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2015 年度 実施状況報告書

電離圏リアルタイム3次元トモグラフィーへの挑戦

研究課題

研究課題/領域番号 26630182
研究機関京都大学

研究代表者

山本 衛  京都大学, 生存圏研究所, 教授 (20210560)

研究分担者 齊藤 昭則  京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (10311739)
齋藤 享  国立研究開発法人電子航法研究所, 航法システム領域, 主幹研究員 (40392716)
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワード電離圏全電子数 / 3次元トモグラフィー / 電離圏構造 / GPS観測網 / リアルタイムモニタ
研究実績の概要

GPS衛星からの測位電波を利用して電離圏全電子数(Total Electron Content; TEC)が計測できる、GPS-TECと呼ばれる計測技術がある。本課題では、国土地理院が全国1200点以上に展開しているGPS観測網GEONETのデータを用いた3次元トモグラフィー解析を用いて、わが国上空の電離圏電子密度の3次元モニタリングの実現を目指す。本研究の課題は以下の3点である。
課題1「3次元トモグラフィー解析手法の熟成」自動トモグラフィー解析の安定性向上と高速化をはかる。課題2「3次元電離圏構造のデータベース化」1997年から現在まで蓄積されてきたGPS-TECデータをすべてトモグラフィー解析することで、約11年周期を示す太陽活動度に対する電離圏変動などの研究を可能にする。課題3「電離圏3次元リアルタイム・モニタリング」GEONETから得られるGPS-TECの1秒値を用いたリアルタイムシステムを構築し公開する。
平成27年度には以下の研究を実施した。(1)課題1についてPython言語に移植された拘束付き最小二乗法によるトモグラフィー解析プログラムの安定度の向上に取り組んだ。さらにトモグラフィー解析の前段階として必要となる、GPS衛星と受信機のバイアス推定プログラムの開発に取り組み、疎行列ルーチンの利用によって従来プログラムに比して計算時間を大幅に削減することに成功した。(2)この成果をもとに課題3のリアルタイムシステムの開発に取り組んだ。電子航法研究所では、GEONETの内の全国200点から1秒値を得ている。これを利用することとし、15分ごとにトモグラフィー解析結果を得ることを目標とした。(1)による計算時間の削減の結果、データ取得からトモグラフィー解析までの処理時間を10分間以下とすることに成功し、15分ごとに解析するという目標が達成された。電子航法研究所に整備した専用計算機を用いて、年度末にリアルタイムサービスを開始した。

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

平成27年度中に課題1と課題3を終えてリアルタイムサービスの開始にこぎつけることができた。備考に示すURLからデータサービスを開始している。本課題に関連して、拘束付き最小二乗法によるトモグラフィー解析によって、波長が数100kmである中規模電離圏擾乱が解像可能であることが示された(Chen et al., 2016)。また台湾のVHFレーダーと與邦国島に設置された大気光イメージャを用いて、中規模電離圏擾乱の空間構造の研究が行われた(Lin et al., 2016)。

今後の研究の推進方策

今後はリアルタイム・トモグラフィー解析プログラムを既存データの解析に転用することで、課題2に取り組んでいく。膨大なデータ処理に対応するため、データ解析専用の計算機の整備等が必要である。

次年度使用額が生じた理由

課題1で取り組んだトモグラフィー解析の大幅な高速化により、リアルタイムシステムのための計算機として通常のパーソナルコンピュータを使用することが可能となり、結果として経費を節約することとなったため。

次年度使用額の使用計画

課題2の膨大なデータ処理を短時間に集中的に実施するため、高速な専用計算機が必要であるため整備する。またリアルタイムサービスで3次元データを効率よく表示するためのwebシステムの整備にも取り組んでいく。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 2件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 2件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] National Chen-Kung University(台湾)

    • 国名
      その他の国・地域
    • 外国機関名
      National Chen-Kung University
  • [国際共同研究] Indian Institute of Geomagnetism(インド)

    • 国名
      インド
    • 外国機関名
      Indian Institute of Geomagnetism
  • [雑誌論文] Medium-scale traveling ionospheric disturbances by three dimenional ionospheric GPS tomography2016

    • 著者名/発表者名
      C. H. Chen, A. Saito, C. H. Lin, M. Yamamoto, S. Suzuki, and G. K. Seemala
    • 雑誌名

      Earth Planet Space

      巻: 68 ページ: 32

    • DOI

      10.1186/s40623-016-0412-6

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Coordinated observations of F region 3-m field-aligned plasma irregularities associated with medium-scale travelling ionospheric disturbances2016

    • 著者名/発表者名
      F. F. Lin, C. Y. Wang, K. Shiokawa, S. Saito, and Y. H. Chu
    • 雑誌名

      J. Geophys. Res.

      巻: 121 ページ: 印刷中

    • DOI

      doi: 10.1002/2016JA022511

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] GEONETリアルタイムデータに基づく電離圏トモグラフィ・システムの開発2016

    • 著者名/発表者名
      山本衛, 鈴木翔太, 斎藤享, 斎藤昭則, Chia-Hung Chen
    • 学会等名
      第29回大気圏シンポジウム
    • 発表場所
      宇宙科学研究所
    • 年月日
      2016-03-07 – 2016-03-08
  • [学会発表] Development of real-time GPS-TEC monitoring system incorporating ionospheric 3D tomography over Japan2015

    • 著者名/発表者名
      Shota Suzuki, Suzumu Saito, Akinori Saito, Chen Chieh-hung, Gopi Seemala, Mamoru Yamamoto
    • 学会等名
      International Reference Ionosphere 2015 Workshop
    • 発表場所
      Bangkok, Thailand
    • 年月日
      2015-11-09 – 2015-11-13
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of realtime 3D tomography of the ionosphere from GPS-TEC in Japan2015

    • 著者名/発表者名
      Mamoru Yamamoto, Shota Suzuki, Susumu Saito, Chia-Hung Chen, Gopi Seemala, Akinori Saito
    • 学会等名
      14th International Symposium on Equatorial Aeronomy
    • 発表場所
      Bahir Dar, Ethiopia
    • 年月日
      2015-10-19 – 2015-10-23
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of real-time three-dimensional GPS-TEC tomography2015

    • 著者名/発表者名
      SUZUKI, Shota, YAMAMOTO Mamoru, CHEN Chieh-hung, SAITO Susumu, SEEMALA Gopi
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2015年大会
    • 発表場所
      幕張メッセ国際会議場
    • 年月日
      2015-05-24 – 2015-05-29
  • [備考] Real-Time 3-D Ionospheric Tomography data page.

    • URL

      http://www.enri.go.jp/cnspub/tomo3/

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公開日: 2017-01-06   更新日: 2022-02-28  

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