データ同化による内部磁気圏の動的描像の解析

• 研究課題/領域番号: 24740334
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 超高層物理学
• 研究機関: 統計数理研究所
• 研究代表者: 中野 慎也 統計数理研究所, モデリング研究系, 助教 (40378576)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2015年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2014年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2013年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2012年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: データ同化 / リングカレント / プラズマ圏 / 内部磁気圏 / 磁気嵐 / 磁気圏 / 国際情報交換(米国) / 地球磁気圏 / 国際情報交換

研究成果の概要

IMAGE衛星によって得られたリングカレント起源の高速中性粒子とプラズマ起源の極端紫外光のデータは，磁気嵐時などの際の内部磁気圏の振る舞いを知るための貴重な情報である．本研究では，リングカレントとプラズマ圏の2つを統合したシミュレーションモデルにIMAGE衛星の高速中性粒子データと極端紫外光データの情報を取り入れ，リングカレント，プラズマ圏の時間発展やそれを支配する電場の空間分布を推定するデータ同化システムを開発した．データの情報のモデルへの統合は，データ同化手法の一つであるアンサンブル変換カルマンフィルタによって実現した．人工データによって，開発したデータ同化システムの有効性も確認した．

研究成果

• [国際共同研究] The Johns Hopkins University/NASA Goddard Space Flight Center(米国)
• [雑誌論文] Determination of the Earth's plasmapause location from the CE-3 EUVC images (2016)
  • 著者名/発表者名: F. He, X.-X. Zhang, B. Chen, M.-C. Fok, and S. Nakano
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research 巻: 121 号: 1 ページ: 296-304
  • DOI: 10.1002/2015ja021863
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Formation of the oxygen torus in the inner magnetosphere: Van Allen Probes observations (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Nose, S. Oimatsu, K. Keika, C. A. Kletzing, W. S. Kurth, S. De Pascuale, C. W. Smith, R. J. MacDowall, S. Nakano, G. D. Reeves, H. E. Spence, and B. A. Larsen
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research 巻: 120 号: 2 ページ: 1182-1196
  • DOI: 10.1002/2014ja020593
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hybrid algorithm of ensemble transform and importance sampling for assimilation of non-Gaussian observations (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Nakano
  • 雑誌名: Tellus A 巻: 66 号: 1 ページ: 21429-21429
  • DOI: 10.3402/tellusa.v66.21429
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Estimation of the helium ion density distribution in the plasmasphere based on a single IMAGE/EUV image (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Nakano, M.-C. Fok, P. C. Brandt, and T. Higuchi
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research 巻: 119 号: 5 ページ: 3724-3740
  • DOI: 10.1002/2013ja019733
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Estimation of temporal evolution of the helium plasmasphere based on a sequence of IMAGE/EUV images (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Nakano, M.-C. Fok, P. C. Brandt, and T. Higuchi
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research 巻: 119 号: 5 ページ: 3708-3723
  • DOI: 10.1002/2013ja019734
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 地球科学におけるシミュレーションとビッグデータ ─データ同化とエミュレーション─ (2014)
  • 著者名/発表者名: 中野慎也，樋口知之
  • 雑誌名: 電子情報通信学会誌 巻: 97 ページ: 869-875
  • NAID: 110009864915
• [雑誌論文] A prediction algorithm with a limited number of particles for state estimation of high-dimensional systems (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Nakano
  • 雑誌名: Proceedings of 16th International Conference on Information Fusion 巻: 16 ページ: 1356-1363
  • 査読あり
• [雑誌論文] Weight adjustment of the particle filter on distributed computing systems (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Nakano
  • 雑誌名: Proceedings of 15th International Conference on Information Fusion 巻: 15 ページ: 2480-2485
  • 査読あり
• [学会発表] Data assimilation techniques in earth sciences (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Nakano
  • 学会等名: Next Generation Transport Aircraft Workshop 2016
  • 発表場所: Honolulu, USA
  • 年月日: 2016-02-22
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 地球磁気圏データ同化の現状と今後の展開 (2016)
  • 著者名/発表者名: 中野 慎也
  • 学会等名: 第6回データ同化ワークショップ
  • 発表場所: 横浜市
  • 年月日: 2016-02-01
• [学会発表] 宇宙プラズマ撮像観測とデータ同化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 中野 慎也, M.-C. Fok, P. C. Brand
  • 学会等名: 第71回 CAVE研究会
  • 発表場所: 立川市
  • 年月日: 2016-01-14
• [学会発表] プラズマ圏データ同化の現状と今後の計画 (2015)
  • 著者名/発表者名: 中野 慎也
  • 学会等名: 大阪電気通信大学エレクトロニクス基礎研究所ワークショップ「プラズマ圏の観測と予測モデルの構築」
  • 発表場所: 寝屋川市
  • 年月日: 2015-12-22
  • 招待講演
• [学会発表] Maximum likelihood approach for estimating uncertain parameters in data assimilation for a plasmasphere model (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Nakano, M.-C. Fok, P. C. Brandt, and T. Higuchi
  • 学会等名: XXVIth IUGG General Assembly
  • 発表場所: Prague, Czech Republic
  • 年月日: 2015-06-22
  • 国際学会
• [学会発表] Towards quantification of auroral properties based on image data with high temporal resolution (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Nakano and Y. Ogawa
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2015年大会
  • 発表場所: 千葉市
