脈動するオーロラに対する中間圏大気の化学的応答の理解

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H06213
• 研究機関: 国立極地研究所
• 研究代表者: 高橋 透 国立極地研究所, 研究教育系, 研究員 (40759833)
• 研究期間 (年度): 2015-08-28 – 2017-03-31
• キーワード: 脈動オーロラ / ナトリウムライダー / EISCATレーダー / 高速観測

研究実績の概要

オーロラ降下粒子によるナトリウム（Na）密度減少のメカニズムを明らかにするために、2012年1月に観測されたEISCATレーダーとNaライダーの同時観測データを解析した。EISCATレーダーで観測された電子密度の増大量と中性大気-電子間に働く化学反応プロセスからNa密度を減少させると考えられているNO+, O2+の分布を推定した。推定されたNO+、O2+密度とNaライダーで観測されたNa密度の変動量を比較した。これにより、Na密度はオーロラ降下粒子によって生成されたNO+、O2+とNa原子との電荷交換反応によって引き起こされた可能性を強く示唆する結果を得た。この内容は論文として出版されている。
移流の効果をできるだけ無視するために、数秒程度で準周期的なオーロラ効果粒子の降り込みによるNa密度現象のメカニズムを調査する。脈動オーロラはエネルギーの高い粒子によって準周期的に明滅する現象で、この周期に同調したNa密度変動を捉えるために2015年度にNaライダーの高速化を行なった。この高速化では、Na密度導出の時間分解能を5秒から0.2秒まで改善したものの、データ保存系に問題を残していた。そこで、2016年度にデータ内の問題箇所を補正するプログラムを作成した。これにより、1晩通した高速観測データの解析が可能となった。
EISCATレーダーとNaライダーの同時観測（時間分解能1秒以下）を10晩合計46時間において実施した。この中で、2018年2月18日、19日、20日はオーロラ活動度が高く、脈動オーロラによって高度70 km付近まで電離が確認された。今後はこの同時観測で取得された電子密度とNa密度データを比較することで、脈動オーロラの明滅周期に同調したNa密度減少を抽出し、その減少が電荷交換反応によって説明できるか調査を行う予定である。

現在までの達成度 (段落)

28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

28年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] トロムソ大学(ノルウェー)
  • 国名: ノルウェー
  • 外国機関名: トロムソ大学
• [国際共同研究] オウル大学(フィンランド)
  • 国名: フィンランド
  • 外国機関名: オウル大学
• [雑誌論文] Depletion of mesospheric sodium during extended period of pulsating aurora (2017)
  • 著者名/発表者名: Toru Takahashi, Keisuke Hosokawa, Satonori Nozawa, Takuo T. Tsuda, Yasunobu Ogawa, Masaki Tsutsumi, Yasutaka Hiraki, Hitoshi Fujiwara, Takuya D. Kawahara, Norihito Saito, Satoshi Wada, Tetsuya Kawabata, and Chris Hall
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Space Physics 巻: 122 ページ: 1212-1220
  • DOI: doi:10.1002/2016JA023472
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Statistical investigation of Na layer response to geomagnetic activity using resonance scattering measurements by Odin/OSIRIS (2017)
  • 著者名/発表者名: Takuo T. Tsuda, Takuji Nakamura, Mitsumu K. Ejiri, Takanori Nishiyama, Keisuke Hosokawa, Toru Takahashi, Jorg Gumbel, Johas Hedin
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 44 ページ: 5943-5950
  • DOI: doi:10.1002/2017GL072801
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Lidar project for thermospheric sodium observations at EISCAT radar site in Norway (2018)
  • 著者名/発表者名: Takuya D. Kawahara, Satonori Nozawa, Norihito Saito, Takuo T. Tsuda, Testuya Kawabata, Toru Takahashi, Satoshi Wada
