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ULF帯電磁波の地殻内伝搬シミュレーション法確立と広域電磁環境問題への適用

研究課題

研究課題/領域番号 20K04412
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分21010:電力工学関連
研究機関電気通信大学

研究代表者

安藤 芳晃  電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (30323877)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2021年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2020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ULF帯電磁波 / 地殻内伝搬 / WLP-FDTD法 / ULF電磁放射 / 地震 / 電離圏電子密度 / ULF帯地殻内電磁波伝搬 / 地震電磁気学 / 地殻内電磁波伝搬 / 数値シミュレーション
研究開始時の研究の概要

地殻内電磁波伝搬の効率的な数値シミュレーション法を確立する.地殻内電磁波伝搬は未知の問題を多く残した分野であり,その数値シミュレーション法を確立する意義は大きい.本研究では重み付ラゲール多項式(WLP)による有限差分時間領域(FDTD)法を適用することを試みる.また確立した手法を用いて,地殻変動に伴う電磁放射問題に適用し,地殻変動の規模と放射波源の強度との相関を調査する.

研究実績の概要

当初予定していたDouglas-Gunnアルゴリズムの3次元Weighted Laguerre Polynomial-Finite Difference Time Domain (WLP-FDTD)法への適用では、解の不安定性が解消できなかったため、方向分離を行わずに直接行列を解く手法に切り替えた。3次元解析では行列サイズが巨大となるため、解法として反復法を使用することとし、各種アルゴリズムを調査したところ安定化双共役勾配(BiCGSTAB)法が有効であるが分かった。以上によって3次元解析が可能となった。この3次元WLP-FDTD法を用いて、地殻変動に伴うULF帯電磁放射の各イベントについての解析を進めている。
広域電磁環境問題に関わり、電離圏電子密度を同定するアルゴリズムを確立した。これまでVLF帯電磁波の複数観測点の絶対的な振幅を用いて同定をしていたが、実際には観測環境に差が存在することから現実的ではない。そこで、観測環境に依存しない同定法として、各観測点の時間変動を用いた同定法を提案、数値的な検討を行ったところ有効であることがわかった。具体的には、単位体積当たり3e8個の電子密度の高度が終日に渡り3km程度の誤差で推定できることが判明した。高速な探索法として、探索には水平方向の電子密度高度プロファイルを一定としたものを採用し、これで電離圏電子密度モデルFaraday-International Reference Ionosphere (FIRI)が生成する電子密度分布の同定を行った。送信点から300km-900kmの間に等間隔に7観測点を設けたところ、送信局から400-450km付近における電子密度が同定できることが判明した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

反復法を用いた行列解法によって3次元WLP-FDTD法について開発した。現在では地殻変動に伴うULF帯電磁放射の各イベントについての解析を進めている。3次元解析による波源電流強度の推定結果は2次元解析とは大きくは異なっておらず、波源電流強度と地震の規模との相関は引き続き見られている。

今後の研究の推進方策

2次元解析をしたイベント全てに対して3次元で改めて解析をし直すことで相関関係を明らかにする。また、観測機の帯域の処理方法について、全帯域平均ではなく、信号の強い帯域で平均する処理を取り入れる。

報告書

(4件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 研究成果

    (16件)

すべて 2024 2023 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] VLF帯大地-電離圏導波管伝搬の時間変動を用いた静穏時下部電離圏の電子密度同定2024

    • 著者名/発表者名
      入江 俊行、安藤 芳晃
    • 巻
      J107-C
    • 号
      5
    • ページ
      217-224
    • DOI

      10.14923/transelej.2023STP0002

    • ISSN
      1881-0217
    • 年月日
      2024-05-01
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] WLP-FDTD法を用いた地殻変動に伴うULF帯電磁放射の波源電流強度推定の高精度化2022

    • 著者名/発表者名
      Kimura Ryota、Ando Yoshiaki、Hattori Katsumi、Hayakawa Masashi
    • 雑誌名

