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太陽活動から地球環境への影響予測のための数理モデル

公募研究

研究領域太陽地球圏環境予測:我々が生きる宇宙の理解とその変動に対応する社会基盤の形成
研究課題/領域番号 16H01175
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関名古屋大学

研究代表者

木村 芳文  名古屋大学, 多元数理科学研究科, 教授 (70169944)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
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: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
キーワード渦・磁力線リコネクション / 地球双極子磁場 / グラフ理論 / ネットワークの過渡的現象 / 磁力線リコネクション / ネットワークの脆弱性
研究実績の概要

本研究課題は太陽活動の周期性/間欠性における数理的構造とそこに存在するメカニズムを解明し,それらが地球環境に及ぼす影響を数理モデルを構築することによって理解し,予兆を察知し正確な予測に寄与することを目的とする.研究にあたっては, 現場との連携による衛星データのデータマイニングに基づき,2つの研究テーマ
[a] 太陽活動における非線形現象の考察とモデルの構築 : (1) 渦と磁力線のリコネクションモデル, (2) 地球双極子磁場の摂動モデル
[b] 太陽活動の地球環境への影響を示すための指標の考案:(1) 電力通信ネットワークのもつ脆弱性の指標のグラフ理論に基づく開発,(2) グラフダイナミカルシステムによるネットワークの過渡的現象についてモデル構築を図り,そこで得られたモデルの有効性を既存のモデルとの比較及び流体方程式・MHD方程式などの数値解析により実証することによって新たなデータ解析に生かすという研究サイクルの構築を目指すものであった..
本年度は最終年度として初年度の成果のうちテーマ [a](1)の渦と磁力線のリコネクションモデルについて研究をさらに進め、国際会議において発表を行い,論文を執筆した.具体的にはCambridge大学のH.K. Moffatt教授との共同研究として渦のリコネクションのモデルを発展させ、Biot-Savart則を用いててリコネクションに関わる距離、速度、軸方向ストレッチングの時間スケーリングを数値的に明らかにした.これらのスケーリングはEuler方程式の特異性を特徴づけるものと考えられ、渦リコネクションが流体方程式の特異性を解き明かす鍵になる可能性があることを示している.ここで得られた知見を磁力線のリコネクションに対応させることは非常に興味深い問題であると言える.

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2018 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 3件、 査読あり 4件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 6件、 招待講演 5件) 学会・シンポジウム開催 (1件)

  • [国際共同研究] National Center for Atmospheric Research(米国)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [雑誌論文] A tent model of vortex reconnection under Biot-Savart evolution2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Kimura & H.K. Moffatt
    • 雑誌名

      Journal of Fluid Mechanics

      巻: 834

    • DOI

      10.1017/jfm.2017.769

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Scaling properties towards vortex reconnection under Biot-Savart law2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Kimura & H.K. Moffatt
    • 雑誌名

      Fluid Dynamics Research

      巻: 50 号: 1 ページ: 011409-011409

    • DOI

      10.1088/1873-7005/aa710c

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] 成層乱流の2次元性と3次元性2018

    • 著者名/発表者名
      木村芳文
    • 雑誌名

      パリティ

      巻: 33 ページ: 44-46

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Scaling properties towards vortex reconnection under Biot-Savart evolution2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Kimura and H.K.Moffatt
    • 雑誌名

      Fluid Dynamics Research

      巻: 印刷中

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Geometric exploration of vortex reconnection under Biot-Savart evolution2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Kimura & H.K.Moffatt
    • 学会等名
      IUTAM Symposium on Dynamics and Topology of Vorticity and vortices Carry-le-Rouet, France
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Vortex reconnections in quantum turbulence2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Kimura
    • 学会等名
      International conference on IDAQP, QP38, Tokyo University of Science
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Scaling properties towards vortex reconnection under Biot-Savart evolution2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Kimura & H.K.Moffatt
    • 学会等名
      70th Annual Meeting of the APS / DFD Denver, Colorado
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Y. Kimura2017

    • 著者名/発表者名
      Study of Biot-Savart models for vortex reconnection
    • 学会等名
      5th International Conference on Mathematical Theory of Turbulence via Harmonic Analysis and Computational Fluid Dynamics Nagoya University VBL
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Vortex reconnections under Biot-Savart evolution2017

    • 著者名/発表者名
      木村芳文
    • 学会等名
      語ろう「数理解析」 芝浦工業大学 大宮キャンパス
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Search for a standard model of vortex reconnection2016

    • 著者名/発表者名
      Yoshifumi Kimura
    • 学会等名
      International Workshop on the Multi-Phase Flow; analysis, Modeling and Numerics
    • 発表場所
      Waseda University, Tokyo
    • 年月日
      2016-11-07
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Reconnection of skewed vortex and magnetic flux tubes2016

    • 著者名/発表者名
      Yoshifumi Kimura & Keith Moffatt
    • 学会等名
      IUTAM Symposium on "Helicity, Structures and Singularity in Fluids and Plasma Dynamics"
    • 発表場所
      Venice, Italy
    • 年月日
      2016-04-11
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会・シンポジウム開催] Fundamental Aspects of Geophysical Turbulence III2018

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書

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公開日: 2016-04-26   更新日: 2022-02-28  

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