  • 学会等名: Laser Solutions for Space and the Earth 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 光リモートセンシングによる超高層大気の研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 津田卓雄, 斎藤徳人, 野澤悟徳, 川原琢也, 川端哲也, 高橋透, C. M. Hall, 和田智之, 中村卓司, 江尻省, 西山尚典, 阿保真, 津野克彦, J. Gumbel, J. Hedin
  • 学会等名: レーザー学会学術講演会第38回年次大会
  • 招待講演
• [学会発表] Electric filed modulations induced by auroral patches observed with EISCAT and KAIRA radars (2017)
  • 著者名/発表者名: Toru Takahashi, Ilkka I. Virtanen, Keisuke Hosokawa, Yasunobu Ogawa, Anita Aikio, and Hiroshi Miyaoka
  • 学会等名: Fifth International Symposium on Arctic Research
  • 国際学会
• [学会発表] Depletion of mesospheric sodium during extended period of pulsating aurora: high speed sodium lidar observation (2017)
  • 著者名/発表者名: Toru Takahashi, Keisuke Hosokawa, Satonori Nozawa, Takuo T. Tsuda, Yasunobu Ogawa, Masaki Tsutsumi, Yasutaka Hiraki, Hitoshi Fujiwara, Takuya D. Kawahara, Norihito Saito, Satoshi Wada, Tetsuya Kawabata, Chris Hall, and Hiroshi Miyaoka
  • 学会等名: 2017 CEDAR Workshop
  • 国際学会
• [学会発表] Depletion of mesospheric sodium during extended period of pulsating aurora (2017)
  • 著者名/発表者名: Toru Takahashi, K. Hosokawa, S. Nozawa, T. T. Tsuda, Y. Ogawa, M. Tsutsumi, Y. Hiraki, H. Fujiwara, T. D. Kawahara, N. Saito, S. Wada, T. Kawabata, C. Hall, and H. Miyaoka
  • 学会等名: 18th EISCAT International symposium and MST15/iMST2 work shop
  • 国際学会
• [学会発表] Gradient drift instability in the trailing edge of polar patches (2017)
  • 著者名/発表者名: Toru Takahashi, Yasutaka Hiraki, Keisuke Hosokawa, Yasunobu Ogawa, Jun Sakai, and Hiroshi Miyaoka
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Pulsating aurora-induced Na density depletion in the polar MLT region: high-speed sodium lidar and EISCAT radar observation (2017)
  • 著者名/発表者名: Toru Takahashi, Takuo T. Tsuda, Keisuke Hosokawa, Satonori Nozawa, Yasunobu Ogawa, Masaki Tsutsumi, Yasutaka Hiraki, Takuya D. Kawahara, Norihito Saito, Satoshi Wada, Tetsuya Kawabata, Chris Hall, and Hiroshi Miyaoka
  • 学会等名: Laser Solutions for Space and the Earth
  • 国際学会
• [学会発表] High-time resolution plasma drift observations with EISCAT and KAIRA (2017)
  • 著者名/発表者名: Ilkka Virtanen, Yasunobu Ogawa, Keisuke Hosokawa, Toru Takahashi, Anita Aikio, and Thomas Ulich
  • 学会等名: 18th EISCAT International symposium and MST15/iMST2 work shop
  • 国際学会
• [学会発表] Upgrade plan of an injection seeded, laser diode-pumped Nd:YAG laser-based sodium lidar (2017)
  • 著者名/発表者名: Takuya D Kawahara, Satonori Nozawa, Norihito Saito, Tetsuya Kawabata, Takuo T. Tsuda, Toru Takahashi, and Satoshi Wada