      Journal of Atmospheric Electricity

      巻: 41 号: 2 ページ: 52-57

    • DOI

      10.1541/jae.41.52

    • ISSN
      0919-2050
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] VLF帯伝搬の電界変動を用いた電子密度同定法の現実的電離圏モデルへの適用2024

    • 著者名/発表者名
      入江俊行, 安藤芳晃
    • 学会等名
      電子情報通信学会エレクトロニクスシミュレーション研究会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 3次元電磁界シミュレーションを用いた地震に関するULF電磁放射の解析2024

    • 著者名/発表者名
      真野里奈子, 安藤芳晃
    • 学会等名
      日本大気電気学会第102回研究発表会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 太陽光散乱シミュレーションによる極中間圏雲のパラメタ抽出法の研究2024

    • 著者名/発表者名
      桜谷竜司, 安藤芳晃, 津田卓雄
    • 学会等名
      日本大気電気学会第102回研究発表会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] VLF帯伝搬の時間変動を用いた下部電離圏電子密度推定の数値的検証2024

    • 著者名/発表者名
      入江俊行, 安藤芳晃
    • 学会等名
      日本大気電気学会第102回研究発表会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Temperature retrieval in the middle atmosphere using Himawari-8/AHI limb- sounding data2023

    • 著者名/発表者名
      津田卓雄, 安藤芳晃, 中川広務, Ward William, 堤雅基, 穂積裕太, 細川敬祐, 村田健史
    • 学会等名
      SGEPSS2023秋季年会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] An identification of electron density profile in the lower ionosphere by using a temporal variation of VLF earth-ionosphere waveguide propagation2023

    • 著者名/発表者名
      Toshiyuki Irie, Yoshiaki Ando
    • 学会等名
      3rd International Symposium of Space Science and Radio Engineering
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 3次元WLP-FDTD法を用いた地殻内ULF帯電磁波伝搬シミュレーションの検討2023

    • 著者名/発表者名
      真野里奈子, 安藤芳晃
    • 学会等名
      電子情報通信学会エレクトロニクスシミュレーション研究会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] A consideration on the identification of electron density in the D-layer using electric field variation of the VLF/LF earth-ionosphere waveguide propagation2023

    • 著者名/発表者名
      入江俊行, 安藤芳晃
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2023年大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] VLF帯大地-電離圏導波管伝搬の時間変動を用いた静穏時下部電離圏の電子密度同定2023

    • 著者名/発表者名
      入江俊行, 安藤芳晃
    • 学会等名
      電子情報通信学会エレクトロニクスシミュレーション研究会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] VLF帯大地-電離圏導波管伝搬の日変化パタンを用いた静穏時の電離圏下部電子密度の同定2023

    • 著者名/発表者名
      入江俊行、安藤芳晃
    • 学会等名
      日本大気電気学会研究発表会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] WLP-FDTD 法を用いた地殻変動に伴う ULF 帯電磁放射の波源電流強度推定の高精度化2022

    • 著者名/発表者名
      木村亮太、安藤芳晃、服部克巳、早川正士
    • 学会等名
      日本大気電気学会研究発表会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Numerical estimation of source current intensity causing ULF emission associated with earthquakes and correlation with the earthquake magnitude2021

    • 著者名/発表者名
      Ryota Kimura, Yoshiaki Ando, Masashi Hayakawa, and Katsumi Hattori
    • 学会等名
      Japan Geoscience Union Meeting 2021
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] WLP-FDTD法を用いた地殻変動に伴うULF帯電磁放射の波源電流強度の推定2021

    • 著者名/発表者名
      木村亮太,安藤芳晃
    • 学会等名
      日本大気電気学会第99回研究発表会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] Numerical simulation of ULF electromagnetic wave propagation in thelithosphere associated with earthquakes by using the WLP-FDTDmethod2020

    • 著者名/発表者名
      Ryota Kimura, Yoshiaki Ando, and Katsumi Hattori
    • 学会等名
      JpGU-AGU Joint Meeting2020
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2024-12-25  

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