中間圏・下部熱圏における大気波動のレーダーネットワーク観測

2012 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 22253006
• 応募区分: 海外学術
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 津田 敏隆 京都大学, 生存圏研究所, 教授 (30115886)
• 研究分担者: 林 寛生 京都大学, 生存圏研究所, 准教授 (70447936) ; 橋口 典子 京都大学, 生存圏研究所, 研究員 (70452480) ; 新堀 淳樹 京都大学, 生存圏研究所, 研究員 (30555678)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 中間圏・熱圏下部領域 / 赤道大気 / 大気波動 / 大気重力波 / 大気潮汐 / 長期変動 / 流星レーダー / 中波帯レーダー

研究概要

本課題では、地球大気の高度約60－150 kmに位置する中間圏・熱圏下部領域(MLT：Mesosphere – Lower Thermosphere）における風速の長期・短期変動特性について、アジア・オセアニア域の低緯度帯で運用されている大気レーダー（流星レーダーおよび中波帯[MF]レーダー）による観測結果を用いて国際共同研究を進めている。MLT領域は、対流圏で起こっている気象擾乱や人為起源の環境変化（温暖化など）と、太陽風を起源とする高エネルギー粒子や地球磁場を介した電磁気エネルギーの双方の影響を受ける。そのため、MLT領域は地球環境と惑星間宇宙のインターフェース域であり、また物理化学過程も遷移する興味深い高度域である。
本課題では、高度70-120 km での風速を測定する流星レーダー、及び中波帯[MF]レーダーを用いる。我々は、1992年に流星レーダーをジャカルタ以来インドネシアで運用している。具体的には、1992年にインドネシアのジャカルタ郊外に流星レーダーを設置して以来、1995年に西カリマンタンにMFレーダー、2002年に西スマトラの赤道滝レーダーサイトに流星レーダー、2004年に西ジャワ島南岸にMFレーダーを運用してきており、さらに、流星レーダーを西パプアのビアク島に2011年6月に建設した。これにより、インドネシア国内で東西約4,000 kmに広がるレーダー観測網が構築できた。南インドのMFレーダー、およびオーストラリアと米国が太平洋（クリスマス島、カウアイ島、キリバス）で運用しているMFレーダー等を加えて、インドから太平洋に至る広い経度帯におけるレーダーで取得されたデータの相互利用システムを開発した。
これらのレーダー観測データを中心に、地上観測および衛星データを併用して、MLT領域における力学過程：平均風の長期トレンド、半年・1年・準2年・季節内振動、及び各種の大気波動（赤道ケルビン波、プラネタリ波、大気潮汐、大気重力波等)の特性を研究している。

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

インドネシア国内における4基の流星/MFレーダーにより、赤道MLT高度(60-100 km)における良質な風速データをインターネット上で自動取得してきた。さらに、2013年6月に西スマトラ州コトタバンとパプア州ビアク島に設置された流星レーダーのシステム点検が豪州のGENESIS社によって行われた。しかし、2013年末～2014年初に雷害等により、これらのうち2基のレーダーが不調をきたしたので、再稼働に向けて調整を進めている。
1990年代以降、インド～インドネシア～太平洋域で約10台のレーダーにより継続された観測結果を集約することにより、長期かつ幅広い地理経度に広がる領域で、MLT高度の観測データベースを構築することができた。これらの観測データのメタ情報を抽出し、メタデータ共有システムに登録することで、インターネット上で観測データの検索および取得が容易になった。データの可視化、相互相関解析、トレンド検定、高度なスペクトル解析などを行うデータ解析ソフトウェアの開発も行った。このデータ解析システムを利用することで、MLT高度における力学過程に関して以下の研究成果を得た。
１．大気潮汐波のひとつである8時間周期波の年々変動の緯度変化を明らかにした。２．MLT高度における大気重力波の活動度が１日周期で変動し、下層の積雲対流の強度と相関があることが分かった。３．MLT高度で顕著である半年周期振動の振幅が、3－4月に増大する現象が2-3年おき起こっており、これが下部成層圏における準2年周期振動と同期していることが分かった。さらに、上部成層圏における半年周期振動とも相関が認められる。また、MLT高度の重力波および大気潮汐の活動度とも関係すると思われる。
これらの研究成果を国内外の学会で講演するとともに、学術論文として公表した。