  • 学会等名: 18th EISCAT International symposium and MST15/iMST2 work shop
  • 国際学会
• [学会発表] Vertical motion of the neutral atmosphere in the polar MLT region (2017)
  • 著者名/発表者名: Satonori Nozawa, Takuo Tsuda, Yasunobu Ogawa, Hitoshi Fujiwara, Takuya Kawahara, Norihito Saito, Satoshi Wada, Toru Takahashi, Masaki Tsutsumi, Tetsuya Kawabata, Chris Hall, and Asgeir Brekke
  • 学会等名: 18th EISCAT International symposium and MST15/iMST2 work shop
  • 国際学会
• [学会発表] Vertical motion of the neutral atmosphere above Tromsoe (2017)
  • 著者名/発表者名: Satonori Nozawa, Yasunobu Ogawa, Hitoshi Fujiwara, Takuya Kawahara, Takuo T. Tsuda, Norihito Saito, Satoshi Wada, Toru Takahashi, Masaki Tsutsumi, Tetsuya Kawabata, Chris Hall, Asgeir Brekke
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Statistical study of sporadic sodium layer (SSL) in the polar lower thermosphere and upper mesosphere by using the Tromsoe sodium LIDAR (2017)
  • 著者名/発表者名: Yohei Ogawa, Satonori Nozawa, Takuo T. Tsuda, Takuya Kawahara, Yasunobu Ogawa, Hitoshi Fujiwara, Norihito Saito, Satoshi Wada, Toru Takahashi, Masaki Tsutsumi, Tetusya Kawabata, Chris Hall, Asgeir Brekke
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Energetic particle impact on the Na layer (2017)
  • 著者名/発表者名: Takuo T. Tsuda, Toru Takahashi, Satonori Nozawa, Takuya D. Kawahara, Tetsuya Kawabata, Norihito Saito, Satoshi Wada, Chris M. Hall, Yasunobu Ogawa, Keisuke Hosokawa, Takuji Nakamura, Mitsumu K. Ejiri, Takanori Nishiyama, Makoto Abo, Katsuhiko Tsuno, Jorg Gumbel, Jonas Hedin
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Sodium LIDAR observations of polar mesosphere and lower thermosphere (2017)
  • 著者名/発表者名: Satonori Nozawa, Takuya Kawahara, Takuo T. Tsuda, Yasunobu Ogawa, Toru Takahashi, Norihito Saito, Satoshi Wada, Hitoshi Fujiwara, Masaki Tsutsumi, Chris Hall, Tetsuya Kawabata, Yasunobu Ogawa, Asgeir Brekke
  • 学会等名: Laser Solutions for Space and the Earth
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Study on the Earth’s metallic layers using optical remote sensing observations (2017)
  • 著者名/発表者名: Toru T. Tsuda, Norihito Saito, Satoshi Nozawa, Takuya D. Kawahara, Tetsuya Kawabata, Toru Takahashi, Chris M. Hall, Satoshi Wada, Takuji Nakamura, Mitsumu K. Ejiri, Takanori Nishiyama, Makoto Abo, Katsuhiko Tsuno, Jorg Gumbel, and Johas Hedin
  • 学会等名: Laser Solutions for Space and the Earth
  • 国際学会
• [学会発表] Polarization electric field inside of auroral patches observed with EISCAT and KAIRA radars (2017)
