大気大循環モデルと超多点磁場観測データによる大気圏電離圏協調現象の解明

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 23540513
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 宮原 三郎 九州大学, 理学(系)研究科(研究院), 名誉教授 (70037282)
• 研究分担者: 湯元 清文 九州大学, 国際宇宙天気科学・教育センター, 教授 (20125686) ; 廣岡 俊彦 九州大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (90253393) ; 河野 英昭 九州大学, 国際宇宙天気科学・教育センター, 准教授 (60304721) ; 吉川 顕正 九州大学, 国際宇宙天気科学・教育センター, 講師 (70284479) ; 渡辺 正和 九州大学, 国際宇宙天気科学・教育センター, 准教授 (70446607) ; フイシン リュウ 九州大学, 国際宇宙天気科学・教育センター, 准教授 (70589639)
• キーワード: 中性大気変動 / 電離圏電流変動 / 赤道エレクトロジェット / Sq / 大気潮汐波 / 成層圏突然昇温

研究概要

中性大気の変動と電離圏変動，特に電離圏E領域に流れる電流（Sq電流と赤道エレクトロジェット電流）の変動の関係を，九州大学中層大気大循環モデルで得られたデータを使用した準３次元ダイナモモデルによる電流計算結果と，九州大学が展開している全球的な地磁気観測網(MAGDAS)データや，中性大気再解析データを用いて研究を行った。
成層圏突然昇温(SSW)の後に顕著なSq電流や赤道エレクトロジェット電流の変動が起こることが，観測データと準３次元ダイナモモデル計算によって明らかとなった。観測データより，SSWに伴ってSq電流系のローカルタイム依存性が系統的に変動することが示され，この変動が半日太陰潮汐振動の影響を受けていることが示唆された。これに対して，準３次元ダイナモモデル計算によるSq電流や赤道エレクトロジェット電流も変動を示すが，観測データとは必ずしも整合的ではない。モデル計算には半日太陰潮汐振動は含まれていないが，半日太陽潮汐は含まれており，これがSSWに伴って下部熱圏で増幅することが示され，この影響が大きい。この相違を説明するまでには研究を進めることができず，これは今後の研究課題である。
中間圏領域まで含むAura EOS/MLS再解析データの解析により，SSWに先立って中間圏で不安定波動に伴って平均帯状流が西風から東風へ変動することが示された。この現象は，成層圏と電離圏を力学的につなぐ力学現象の一つとして注目されるが，詳細な解析は今後の課題である。
また，SSWの後に電離圏電流が流れる高度領域の温度が全球的に降下することが大循環モデルにより明らかとなった。この主因は半日大気潮汐の急激な増幅によることが解明された。
大循環モデルの中性大気変動にみられる超高速ケルビン波による電離圏電流変動は赤道から低緯度域に限定され，大気潮汐波変動による変動の大きさの25%以下であることがわかった。