今後の研究の推進方策

インドネシア国内の4台の流星/MFレーダーの運用を継続し、データベースを拡充する。これらに加え、外国の研究グループによるレーダーも加えて、1990-2014年に運用された下記のレーダーについて統合的なデータベースを構築する。（注：＊は現在も運用中）インドネシア　ジャカルタ郊外： 流星レーダー、1992～1999年、京大・LAPAN、西カリマンタン： MFレーダー、1995年～、京大・LAPAN・豪アデレイド大 (*)、西スマトラ：流星レーダー、2002年～、京大・LAPAN (*) 、西ジャワ：MFレーダー、2004年～、京大・LAPAN (*)、パプア：流星レーダー、2011年～、京大・NICT・LAPAN (*)、インド　ティルネルベリ：MFレーダー、1992年～、インド地磁気研究所 (*)、太平洋　クリスマス島：MFレーダー、1990～1997年、豪アデレイド大、ハワイ・カウアイ島：MFレーダー、1990～2007年、米CoRA、キリバス・ララトンガ：MFレーダー、2003～2008年、米CoRA
これら、アジア・オセアニアの低緯度域に展開している流星/MFレーダーから取得された風速データについて、既に開発しているデータ解析システムに統合する。下層大気データ等との相関解析を組み合わせて、MLT域における長期の風速データの統計解析を行い、平均風の長期トレンド、長周期変動、及び各種の大気波動の特性を明らかにする。
平成26年度が本課題の最終年度にあたることから、研究会を開催して成果を集大成するとともに、今後の観測継続を検討する。

