極域中間圏冬期エコーの生成解明を通して探る大気素過程の研究

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17H02969
• 研究機関: 国立極地研究所
• 研究代表者: 堤 雅基 国立極地研究所, 研究教育系, 教授 (80280535)
• 研究分担者: 西村 耕司 国立極地研究所, 研究教育系, 特任准教授 (60455475)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 超高層大気物理学 / 極域中間圏 / 南極 / 大気レーダー / 大気波動 / 大気乱流

研究実績の概要

PANSYレーダーデータから乱流強度推定を行う基礎開発を行い、対流圏・成層圏エコーについてラジオゾンデ観測と比較した研究を実施してその成果を学術誌に発表した。
中間圏エコー強度の大気重力波活動度および大気電離度の依存性について、PANSYレーダーおよびMFレーダーのデータを元に統計解析した。夏期には重力波活動度が、また冬期には大気電離度が高い時にエコー受信強度が上がることが示された。これは重力波（乱流生成源）および電離度が、それぞれ夏期および冬期に最低となる季節変化を示し、中間圏エコー生成に不足気味となっているためと解釈され、改めてエコー生成に両者が重要であることが示された。得られた成果は学会において報告した。
夜間には大気電離度低下のために困難となるPANSYレーダー中間圏乱流観測を補強するため、昼夜関係なく観測可能な流星エコー観測を併用して行う全5系統からなる付加装置を年度末に設置し、初期的な時系列データを取得した。今後、オンラインデータ処理等のソフト的な作り込みを行う。
MFレーダーによる中間圏電子密度推定に必要となるエコー到来方向推定手法を開発し、エコー反射高度決定を高精度化した。併せてレーダー装置の総合的なハードウェアメンテナンスを実施するとともに、受信データから外来雑音を取り除く仕組みを強化するためのソフトウェアの作り込みを行った。今後、二つの偏波モード間の校正を行ったのち、電子密度推定を試みる。

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

計画にある４つの項目（1. 大気乱流強度の推定、2. 乱流生成源候補の大気重力波活動の推定、3. 下部中間圏の電子密度推定、4. 1-3の結果の普遍性の検討）のうち、項目1-3についてはそれぞれ進捗があり研究が進んでいる。項目4については、1-3で開発・検討した解析手法を他の南極基地（豪Davis基地）の大気レーダー装置に応用する計画であり、まさにこれからの実施内容となる。

今後の研究の推進方策

概ね計画に沿って研究を進める予定であるが、昨年度末より研究代表者は南極地域観測隊の越冬隊長を拝命して南極昭和基地に越冬中であり、今年度末（2020年3月）に帰国予定となっている。研究計画にある４つの項目の内、項目1-3については南極においてもある程度の実施は可能であるが、4つ目の項目については豪南極局の研究者と直接打ち合わせを行って進めることが本来は望ましい。やや制限はあるが、メールなどでの連絡を取りながら研究を進めることを考えている。

研究成果

• [雑誌論文] Vertical Structure of Terdiurnal Tides in the Antarctic MLT Region: 15‐Year Observation Over Syowa (69°S, 39°E) (2019)
  • 著者名/発表者名: Liu Huixin、Tsutsumi Masaki、Liu Hanli
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 46 ページ: 2364～2371
  • DOI: 10.1029/2019GL082155
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Transient ionization of the mesosphere during auroral breakup: Arase satellite and ground-based conjugate observations at Syowa Station (2019)
  • 著者名/発表者名: R. Kataoka, T. Nishiyama, Y. Tanaka, A. Kadokura, A. H. Uchida, Y. Ebihara, M. K. Ejiri, Y. Tomikawa, M. Tsutsumi, K. Sato, Y. Miyoshi, K. Shiokawa, S. Kurita, Y. Kasahara, M. Ozaki, K. Hosokawa, S. Matsuda, I. Shinohara, T. Takashima, T. Sato, T. Mitani, T. Hori, N. Higashio
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 71 ページ: 1～10
  • DOI: https://doi.org/10.1186/s40623-019-0989-7
  • 査読あり
• [雑誌論文] Statistical Characteristics of Gravity Waves With Near-Inertial Frequencies in the Antarctic Troposphere and Lower Stratosphere Observed by the PANSY Radar (2018)
  • 著者名/発表者名: Minamihara Y.、Sato K.、Tsutsumi M.、Sato T.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Atmospheres 巻: 123 ページ: 8993～9010
  • DOI: 10.1029/2017JD028128
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simultaneous Observations of Polar Mesosphere Winter Echoes and Cosmic Noise Absorptions in a Common Volume by the PANSY Radar (69.0°S, 39.6°E) (2018)
  • 著者名/発表者名: Nishiyama T.、Sato K.、Nakamura T.、Tsutsumi M.、Sato T.、Tanaka Y.-M.、Nishimura K.、Tomikawa Y.、Kohma M.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Space Physics 巻: 123 ページ: 5019～5032
  • DOI: 10.1029/2017JA024717
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of Horizontal Wind Structure on a Gravity Wave Event in the Middle Atmosphere Over Syowa (69°S, 40°E), the Antarctic (2018)
  • 著者名/発表者名: Kogure Masaru、Nakamura Takuji、Ejiri Mitsumu K.、Nishiyama Takanori、Tomikawa Yoshihiro、Tsutsumi Masaki
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 45 ページ: 5151～5157
  • DOI: https://doi.org/10.1029/2018GL078264
  • 査読あり
• [学会発表] Dependence of polar mesosphere echoes on ionization and turbulence over Syowa in the Antarctic (2018)
  • 著者名/発表者名: Masaki Tsutsumi, Kaoru Sato, and Toru Sato
  • 学会等名: Japan Geoscience Union meeting 2018
  • 国際学会