  • 著者名/発表者名: Toru Takahashi, Ilkka I. Virtanen, Keisuke Hosokawa, Yasunobu Ogawa, Anita Aikio, and Hiroshi Miyaoka
  • 学会等名: 第8回極域科学シンポジウム
• [学会発表] 脈動オーロラによって生成された電離圏分極電場 (2017)
  • 著者名/発表者名: 高橋透, Ilkka I. Virtanen, 細川敬祐, 小川泰信, Anita Aikio, 宮岡 宏
  • 学会等名: 第142回地球電磁気・地球惑星圏学会
• [学会発表] ポーラーパッチ後縁に出現する指状構造のスケールの統計解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 高橋透, 平木康隆, 細川敬祐, 小川泰信, 坂井純, 宮岡宏
  • 学会等名: MTI研究集会
• [学会発表] ポーラーパッチ後縁に出現する指状構造の形成メカニズム (2017)
  • 著者名/発表者名: 高橋透, 平木康隆, 細川敬祐, 小川泰信, 坂井純, 宮岡宏
  • 学会等名: Symposium of Space Science and Radio Engineering
• [学会発表] Studies of the polar lower thermosphere and mesosphere based on simultaneous observations of EISCAT radars and a sodium LIDAR (2017)
  • 著者名/発表者名: Satonori Nozawa, Takuya D. Kawahara, Yasunobu Ogawa, Norihito Saito, Takuo T. Tsuda, Toru Takahashi, Satoshi Wada, Hitoshi Fujiwara, Masaki Tsutsumi, Chris Hall, Tetsuya Kawabata, Asgeir Brekke
  • 学会等名: 第8回極域科学シンポジウム
• [学会発表] Sapphire cell development for the daytime Na lidar observations at Tromso (2017)
  • 著者名/発表者名: Takuya D. Kawahara, Satonori Nozawa, Norihito Saito, Takuo T. Tsuda, Tetsuya Kawabata, Toru Takahashi, Satoshi Wada
  • 学会等名: 第8回極域科学シンポジウム
• [学会発表] トロムソにおけるナトリウムライダーの夏期定常観測に向けて：単結晶サファイアを用いた磁気光学狭帯域フィルタ開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 川原琢也, 野澤悟徳, 斎藤徳人, 津田卓雄, 和田智之, 高橋透, 川端哲也
  • 学会等名: 第142回地球電磁気・地球惑星圏学会
• [学会発表] Vertical motion of the neutral atmosphere in the winter polar MLT region using the sodium LIDAR at Tromsoe (2017)
  • 著者名/発表者名: Satonori Nozawa, Takuo Tsuda, Yasunobu Ogawa, Hitoshi Fujiwara, Takuya Kawahara, Norihito Saito, Satoshi Wada, Toru Takahashi, Masaki Tsutsumi, Tetsuya Kawabata, Chris Hall, Asgeir Brekke
  • 学会等名: 第142回地球電磁気・地球惑星圏学会
• [学会発表] 光リモートセンシングによる金属層の動態研究: オーロラ粒子による影響 (2017)
  • 著者名/発表者名: 津田卓雄, 中村卓司, 江尻省, 西山尚典, 阿保真, 津野克彦, 野澤悟徳, 川原琢也, 川端哲也, 斎藤徳人, 和田智之, C. M. Hall, 高橋透, J. Gumbel, J. Hedin
  • 学会等名: MTI研究集会
• [学会発表] 高エネルギー降下粒子がNa層に与える影響: Odin/OSIRISデータの統計解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 津田卓雄, 細川敬祐, 中村卓司, 江尻省, 西山尚典, 高橋透, J. Gumbel, and J. Hedin
  • 学会等名: 脈動オーロラ研究集会
• [学会発表] 光学リモートセンシングによる金属原子層・金属イオン層の研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 津田卓雄, 中村卓司, 江尻省, 西山尚典, 阿保真, 津野克彦, 野澤悟徳, 川原琢也, 川端哲也, 斎藤徳人, 和田智之, C. M. Hall, 高橋透, J. Gumbel, J. Hedin
  • 学会等名: 大気ライダー研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Statistical investigation on Na layer response to geomagnetic activity using Odin/OSIRIS data in 2004-2010 (2016)