研究成果

• [雑誌論文] Characteristics of atmospheric gravity waves observed using the MU (Middle and Upper atmosphere) radar and GPS(Global Positioning System) radio occultation (2014)
  • 著者名/発表者名: Tsuda,T.
  • 雑誌名: Proceedings of the Japan Academy, Series B, Physical and Biological Sciences 巻: 90 ページ: 12-27
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] INTER-UNIVERSITY UPPER ATMOSPHERE GLOBAL OBSERVATION NETWORK (IUGONET) (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Hayashi, Y. Koyama, T. Hori, Y. Tanaka, S. Abe, A. Shinbori, M. Kagitani, T. Kouno, D. Yoshida, S. UeNo, N. Kaneda, M. Yoneda, N. Umemura, H. Tadokoro, T.Motoba, and IUGONET project team
  • 雑誌名: Data Sci. J. 巻: 12 ページ: 179-184
  • DOI: 10.2481/dsj.WDS-030
  • 査読あり
• [雑誌論文] Long-term variation in the upper atmosphere as seen in the geomagnetic solar quiet daily variation (2013)
  • 著者名/発表者名: Atsuki Shinbori, Yukinobu Koyama, Masahito Nose, Tomoaki Hori, Yuichi Otsuka, and Akiyo Yatagai
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 24 ページ: 296-314
  • DOI: doi: 10.3724/SP.J.1085.2013.00296
  • 査読あり
• [雑誌論文] Global distributions of storm-time ionospheric currents as seen in geomagnetic field variations (2013)
  • 著者名/発表者名: Atsuki Shinbori, Tomoaki Hori, Yoshimasa Tanaka, Yukinobu Koyama, Takashi Kikuchi and Tsutomu Nagatsuma
  • 雑誌名: Advances in Polar Science 巻: 24 ページ: 296-314
  • DOI: 10.3724/SP.J.1085.2013.00296
  • 査読あり
• [雑誌論文] Comparison of diurnal tide in models and ground-based observations during the 2005 equinox CAWSES tidal campaign (2012)
  • 著者名/発表者名: Chang, L.C., W.E. Ward, S.E. Palo, J. Du, D.-Y. Wang, H.-L. Liu, M.E. Hagan, Y. Portnyagin, J. Oberheide, L.P. Goncharenko, T. Nakamura, P. Hoffmann, W. Singer, P. Batista, B. Clemesha, A.H. Manson, D.M. Riggin, C.-Y. She, T. Tsuda and T. Yuan
  • 雑誌名: Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics 巻: 78-79 ページ: 19-30
  • DOI: 10.1016/j.jastp.2010.12.010
  • 査読あり
• [雑誌論文] A remarkable correlation between short period gravity waves and semiannual oscillation of the zonal wind in the equatorial mesopause region (2012)
  • 著者名/発表者名: Narukull.V.Rao., T.Tsuda and Y. Kawatani
  • 雑誌名: Ann. Geophys. 巻: 30 ページ: 703-710
  • DOI: doi:10.5194/angeo-30-703-2012
  • 査読あり
• [雑誌論文] Long-term variability of mean winds in the mesosphere and lower thermosphere at low latitudes (2012)
  • 著者名/発表者名: Narukull, V. Rao, T. Tsuda, D. M. Riggin, S. Gurubaran, I. M. Reid, and R. A. Vincent
  • 雑誌名: J. Geophys. Res 巻: 117 ページ: A10312
  • DOI: doi:10.1029/2012JA017850
  • 査読あり
• [雑誌論文] Vertical Wavenumber Spectra of Gravity Waves in the Martian Atmosphere Obtained from Mars Global Surveyor Radio Occultation Data (2012)
  • 著者名/発表者名: Ando, H., T. Imamura, and T. Tsuda
  • 雑誌名: J. Atmos. Sci. 巻: 69-Issue9 ページ: 2906-2912
  • DOI: doi: http://dx.doi.org/10.1175/JAS-D-11-0339.1
  • 査読あり
• [学会発表] SCOSTEP国際共同研究プロジェクト：CAWSESの推進 (2014)
  • 著者名/発表者名: 津田敏隆
  • 学会等名: 第248回生存圏シンポジウム 生存圏ミッションシンポジウム
  • 発表場所: 京都大学生存圏研究所、宇治市
  • 年月日: 20140310-20140311
• [学会発表] 磁気嵐時の地磁気変動に見られる電離圏電流分布について (2014)
  • 著者名/発表者名: 新堀淳樹,堀智昭,田中良昌,小山幸伸,菊池崇,長妻努
  • 学会等名: 太陽研連シンポジウム「活動極大期を迎えた太陽研究の新たな展開、---彩層プラズマ診断、宇宙天気、Solar-C---」
  • 発表場所: 京都大学セミナーハウス
  • 年月日: 20140217-20140219
• [学会発表] Global distributions of storm-time ionospheric currents as seen in geomagnetic field variations (2013)
  • 著者名/発表者名: Atsuki Shinbori, Tomoaki Hori, Yoshimasa Tanaka, Yukinobu Koyama, Takashi Kikuchi and Tsutomu Nagatsuma
  • 学会等名: AGU Fall Meeting 2012
  • 発表場所: SanFransisco, USA
  • 年月日: 20131209-20131213
• [学会発表] An overview of recent activities of CAWSES-II (2013)
  • 著者名/発表者名: Toshitaka Tsuda、Joseph M. Davilla