  • 年月日: 2015-05-24
• [学会発表] Two formulae of the marginal likelihood for parameter estimation using the ensemble Kalman filter (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Nakano
  • 学会等名: The 4th International Symposium on Data Assimilation
  • 発表場所: 神戸市
  • 年月日: 2015-02-23 – 2015-02-26
• [学会発表] Estimating the latitudinal dependence of plasmaspheric helium ion density based on data assimilation of the IMAGE/EUV data (2014)
  • 著者名/発表者名: 中野慎也, M.-C. Fok, P. C. Brandt, 樋口知之
  • 学会等名: 第136回 地球電磁気・地球惑星圏学会講演会
  • 発表場所: 松本市
  • 年月日: 2014-10-31 – 2014-11-03
• [学会発表] Temporal evolution of helium ion density distribution estimated by assimilation of IMAGE/EUV data into a plasmasphere model (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Nakano, M.-C. Fok, P. C. Brandt, and T. Higuchi
  • 学会等名: AOGS 11th Annual Meeting
  • 発表場所: 札幌市
  • 年月日: 2014-07-28 – 2014-08-01
• [学会発表] Application of data assimilation approach to space physics (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Nakano
  • 学会等名: The 23rd South Taiwan Statistics Conference and 2014 Chinese Institute of Probability and Statistics Annual Meeting
  • 発表場所: 台湾・花蓮市
  • 年月日: 2014-06-27
• [学会発表] Data assimilation for estimating system dynamics in geosciences (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Nakano
  • 学会等名: Workshop on data mining in neuroscience
  • 発表場所: 東京都千代田区
  • 年月日: 2014-05-29
  • 招待講演
• [学会発表] Inversion method for estimating the helium ion density distribution in the plasmasphere based on IMAGE/EUV data (2014)
  • 著者名/発表者名: 中野慎也, M.-C. Fok, P. C. Brandt, 樋口知之
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2014年大会
  • 発表場所: 横浜市
  • 年月日: 2014-04-28 – 2014-05-02
• [学会発表] Comparison of two ways for representation of the forecast probability density function in ensemble-based sequential data assimilation (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Nakano
  • 学会等名: EGU General Assembly 2013
  • 発表場所: Vienna, Austria
• [学会発表] Spatial distribution of the plasmaspheric ions estimated by assimilation of IMAGE/EUV data (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Nakano, M.-C. Fok, P. C. Brandt, and T. Higuchi
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2013年大会
  • 発表場所: 千葉市
• [学会発表] A prediction algorithm with a limited number of particles for state estimation of high-dimensional systems (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Nakano
  • 学会等名: 16th International Conference on Information Fusion
  • 発表場所: Istanbul, Turkey
• [学会発表] Global distribution of the plasmaspheric ions and electric potential estimated with data assimilation of the IMAGE/EUV data (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Nakano, M.-C. Fok, P. C. Brandt, and T. Higuchi
  • 学会等名: XIIth IAGA Scientific Assembly
  • 発表場所: Merida, Mexico
• [学会発表] Estimation of the plasmaspheric helium ion distribution through assimilation of the IMAGE/EUV data (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Nakano, M.-C. Fok, P. C. Brandt, and T. Higuchi
  • 学会等名: AGU 2013 Fall Meeting
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 招待講演
• [学会発表] Estimation of the long-term component of the variation in geomagnetic data (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Nakano and T. Higuchi
  • 学会等名: EGU General Assembly 2012
  • 発表場所: Vienna
• [学会発表] Applicability of the particle filter for high-dimensional problems using a massively parallel computer (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Nakano and T. Higuchi
  • 学会等名: EGU General Assembly 2012
  • 発表場所: Vienna
• [学会発表] 夜側中緯度静穏時地磁気H成分の長期変動 (2012)
  • 著者名/発表者名: 中野慎也, 長尾大道，樋口知之
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • 発表場所: 千葉
• [学会発表] Estimation of the spatial structure of the plasmasphere using a data assimilation technique (2012)
  • 著者名/発表者名: 中野慎也, M.-C. Fok, P. C. Brandt, 樋口知之
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • 発表場所: 千葉
• [学会発表] 高次元システムにおけるデータ同化のための予測分布表現法 (2012)
  • 著者名/発表者名: 中野慎也
  • 学会等名: 2012年度 統計関連学会連合大会
  • 発表場所: 札幌
• [学会発表] Two-dimensional structure of the plasmasphere estimated by the ensemble transform Kalman filter (2012)
  • 著者名/発表者名: 中野慎也, M.-C. Fok, P. C. Brandt, 樋口知之
  • 学会等名: 第132回 地球電磁気・地球惑星圏学会講演会
  • 発表場所: 札幌
• [学会発表] Hybrid approach of ensemble transform and importance sampling for nonlinear data assimilation (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Nakano and G. Ueno
  • 学会等名: International Conference on Ensemble Methods in Geophysical Sciences
  • 発表場所: Toulouse
• [学会発表] Particle filter with a proposal distribution generated by the ensemble transform Kalman filter (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Nakano and G. Ueno
  • 学会等名: AGU 2012 Fall Meeting
  • 発表場所: San Francisco