南北両極から探る高エネルギー粒子が大気環境に与える影響の観測的研究

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H01952
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 水野 亮 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 教授 (80212231)
• 研究分担者: 田中 良昌 国立極地研究所, 研究教育系, 特任准教授 (50425766) ; 野澤 悟徳 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 准教授 (60212130) ; 長濱 智生 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 准教授 (70377779) ; 中島 拓 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 助教 (90570359)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 高エネルギー粒子降り込み / 極域科学 / ミリ波分光 / 中間圏 / 大気環境変動

研究実績の概要

本研究は、ほぼ同緯度に位置する南極昭和基地と北極EISCATトロムソサイトからの同時観測により、高エネルギー粒子降り込み(EPP)にともなう下部熱圏から成層圏の地球大気環境への影響を観測的に理解することを目指している。そのために、複数の分子種の同時観測を可能にする多周波超伝導ミリ波分光計、降り込み電子の密度やエネルギースペクトルを観測するスペクトルリオメータを新たに導入し、既存のレーダーやナトリウムライダーを組み合わせて観測体制を強化し、高エネルギー粒子降り込み時に生起する様々な素過程を明らかにすることを目的としている。
2020年度に昭和基地において、新たに開発した多周波ミリ波分光計を組み上げ、O3, NO, CO, HO2の地上多輝線ミリ波大気観測を世界で初めて実現させた。ただし、所期の目標性能に達することができなかったため2021年11月に研究員を63次越冬隊員として派遣、O3, NO, HO2の定常観測を中断して観測システムの改修・改良を行ない、受信機雑音温度(SSB)で40 K程度の改善が確かめられた。2022年3月末の時点では調整作業が継続しており、6月から当初計画通りの定常観測再開を目指している。スペクトルリオメータは昭和基地内の他レーダーからの混信を回避するハードとソフトを開発したのち、2022年1~2月に63次観測隊で現地の立ち上げ作業を行い、定常観測を開始した。北極域トロムソのミリ波分光計は、コロナ禍前の時点で金属製ネットによる大型レーダーからの混信低減に成功したが、その後の液体窒素製造装置の故障をコロナ禍のため修理できない状況が続き観測が停滞している。新しい多周波分光計用の新たなデータ解析プログラム群を整備し、周波数スイッチング法を用いたオゾン観測では、衛星測器MLSとの比較において標準偏差を高度33 - 60kmの範囲で10％以下まで抑えられた

現在までの達成度 (段落)

