世界最長の電離圏密度トレンド導出に基づく地球気候変動の解明

• 研究課題/領域番号: 20KK0313
• 研究種目: 国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(A))
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分17010:宇宙惑星科学関連
• 研究機関: 国立極地研究所
• 研究代表者: 小川 泰信 国立極地研究所, 共同研究推進系, 教授 (00362210)
• 研究期間 (年度): 2021 – 2024
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 13,650千円 (直接経費: 10,500千円、間接経費: 3,150千円)
• キーワード: 超高層大気 / 電離圏 / 寒冷化 / 気候変動 / 地球温暖化

研究開始時の研究の概要

本研究では、「地球規模で温暖化が生じている1980年代以降」と、「北極圏のみ温暖化が起きていた20世紀前半」の2つの期間に着目して、北極圏の超高層大気の長期変動及び寒冷化トレンドにおける両者の相違点を解明することを目的とする。そのために、超高層大気の質量密度の新たな計測手法の検証及び精度向上と、北極域電離圏の観測初期（1945年以前）の紙媒体データを含む約86年間の統一データベースの整備を、UiT ノルウェー北極大学にて国際共同で実施する。それにより、約86年間の世界最長となる北極域電離圏電子密度分布の長期変動・トレンドを精度よく導出し、地球温暖化を含む気候変動のプロセス理解に貢献する。

研究実績の概要

本国際共同研究では、主たる外国機関であるUiTノルウェー北極大学（トロムソ）の運用するトロムソ・イオノゾンデによる電子密度分布の推定精度を向上することにより、過去約89年間の世界最長の電離圏電子密度分布の長期変動・トレンドを導出することを目的としている。令和５年度には、トロムソ公文書館及びトロムソ地球物理研究所に紙媒体の形で保存されている1931年から1979年までのトロムソイオノゾンデデータをデジタルファイルに変換すると共に、記載された数値を読み込んでテーブル化することにより、1931年から2020年までの電離圏臨界周波数（foF2）の日々変動を解析可能な統一ファイルを部分作成した。そのfoF2データの太陽活動度及び、太陽天頂角、地磁気活動度に対する依存性を調査した。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

コロナウイルス感染拡大防止等のために、令和４年度までのUiTノルウェー北極大学（トロムソ）への渡航は合計約１週間に留めており、令和５年度には渡航期間を複数回に分けて合計約３ヶ月間に制限した。令和５年度には、1931年以降のトロムソイオノゾンデデータのデジタル化を順調に進めることができたが、その整備と解析を引き続き実施している状況である。

今後の研究の推進方策

令和６年度に、UiTノルウェー北極大学（トロムソ）へ複数回渡航し、延べ約３ヶ月間滞在することにより、トロムソ・イオノゾンデによる1931年以降の世界最長の電離圏観測データのデジタル・数値データ化の作業を完成する。さらに、1981年以降のトロムソEISCATレーダーデータから得られる各種プラズマ物理量とトロムソ・イオノゾンデ観測データを詳細比較し、定式化することにする。それらに基づき、1931年以降の超高層大気変動をイオノゾンデから推定し、地上の温暖化（1930-1940年代及び、1980年代以降）との対応関係を理解する。