  • 著者名/発表者名: Takuo T. Tsuda, Keisuke Hosokawa, Takuji Nakamura, Mitsumu K. Ejiri, Takanori Nishiyama, Toru Takahashi, Jorg Gumbel, and Johas Hedin
  • 学会等名: 2nd PSTEP International Symposium (PSTEP-2)
  • 国際学会
• [学会発表] Na layer response to geomagnetic activities: statistical analysis based on Odin/OSIRIS data (2016)
  • 著者名/発表者名: Takuo T. Tsuda, Takanori Nakamura, Mitsumu K. Ejiri, Takanori Nishiyama, Keisuke Hosokawa, Toru Takahashi, Jorg Gumbel, and Johas Hedin
  • 学会等名: Irago Conference 2016
  • 国際学会
• [学会発表] Formation of finger-like structure along the edge of polar patch: two-dimensional numerical simulations and ESR observations (2016)
  • 著者名/発表者名: Toru Takahashi, Yasutaka Hiraki, Keisuke Hosokawa, Yasunobu Ogawa, Jun Sakai
  • 学会等名: 極域科学シンポジウム
• [学会発表] ポーラーパッチ後縁部に見られる指状構造: 2次元数値シミュレーションとESRによる観測データの比較 (2016)
  • 著者名/発表者名: 高橋透, 平木康隆, 細川敬祐, 小川泰信, 坂井純
  • 学会等名: 地球電磁気・地球惑星圏学会
• [学会発表] 高速ナトリウムライダー観測による脈動オーロラが引き起こすナトリウム密度変動の研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 高橋透、細川敬祐、野澤悟徳、津田卓雄、小川泰信、堤雅基、平木康隆、藤原均、川原琢也、斎藤徳人、和田智之、川端哲也、Hall Chris
  • 学会等名: MTI研究集会
• [学会発表] 脈動オーロラが起こすナトリウム密度変動の研究: 高速ナトリウムライダー観測 (2016)
  • 著者名/発表者名: 高橋透, 津田卓雄, 細川敬祐, 野澤悟徳, 小川泰信, 川原琢也, 斎藤徳人, 和田智之, 川端哲也, Hall Chris
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2016年大会
• [学会発表] 共鳴散乱ライダー観測における動作環境温度モニター用小型モジュールの開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 谷遼, 江尻省, 西山尚典, 津野克彦, 中村卓司, 高橋透, 古川裕介, 米田仁紀, 桂川 眞幸
  • 学会等名: 極域科学シンポジウム
• [学会発表] トロムソナトリウムライダーを用いた北極域SSLの統計解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小川洋平、野澤悟徳、津田卓雄、川原琢也、小川泰信、藤原均、斎藤徳人、和田智之、高橋透, 堤雅基, 川端哲也, Hall Chris、Brekke Asgeir
  • 学会等名: 極域科学シンポジウム
• [学会発表] Na layer response to geomagnetic activities: statistical analysis based on Odin/OSIRIS data (2016)
  • 著者名/発表者名: T. T. Tsuda, T. Nakamura, M. K. Ejiri, T. Nishiyama, K. Hosokawa, T. Takahashi, J. Gumbel, and J. Hedin
  • 学会等名: 第7回極域科学シンポジウム
• [学会発表] 成層圏突然昇温にともなう北極域下部熱圏・中間圏変動 (2016)
  • 著者名/発表者名: 野澤悟徳, 小川泰信, 津田卓雄, 藤原均, 堤雅基, 三好勉信, Hall Chris, Buchert Stephan C., 斎藤徳人, 和田智之, 川原琢也, 高橋透, 川端哲也, Brekke Asgeir
  • 学会等名: 地球電磁気・地球惑星圏学会
• [学会発表] 波長可変共鳴散乱ライダーにおける送信レーザ周波数モニタシステムの開発 ~極域MLT領域の鉛直風観測を目指して~ (2016)
  • 著者名/発表者名: #江尻省, 西山尚典, 津野克彦, She Chiao-Yao, 津田卓雄, 高橋透, 阿保真, 和田智之, 川原琢也, 中村卓司
  • 学会等名: 地球電磁気・地球惑星圏学会
• [学会発表] Time and height variability of Fe-layer in the Mesosphere and the Lower Thermosphere region at NIPR (36N, 140E) (2016)
  • 著者名/発表者名: Takanori Nishiyama, Mitsumu K. Ejiri, Takuo Tsuda, Toru Takahashi, Katsuhiko Tsuno, Makoto Abo, Takuya Kawahara, Satoshi Wada, Takuji Nakamura
  • 学会等名: 地球電磁気・地球惑星圏学会