令和3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

令和3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] ノルウェー北極大学/EISCAT科学協会(ノルウェー)
  • 国名: ノルウェー
  • 外国機関名: ノルウェー北極大学/EISCAT科学協会
• [国際共同研究] ソダンキラ地球物理学観測所(フィンランド)
  • 国名: フィンランド
  • 外国機関名: ソダンキラ地球物理学観測所
• [学会発表] Time Variations of Mesospheric Ozone During the Solar Eclipse Observed with AURA/MLS (2022)
  • 著者名/発表者名: Tianliang Yang, Tomoo Nagahama
  • 学会等名: 15th Quadrennial Solar-Terrestrial Physics Symposium (STP-15)
  • 国際学会
• [学会発表] New Millimeter-Wave Spectrometer for Simultaneous Multi-Line Observations Operating at Syowa Station (2021)
  • 著者名/発表者名: Akira Mizuno, Taku Nakajima, Tomoo Nagahama, Daichi Tsutsumi, Genma Mizoguchi, Naoto Sekiya, Takuma Hayashi, Yoshihiro Tomikawa, Mitsumu K. Ejiri, Masaki Tsutsumi, Kaoru Sato
  • 学会等名: Quadrennial Ozone Symposium (QOS 2021)
  • 国際学会
• [学会発表] Exploring Short-term Variations in Mesospheric Ozone due to Large-scale Solar Flares Using a Ground-based Millimeter-wave Radiometer at Rikubestu, Japan and Aura/MLS Ozone Measurements (2021)
  • 著者名/発表者名: Tomoo Nagahama, Akira Mizuno, Taku Nakajima, Tianliang Yang
  • 学会等名: Quadrennial Ozone Symposium (QOS 2021)
  • 国際学会
• [学会発表] Current status of the new multi-frequency millimeter-wave spectrometer installed at Showa Station and initial results of multi-line observations (2021)
  • 著者名/発表者名: Akira Mizuno, Daichi Tsutsumi, Takahiko Kosegaki, Hiroyuki Iwata, Kouki Satani, Taku Nakajima, Kohei Haratani, Tomoo Nagahama, Syoki Iriyama, Genma Mizoguchi, Shixun Fan, Naoto Sekiya, Takuma Hayashi, Masaki Tsutsumi, Yoshihiro Tomikawa, Mitsumu K. Ejiri, Kaoru Sato
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2021
• [学会発表] Development of spectral riometer for observation of energetic electron precipitation at Syowa Station, Antarctica (2021)
  • 著者名/発表者名: Yoshimasa Tanaka, Masayuki Yamamoto, Koji Nishimura, Hisao Yamagishi, Antti Kero, Akira Kadokura, Akira Mizuno, Akira Sessai Yukimatu, Herbert Akihito Uchida, Ryuho Kataoka, Yasunobu Ogawa, Takanori Nishiyama, Masaki Tsutsumi, Mitsunori Ozaki, Yoshizumi Miyoshi, Shin-ichiro Oyama, Fuminori Tsuchiya
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2021
• [学会発表] 200 GHz帯直列接合型SIS素子の開発：伝送線路と雑音温度特性の関係性 (2021)
  • 著者名/発表者名: 中島拓, 溝口玄真, 山口倫史, 加藤智隼, 藤森隆彰, 藤井由美, 水野亮, 江崎翔平, 宮地晃平, 藤井泰範, 小嶋崇文, Shan Wenlei, 鵜澤佳徳, 野口卓
  • 学会等名: 日本天文学会2021年秋季年会
• [学会発表] 大気微量分子観測のための200 GHz 帯SIS 受信機の開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 溝口玄真、中島拓、藤森隆彰、水野亮、鵜澤佳徳、小嶋崇文、藤井泰範、Shan Wenlei、宮地晃平、江崎翔平
  • 学会等名: 第82回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] ノルウェー・トロムソにおけるミリ波分光観測装置を用いた中層大気微量分子観測 (2021)
  • 著者名/発表者名: 中島拓, 後藤宏文, 長濱智生, 野澤悟徳, 大山伸一郎, 三好由純, 川端哲也, 鈴木和司, 児島康介, 藤森隆彰, 水野亮
  • 学会等名: 地球電磁気・地球惑星圏学会第150回総会・講演会
• [学会発表] ノルウェー・トロムソにおけるNO柱密度の導出と、高エネルギー電子の降り込みとの関係性の考察に関する研究 (2021)
  • 著者名/発表者名: 後藤宏文, 中島拓, 長濱智生, 野澤悟徳, 児島康介, 川端哲也, 藤森隆彰, 鈴木和司, 小川泰信, 水野亮
  • 学会等名: 地球電磁気・地球惑星圏学会第150回総会・講演会
• [学会発表] 南極昭和基地におけるスペクトルリオメータ観測 (2021)
  • 著者名/発表者名: 田中良昌, 山本真之, 西村耕司, 山岸久雄, Antti Kero, 門倉昭, 水野亮, 行松彰, 内田ヘルベルト陽仁, 片岡龍峰, 小川泰信, 西山尚典, 堤雅基, 尾崎光紀, 三好由純, 大山伸一郎, 土屋史紀
  • 学会等名: 南極における宙空圏研究・観測の将来構想に関する研究集会
• [学会発表] JARE63における南極昭和基地でのスペクトルリオメータ観測 (2021)
  • 著者名/発表者名: 田中良昌, 山本真之, 西村耕司, 山岸久雄, Antti Kero, 門倉昭, 水野亮, 行松彰, 内田ヘルベルト陽仁, 片岡龍峰, 小川泰信, 西山尚典, 堤雅基, 尾崎光紀, 三好由純, 大山伸一郎, 土屋史紀
  • 学会等名: MTI研究集会
• [備考] 名古屋大学宇宙地球環境研究所 水野研究室
  • URL: https://skx1.isee.nagoya-u.ac.jp/
• [備考] ナトリウム温度ライダープロジェクト
  • URL: https://www.isee.nagoya-u.ac.jp/~nozawa/LIDAR/