  • 学会等名: International CAWSES-IISymposium
  • 発表場所: Nagoya University, Symposium Hall
  • 年月日: 20131118-20131122
  • 招待講演
• [学会発表] Long-term variability the mean winds in the mesosphere and lower thermosphere (MLT) observed with radars in the tropics (2013)
  • 著者名/発表者名: Tsuda, T., N. V. Rao, D. Riggin, S. Gurubaran, I.M. Reid and R.A. Vincent
  • 学会等名: International CAWSES-IISymposium
  • 発表場所: Nagoya University, Symposium Hall
  • 年月日: 20131118-20131122
• [学会発表] Characteristics of long-term variation in the upper atmosphere as seen in the geomagnetic solar quiet (Sq) daily variation (2013)
  • 著者名/発表者名: Shinbori, A., Y. Koyama, M. Nose, T. Hori, Y. Otsuka, and A. Yatagai
  • 学会等名: International CAWSES-IISymposium
  • 発表場所: Nagoya University, Symposium Hall
  • 年月日: 20131118-20131122
• [学会発表] Global distributions of storm-time ionospheric currents as seen in geomagnetic field variations (2013)
  • 著者名/発表者名: Shinbori, A., T. Hori, Y. Tanaka, Y. Koyama, T. Kikuchi, and T. Nagatsuma
  • 学会等名: International CAWSES-IISymposium
  • 発表場所: Nagoya University, Symposium Hall
  • 年月日: 20131118-20131122
• [学会発表] Characteristics of Atmospheric Gravity Waves Observed Using the MU (Middle and Upper Atmosphere) Radar and GPS Radio Occultation (2013)
  • 著者名/発表者名: Toshitaka Tsuda
  • 学会等名: International Symposium on Earth-Science Challenges (ISEC) 2013
  • 発表場所: Kyoto University Kihada hall,Japan
  • 年月日: 20131003-20131005
  • 招待講演
• [学会発表] 太陽地球系結合過程の研究基盤形成について (2013)
  • 著者名/発表者名: 津田敏隆
  • 学会等名: 第233回生存圏シンポジウム 第7回MUレーダー・赤道大気レーダーシンポジウム
  • 発表場所: 京都大学きはだホール
  • 年月日: 20130912-20130913
• [学会発表] 地磁気変動に見られる磁気嵐時のグローバルな電離圏電流分布 (2013)
  • 著者名/発表者名: 新堀淳樹,堀智昭,田中良昌,小山幸伸,菊池崇,長妻努
  • 学会等名: 平成25年度名古屋大学太陽地球環境研究所研究集会「第9回 磁気圏-電離圏複合系における対流に関する研究会」
  • 発表場所: 名古屋大学太陽地球環境研究所
  • 年月日: 20130828-20130829
• [学会発表] Atmospheric coupling processes in the equatorial region (2013)
  • 著者名/発表者名: Toshitaka Tsuda
  • 学会等名: 2013 Whole Atmosphere Coupling during Solar Cycle 24
  • 発表場所: Institute of Space Science National Central University, Jhongli City, Taiwan
  • 年月日: 20130714-20130717
• [学会発表] Recent Activities of CAWSES-II (2013)
  • 著者名/発表者名: Toshitaka TSUDA, Joseph M. DAVILA
  • 学会等名: AOGS2013
  • 発表場所: Brisbane Convention & Exhibition Centre, Australia
  • 年月日: 20130624-20130628
• [学会発表] Atmospheric Coupling Processes by Upward Propagating Atmospheric Waves (2013)
  • 著者名/発表者名: Toshitaka TSUDA
  • 学会等名: AOGS2013
  • 発表場所: Brisbane Convention & Exhibition Centre, Australia
  • 年月日: 20130624-20130628
• [学会発表] Long-term variation in the upper atmosphere as seen in the geomagnetic solar quiet (Sq) daily variation (2013)
  • 著者名/発表者名: Atsuki Shinbori, Yukinobu Koyama, Masahito Nose, Tomoaki Hori, Yuichi Otsuka and Akiyo Yatagai
  • 学会等名: AOGS2013
  • 発表場所: Brisbane Convention & Exhibition Centre, Australia
  • 年月日: 20130624-20130628
• [学会発表] An overview of CAWSES: Climate and Weather of the Sun-Earth System (2013)
  • 著者名/発表者名: Toshitaka Tsuda
  • 学会等名: International Workshop on Space Weather
  • 発表場所: Bandung, Indonesia
  • 年月日: 20130324-20130325
  • 招待講演
• [学会発表] 地磁気変動に見られる磁気嵐時のグローバルな電離圏電流分布 (2013)
  • 著者名/発表者名: 新堀 淳樹, 堀 智昭, 田中 良昌,小山 幸伸, 菊池 崇, 長妻 努
  • 学会等名: 地球電磁気・地球惑星圏学会 第１３４回総会及び講演
  • 発表場所: 高知大学朝倉キャンパス、高知市
  • 年月日: 2013-11-02 – 2013-11-05
• [学会発表] 大気重力波の中間圏・下部熱圏への影響について (2013)
  • 著者名/発表者名: 津田敏隆
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2013年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ、千葉市
  • 年月日: 2013-05-19 – 2013-05-24
  • 招待講演
• [学会発表] 地磁気静穏日変化に見られる超高層大気の長期変動について (2013)
  • 著者名/発表者名: 新堀淳樹,小山幸伸,能勢正仁, 谷田貝亜紀代,堀智昭,大塚雄一