研究成果

• [雑誌論文] Circulation changes in the stratosphere and mesosphere during the stratospheric sudden warming event in January 2009 (2014)
  • 著者名/発表者名: C. Iida, T. Hirooka and N. Eguchi
  • 雑誌名: J. Geophys. Res. 巻: in press ページ: in press
  • 査読あり
• [雑誌論文] The response of the dayside equatorial electrojet to step-like changes of IMF B-Z (2013)
  • 著者名/発表者名: Ohtani, S, Uozumi T., Kawano H., Yoshikawa A., Utada H, Nagatsuma T., Yumoto K.
  • 雑誌名: JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH-SPACE PHYSICS 巻: 118 ページ: 3637-3646
  • DOI: DOI:10.1002/jgra.50318
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mean Solar Quiet Daily Variations in the Earth’s Magnetic Field Along East African Longitudes (2013)
  • 著者名/発表者名: O.R. Bello, A.B. Rabiu, K. Yumoto, E. Yizengaw
  • 雑誌名: Advances in Space Research 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: doi.org/10.1016/j.asr.2013.11.058
  • 査読あり
• [雑誌論文] Coupling of electrons and inertial Alfven waves in the topside ionosphere (2013)
  • 著者名/発表者名: Shi, R., H. Liu, A. Yoshikawa, B. Zhang, and B. Ni
  • 雑誌名: J. Geophys. Res. Space Physics 巻: 118 ページ: 2903-2910
  • DOI: doi:10.1002/jgra.50355
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hodograph method to estimate the latitudinal profile of the field-line resonance frequency using the data from two ground magnetometers (2013)
  • 著者名/発表者名: Pilipenko, V. A., H. Kawano, and I. R. Mann
  • 雑誌名: Earth Planets Space 巻: Vol. 65 (No. 5) ページ: 435-446
  • DOI: doi:10.5047/eps.2013.02.007
  • 査読あり
• [雑誌論文] Upper atmosphere response to stratosphere sudden warming: Local time and height dependence simulated by GAIA model (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Liu, H. Jin, Y. Miyoshi, H. Fujiwara, H. Shinagawa
  • 雑誌名: GRL 巻: 40 ページ: 1-6
  • DOI: doi:10.1002/grl.50146
  • 査読あり
• [雑誌論文] Empirical model of the thermospheric mass density based on CHAMP satellite observations (2013)
  • 著者名/発表者名: Huixin Liu, T. Hirano, S. Watanabe
  • 雑誌名: J. Geophys. Res. 巻: 118 ページ: 843-848
  • DOI: doi:10.1002/jgra.50144
  • 査読あり
• [雑誌論文] Equatorial electrojet dependence on solar activity in Southeast Asia sector (2013)
  • 著者名/発表者名: AbdulHamid, N. S., Huixin Liu, T. Uozumi, K. Yumoto
  • 雑誌名: Antarctic Record, 1 巻: 57 ページ: 329-337
  • 査読あり
• [学会発表] 成層圏突然昇温に伴う下部熱圏全球平均温度変動 (2014)
  • 著者名/発表者名: 宮原三郎，Chen Ying-Wen
  • 学会等名: 日本気象学会2014年度春季大会
  • 発表場所: 横浜情報文化センター.
  • 年月日: 20140521-20140524
• [学会発表] Kyushu-GCM及び準３次元ダイナモモデルを用いたUltra Fast Kelvin波によるEquatorial Electro Jet変動の評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 合屋研之, 宮原三郎, Chen Ying-Wen
  • 学会等名: 第6回電磁圏物理学シンポジウム
  • 発表場所: 九州大学西新プラザ，福岡
  • 年月日: 20140318-20140319
• [学会発表] 定常沿磁力線電流の駆動機構：プラズマ対流を用いた一般論 (2014)
  • 著者名/発表者名: 渡辺正和
  • 学会等名: 第6回電磁圏物理学シンポジウム
  • 発表場所: 九州大学西新プラザ，福岡
  • 年月日: 20140318-20140319
• [学会発表] 磁気圏電離圏結合（異プラズマ結合システム：宇宙天気と太陽物理への一般物理の応用 (2014)
  • 著者名/発表者名: Yoshikawa A.
  • 学会等名: 太陽研連シンポジウム
  • 発表場所: 京都大学理学研究科セミナーハウス
  • 年月日: 20140217-20140219
  • 招待講演
• [学会発表] Latitude profiles of the FLR frequency and the resonance width estimated by using the improved hodograph method and the APGM method (2013)
  • 著者名/発表者名: Hideaki Kawano, Viacheslav Pilipenko, Ian Robert Mann, David K Milling, Satoko Saita, Kentarou Kitamura, Kiyohumi Yumoto, and Akimasa Yoshikawa
  • 学会等名: 2013 AGU Fall Meeting
  • 発表場所: Moscone Convention Center, San Francisco, California, USA
  • 年月日: 20131209-20131213
• [学会発表] Observed circulation changes up to the mesopause during sudden warming events (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Hirooka, T. Ohata, C. Iida, N. Eguchi
  • 学会等名: AGU Fall Meeting
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 年月日: 20131209-20131213
• [学会発表] Convection and Birkeland currents associated with IMF BY triggered theta auroras: An MHD modeling (2013)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, M., S. Sakito, T. Tanaka, H. Shinagawa, and K. T. Murata
  • 学会等名: International CAWSES-II Symposium
  • 発表場所: Nagoya University Toyoda Auditorium, Nagoya
  • 年月日: 20131118-20131122
• [学会発表] 圧力勾配駆動沿磁力線電流におけるプラズマ対流の役割 (2013)
  • 著者名/発表者名: 渡辺正和
  • 学会等名: 第４回極域科学シンポジウム
  • 発表場所: 国立極地研究所，立川
  • 年月日: 20131112-20131115
• [学会発表] Plasmaspheric plasma density and the ionospheric resonance width estimated by the improved hodograph method and the APGM method (2013)
  • 著者名/発表者名: Hideaki Kawano, Viacheslav Pilipenko, Ian R. Mann, David Milling, Satoko Saita, Kentarou Kitamura, Akimasa Yoshikawa, and MAGDAS/CPMN Group
  • 学会等名: 134th SGEPSS Fall Meeting
  • 発表場所: 高知大学，高知
  • 年月日: 20131102-20131105
• [学会発表] Modeling of 3-fluid dynamic and generalized Ohm’s law for understanding ionospheric dynamics (2013)
  • 著者名/発表者名: Yoshikawa A
  • 学会等名: JSPS Core-to-Core Program, 2013 ISWI and MAGDAS Africa School
  • 発表場所: Abuja, Cote d'Ivoire
  • 年月日: 20130923-20130927
  • 招待講演
• [学会発表] Estimating the latitudinal profiles of the FLR frequency and the resonance width by using the improved hodograph method and the APGM method (2013)
  • 著者名/発表者名: Kawano, H., V. A. Pilipenko, I. R. Mann, D. K. Milling, S. Saita, K. Kitamura, and K. Yumoto
  • 学会等名: 12th IAGA Scientific Assembly
  • 発表場所: Presidente Intercontinental Hotel, Yukatan, Mexico
  • 年月日: 20130826-20130831
  • 招待講演
• [学会発表] Circulation changes in the mesosphere during sudden warming events (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Hirooka, C. Iida, N. Eguchi
  • 学会等名: 11th Scientific Assembly of IAGA
  • 発表場所: Merida, Mexico
  • 年月日: 20130826-20130831
• [学会発表] Importance of correctly removing the underground-conductivity effect in the gradient methods (2013)
  • 著者名/発表者名: Hideaki Kawano, Pilipenko, V. A., Mann, I. R., Milling, D. K.
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2013年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場, 千葉
  • 年月日: 20130519-20130524
• [学会発表] シータオーロラに付随する電離圏対流と沿磁力線電流：MHDモデリング (2013)
  • 著者名/発表者名: 渡辺正和，崎戸伸太郎，田中高史，品川裕之，村田健史
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2013年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場，千葉
  • 年月日: 20130519-20130524
• [学会発表] General circulation changes up to the mesopause during sudden warming events (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Hirooka, C. Iida, N. Eguchi
  • 学会等名: Joint DynVar/SNAP Workshop
  • 発表場所: Reading, UK
  • 年月日: 20130424-20130426
• [学会発表] Observed circulation changes associated with sudden warming events up to the mesopause level
  • 著者名/発表者名: T. Hirooka, T. Ohata, C. Iida, N. Eguchi
  • 学会等名: SPARC General Assembly
  • 発表場所: Queenstown, New Zealand