphere echoes over Antarctica obtained using PANSY and MF radars (2017)
  • 著者名/発表者名: Masaki TSUTSUMI, Kaoru SATO, Toru SATO
  • 学会等名: The 15th International Workshop on Technical and Scientific Aspects of MST Radar
  • 国際学会
• [備考] 南極昭和基地大型大気レーダー
  • URL: https://pansy.eps.s.u-tokyo.ac.jp/