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2014 年度 実施状況報告書

データ同化による内部磁気圏の動的描像の解析

研究課題

研究課題/領域番号 24740334
研究機関統計数理研究所

研究代表者

中野 慎也  統計数理研究所, 大学共同利用機関等の部局等, 助教 (40378576)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2016-03-31
キーワードデータ同化 / プラズマ圏 / リングカレント / 磁気圏 / 国際情報交換(米国)
研究実績の概要

当初平成26年度は,リングカレント-プラズマ圏統合モデルへのデータ同化システムの開発を進める予定であった.しかし,近年の地上観測データの充実などの状況を踏まえ,当初考えていた高速中性粒子データや極端紫外光画像データなどの人工衛星からの撮像データだけでなく,地上のグローバル観測のデータを活用することを検討することにし,その検討作業を行った.特に本研究で対象としているプラズマ圏やリングカレントの振る舞いは,グローバルな対流電場パターンに強く支配されているため,地上観測から電場の情報を得ることを目指して以下のような検討を行った.
まず,オーロラの高時間分解能地上観測データから観測点周辺の電場の情報を抽出できるかどうかについて検討を行った.オーロラの動きがプラズマドリフトによって駆動されるとすれば,その動きの情報が抽出できれば電場の情報も取り出せることになる.そこで,オーロラの大域的な動きをオプティカルフローを計算することによって数値化し,周辺の電場を推定する手法の開発に着手した.
また,グローバルな対流電場分布の情報を得るために構築されたHFレーダー網であるSuperDARNのデータの活用についても検討に着手した.SuperDARNデータから対流電場分布を推定する既存手法は,エコーがない場所の補間の性能に問題があるという指摘もあるため,クリギングなどの空間統計学的手法を用いて補間方法自体を見直すことを検討する一方,レーダーから得られる視線方向速度のデータを直接モデルに取り込むことも検討している.
一方,平成25年度に開発した,プラズマ圏の磁力線上の密度分布を決めるパラメータを一定時間の極端紫外光画像データから推定する手法などのついての論文,高速中性粒子データや極端紫外光画像データのようにノイズがガウス分布に従わないデータを同化するための手法を提案した論文を発表した.

現在までの達成度 (区分)
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

リングカレント-プラズマ圏統合モデルに基づくデータ同化システムの開発に関しては,当初の予定していたほどには進めることができなかった.しかし,オーロラ画像データやHFレーダー網のデータのような地上多点観測データの活用を検討するなど,新しいデータを活用できるようにするための準備を進めており,計画の達成に向けては着実に進展していると考えている.

今後の研究の推進方策

計画の最終年度となるので,アンサンブル変換カルマンフィルタの実装を完了させ,リングカレント-プラズマ圏統合モデルへのデータ同化システムを完成させることに注力したい.また,平成26年度に検討を行った地上観測データの活用も進めながら,データ同化システムの性能の向上を図っていきたい.

次年度使用額が生じた理由

共同研究者と共同で開発する部分を進めるために米国滞在を計画しており,そのために予算を確保していたが,互いの都合が合わず,平成27年度に訪問することになったため.

次年度使用額の使用計画

データ同化システム開発を進めるために,共同研究者の所属するジョンズ・ホプキンス大学応用物理学研究所,NASAゴダード宇宙航空センターを訪問することを計画しており,主としてそのための旅費,滞在費に充てる予定である.

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (6件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Formation of the oxygen torus in the inner magnetosphere: Van Allen Probes observations2015

    • 著者名/発表者名
      M. Nose, S. Oimatsu, K. Keika, C. A. Kletzing, W. S. Kurth, S. De Pascuale, C. W. Smith, R. J. MacDowall, S. Nakano, G. D. Reeves, H. E. Spence, and B. A. Larsen
    • 雑誌名

      Journal of Geophysical Research

      巻: 120 ページ: 1182-1196

    • DOI

      10.1002/2014JA020593

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Hybrid algorithm of ensemble transform and importance sampling for assimilation of non-Gaussian observations2014

    • 著者名/発表者名
      S. Nakano
    • 雑誌名

      Tellus A

      巻: 66 ページ: 21429

    • DOI

      10.3402/tellusa.v66.21429

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Estimation of the helium ion density distribution in the plasmasphere based on a single IMAGE/EUV image2014

    • 著者名/発表者名
      S. Nakano, M.-C. Fok, P. C. Brandt, and T. Higuchi
    • 雑誌名

      Journal of Geophysical Research

      巻: 119 ページ: 3724-3740

    • DOI

      10.1002/2013JA019733

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Estimation of temporal evolution of the helium plasmasphere based on a sequence of IMAGE/EUV images2014

    • 著者名/発表者名
      S. Nakano, M.-C. Fok, P. C. Brandt, and T. Higuchi
    • 雑誌名

      Journal of Geophysical Research

      巻: 119 ページ: 3708-3723

    • DOI

      10.1002/2013JA019734

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 地球科学におけるシミュレーションとビッグデータ ─データ同化とエミュレーション─2014

    • 著者名/発表者名
      中野慎也,樋口知之
    • 雑誌名

      電子情報通信学会誌

      巻: 97 ページ: 869-875

  • [学会発表] Two formulae of the marginal likelihood for parameter estimation using the ensemble Kalman filter2015

    • 著者名/発表者名
      S. Nakano
    • 学会等名
      The 4th International Symposium on Data Assimilation
    • 発表場所
      神戸市
    • 年月日
      2015-02-23 – 2015-02-26
  • [学会発表] Estimating the latitudinal dependence of plasmaspheric helium ion density based on data assimilation of the IMAGE/EUV data2014

    • 著者名/発表者名
      中野慎也, M.-C. Fok, P. C. Brandt, 樋口知之
    • 学会等名
      第136回 地球電磁気・地球惑星圏学会講演会
    • 発表場所
      松本市
    • 年月日
      2014-10-31 – 2014-11-03
  • [学会発表] Temporal evolution of helium ion density distribution estimated by assimilation of IMAGE/EUV data into a plasmasphere model2014

    • 著者名/発表者名
      S. Nakano, M.-C. Fok, P. C. Brandt, and T. Higuchi
    • 学会等名
      AOGS 11th Annual Meeting
    • 発表場所
      札幌市
    • 年月日
      2014-07-28 – 2014-08-01
  • [学会発表] Application of data assimilation approach to space physics2014

    • 著者名/発表者名
      S. Nakano
    • 学会等名
      The 23rd South Taiwan Statistics Conference and 2014 Chinese Institute of Probability and Statistics Annual Meeting
    • 発表場所
      台湾・花蓮市
    • 年月日
      2014-06-27
  • [学会発表] Data assimilation for estimating system dynamics in geosciences2014

    • 著者名/発表者名
      S. Nakano
    • 学会等名
      Workshop on data mining in neuroscience
    • 発表場所
      東京都千代田区
    • 年月日
      2014-05-29
    • 招待講演
  • [学会発表] Inversion method for estimating the helium ion density distribution in the plasmasphere based on IMAGE/EUV data2014

    • 著者名/発表者名
      中野慎也, M.-C. Fok, P. C. Brandt, 樋口知之
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2014年大会
    • 発表場所
      横浜市
    • 年月日
      2014-04-28 – 2014-05-02

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公開日: 2016-06-01  

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