研究成果

• [雑誌論文] Effect of the mirror force on the collision rate due to energetic electron precipitation: Monte Carlo simulations (2023)
  • 著者名/発表者名: Katoh Yuto、Rosendahl Paul Simon、Ogawa Yasunobu、Hiraki Yasutaka、Tadokoro Hiroyasu
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 75 号: 1 ページ: 117-117
  • DOI: 10.1186/s40623-023-01871-y
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Interhemispheric Coupling Study by Observations and Modelling (ICSOM): Concept, Campaigns, and Initial Results (2023)
  • 著者名/発表者名: Sato, K., Y. Tomikawa, M. Kohma, R. Yasui, D. Koshin, H. Okui, S. Watanabe, K. Miyazaki, M. Tsutsumi, D. Murphy, C. Meek, Y. Tian, M. Ern, G. Baumgarten, J. L. Chau, X. Chu, R. Collins, P. J. Espy, H. Hashiguchi, A. J. Kavanagh, R. Latteck, F. Lubken, M. Milla, S. Nozawa, Y. Ogawa et al.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Atmospheres 巻: 128 号: 11
  • DOI: 10.1029/2022jd038249
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Types of pulsating aurora: comparison of model and EISCAT electron density observations (2022)
  • 著者名/発表者名: Tesema Fasil、Partamies Noora、Whiter Daniel K.、Ogawa Yasunobu
  • 雑誌名: Annales Geophysicae 巻: 40 号: 1 ページ: 1-10
  • DOI: 10.5194/angeo-40-1-2022
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Two Techniques for Determining F‐Region Ion Velocities at Meso‐Scales: Differences and Impacts on Joule Heating (2022)
  • 著者名/発表者名: Kavanagh Andrew J.、Ogawa Yasunobu、Woodfield Emma E.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Space Physics 巻: 127 号: 6
  • DOI: 10.1029/2021ja030062
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Precipitating Electron Energy Spectra and Auroral Power Estimation by Incoherent Scatter Radar With High Temporal Resolution (2022)
  • 著者名/発表者名: Tesfaw Habtamu W.、Virtanen Ilkka I.、Aikio Anita T.、Nel Amore、Kosch Michael、Ogawa Yasunobu
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Space Physics 巻: 127 号: 4
  • DOI: 10.1029/2021ja029880
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Low-altitude ion upflow observed by EISCAT and its effects on supply of molecular ions in the ring current detected by Arase (ERG) (2021)
  • 著者名/発表者名: Takada, M., Seki, K., Ogawa, Y., Keika, K., Kasahara, S., Yokota, S., et al.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Space Physics 巻: 126 号: 5
  • DOI: 10.1029/2020ja028951
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Ionospheric Electron Density and Conductance Changes in the Auroral Zone During Substorms (2021)
  • 著者名/発表者名: Stepanov N. A.、Sergeev V. A.、Shukhtina M. A.、Ogawa Y.、Chu X.、Rogov D. D.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Space Physics 巻: 126 号: 7
  • DOI: 10.1029/2021ja029572
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Joint Japanese-Norwegian observations with EISCAT and ground-based instruments (2023)
  • 著者名/発表者名: Yasunobu Ogawa
  • 学会等名: Blix/Andoya Space Center-ISAS/JAXA and NIPR meeting
• [学会発表] Japan's Activities for the EISCAT_3D Project (2023)
  • 著者名/発表者名: Yasunobu Ogawa, Hiroshi Miyaoka, Satonori Nozawa, Taishi Hashimoto, Shin-ichiro Oyama, Koji Nishimura, Takuo T. Tsuda, Hitoshi Fujiwara, Masaki Tsutsumi, Yoshimasa Tanaka, Takanori Nishiyama, Mizuki Fukizawa, Yoshizumi Miyoshi, Keisuke Hosokawa, Takuji Nakamura, Ryoichi Fujii
  • 学会等名: JpGU2023 meeting
• [学会発表] EISCAT_3D and Japan's Activities (2023)
  • 著者名/発表者名: Yasunobu Ogawa, Hiroshi Miyaoka, Satonori Nozawa, Taishi Hashimoto, Shin-ichiro Oyama, Koji Nishimura, Takuo T. Tsuda, Hitoshi Fujiwara, Masaki Tsutsumi, Yoshimasa Tanaka, Takanori Nishiyama, Mizuki Fukizawa, Yoshizumi Miyoshi, Keisuke Hosokawa, Takuji Nakamura, Ryoichi Fujii
  • 学会等名: The 14th Symposium on Polar Science
• [学会発表] Statistical study of high energy electron precipitation based on Arase satellite - EISCAT collaborative observation data (2023)
  • 著者名/発表者名: Y. Ogawa, M. Fukizawa, Y. Miyoshi, K. Hosokawa, S. Oyama, K. Shiokawa, K. Seki, S. Kurita, K. Asamura, S. Kasahara, T. Mitani, S. Matsuda, Y. Kasahara, Y. Kato, I. Shinohara, and ERG-EISCAT project team
  • 学会等名: ISAR-7
  • 国際学会
• [学会発表] Simulation study of the effect of the mirror force on the collision rate due to energetic electron precipitation (2022)
  • 著者名/発表者名: Katoh, Y., P. S. Rosendahl, Y. Ogawa, Y. Hiraki, and H. Tadokoro
  • 学会等名: URSI-JRSM 2022
  • 国際学会
• [学会発表] Japan's Activities for the EISCAT_3D Project (2022)
  • 著者名/発表者名: Y. Ogawa, H. Miyaoka, S. Nozawa, T. Hashimoto, S. Oyama, K. Nishimura, T. T. Tsuda, H. Fujiwara, M. Tsutsumi, Y. Tanaka, T. Nishiyama, T. Nakamura, R. Fujii, C. Heinselm
  • 学会等名: JpGU2022 meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Possible common program (CP) modes for EISCAT_3D (2022)
  • 著者名/発表者名: Y. Ogawa, and EISCAT_3D CP Working Group members
  • 学会等名: 20th EISCAT International symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] EISCAT_3D and Japan’s Activities (2022)
  • 著者名/発表者名: Y. Ogawa, H. Miyaoka, S. Nozawa, T. Hashimoto, S. Oyama, K. Nishimura, T. T. Tsuda, H. Fujiwara, M. Tsutsumi, Y. Tanaka, T. Nishiyama, M. Fukizawa, T. Nakamura, R. Fujii, C. Heinselm
  • 学会等名: 第152回地球電磁気・地球惑星圏学会講演会
  • 招待講演
• [学会発表] Study on Atmospheric Escape (2021)
  • 著者名/発表者名: Y. Ogawa
  • 学会等名: The 2nd NIPR-UiT Online Monthly Joint Seminar
• [学会発表] An idea for possible common program (CP) modes for EISCAT_3D (2021)
  • 著者名/発表者名: Y. Ogawa
  • 学会等名: 14th EISCAT_3D user meeting 及び 2nd EISCAT_3D Software and Data meeting