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2013年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ、千葉市
  • 年月日: 2013-05-19 – 2013-05-24
• [学会発表] 磁気赤道-低緯度域における気急始(SC)の磁場振幅の季節変化について (2013)
  • 著者名/発表者名: 新堀淳樹,小山幸伸,菊池崇,荒木徹,池田昭大,魚住禎司,Roland Emerito S. Otadoy,歌田久司,長妻努,湯元清文
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2013年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ、千葉市
  • 年月日: 2013-05-19 – 2013-05-24
• [学会発表] Long-term variation in the upper atmosphere as seen in the geomagnetic solar quiet (Sq) daily variation (2012)
  • 著者名/発表者名: Atsuki Shinbori, Yukinobu Koyama, Akiyo Yatagai, Masahito Nose, Tomoaki Hori, and Yuichi Otsuka
  • 学会等名: AGU Fall Meeting 2012
  • 発表場所: San Francisco
  • 年月日: 20121203-20121207
• [学会発表] 地磁気静穏日変化に見られる超高層大気の長期変動について (2012)
  • 著者名/発表者名: 新堀 淳樹, 小山 幸伸, 能勢 正仁, 堀 智昭,大塚 雄一, 谷田貝 亜紀代
  • 学会等名: 地球電磁気・地球惑星圏学会 第１３２回総会及び講演会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター、札幌市
  • 年月日: 20121020-20121023
• [学会発表] CAWSES (Climate and Weather of the Sun-Earth System): SCOSTEP's International Program in 2004-2013 (2012)
  • 著者名/発表者名: Toshitaka Tsuda
  • 学会等名: HSS2012
  • 発表場所: Bandung, Indonesia
  • 年月日: 20120827-20120828
• [学会発表] Upper atmospheric research using the metadata database and integrated data analysis software (UDAS) developed by the IUGONET project (2012)
  • 著者名/発表者名: Atsuki Shinbori
  • 学会等名: HSS2012
  • 発表場所: Bandung, Indonesia
  • 年月日: 20120827-20120828
• [学会発表] Comparison between the Winds in the MLT Region over Kototabang and Biak using Our Package of Correlation Analysis and Statistical Tests (2012)
  • 著者名/発表者名: Ryota Hamaguchi, Toshitaka Tsuda, and Atsuki Shinbori
  • 学会等名: HSS2012
  • 発表場所: Bandung, Indonesia
  • 年月日: 20120827-20120828
• [学会発表] Long-term Variability of Mean Winds in the MLT Region at Low Latitudes (2012)
  • 著者名/発表者名: Tsuda, T., N.V.Rao, S.Gurubaran, D.M.Rigin, R. Vincent
  • 学会等名: AOGS2012
  • 発表場所: Singapore, Singapore
  • 年月日: 20120813-20120817
• [学会発表] Temporal and spatial evolution of ionospheric currents and electric fields during a geomagnetic storm (2012)
  • 著者名/発表者名: Atsuki Shinbori, Yukitoshi Nishimura, Yuji Tsuji, Takashi Kikuchi, and Tsutomu Nagatsuma, and IUGONET project team
  • 学会等名: GEM Summer Workshop 2012
  • 発表場所: the Snowmass Conference Center in Snowmass, USA
  • 年月日: 20120617-20120617
• [学会発表] Inter-University Upper Atmosphere Global Observation Network (IUGONET) (2012)
  • 著者名/発表者名: 津田敏隆、佐藤 夏雄、藤井 良一、他
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ、千葉市
  • 年月日: 20120520-20120525
  • 招待講演
• [学会発表] 赤道ファウンテン (2012)
  • 著者名/発表者名: 津田敏隆
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ、千葉市
  • 年月日: 20120520-20120525
  • 招待講演
• [学会発表] Long-term variability of mean winds and its oscillations in the mesosphere and lower thermosphere within ± 22^o (2012)
  • 著者名/発表者名: Venkateswara Rao Narukull、 Toshitaka Tsuda、D.M. Riggin、S. Gurubaran
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ、千葉市
  • 年月日: 20120520-20120525
• [学会発表] 地磁気静穏日変化に見られる超高層大気の長期変動について（Long-term variation in the upper atmosphere as seen in the geomagnetic solar quiet (Sq) daily variation） (2012)
  • 著者名/発表者名: 新堀 淳樹, 小山 幸伸, 能勢正仁, 堀 智昭, 大塚雄一, 林寛生, 津田敏隆
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ、千葉市
  • 年月日: 20120520-20120525
• [学会発表] 地磁気静穏日変化(Sq)の長期トレンドから推察される超高層大気変動について（Upper atmospheric variation inferred from the long-term trend in the geomagnetic solar quiet daily variation） (2012)
  • 著者名/発表者名: 新堀 淳樹, 小山幸伸, 能勢正仁, 林寛生, 堀智昭, 大塚雄一, 浅井歩, 磯部洋明, 横山正樹, 上野悟, 塩田大幸,羽田裕子, 北井礼三郎, 津田敏隆
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2012年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ、千葉市
  • 年月日: 20120520-20120520