確率差分方程式を用いた柔軟なモデルによる電磁波動情報からの磁気圏構造の再構築

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13750344
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 笠原 禎也 京都大学, 情報学研究科, 助手 (50243051)
• Keywords: 確率差分方程式 / VLF電磁波動 / 科学衛星 / 逆問題 / 磁気圏電子密度分布 / レイトレイシング / 宇宙プラズマ / トモグラフィ

Research Abstract

磁気圏に存在するVLF電磁波動の伝搬特性は,電波源から観測点に至る伝搬路上のプラズマ環境に大きく依存するため,波動の特性から逆に伝搬媒質である宇宙プラズマのグローバル構造が推定できる.本研究課題では,あけぼの衛星で観測されるオメガ信号の伝搬特性と,レイトレイシングによるVLF電磁波動の伝搬特性の理論計算を比較し,地球プラズマ圏の電子密度分布を求める逆問題解法の開発を行なった.特に今年度は確率差分方程式を用いた柔軟な電子密度分布モデルを導入し,以下の手順で既存の波動のステレオ解析システムヘの組み込みと疑似データを用いた求解アルゴリズムの妥当性の検証を中心に研究を進めた.
1.確率差分方程式を用いた磁気圏内電子密度分布モデルの導入
プラズマ圏内の電子密度分布の推定にはまず電子密度分布をモデル化する必要がある.本研究では地球の磁力線方向の電子密度プロファイルは拡散平衡モデル,異なる磁力線間の電子密度変化は,滑らかさτで変動する確率差分方程式で表されるモデルを仮定し,カルマンフィルタを利用して,観測データ(出力)から外部入力(τ)が正しく推定できることを確認した.
2.疑似データを用いたアルゴリズムの検証・性能評価
既知の磁気圏電子密度分布を与えて,衛星軌道に沿った電子密度・温度と,レイトレイシングで求めた波動の伝搬方向・伝搬遅延の疑似観測データから,逆に電子密度分布が同手法で再構築できることを確認した.さらにあけぼの衛星で観測した実データを用いて,観測データからの電子密度プロファイルが原理的に推定可能であることを示した.

Research Products

• [Publications] Iwane Kimura: "Determination of Global Plasmaspheric Electron Density Profile by Tomographic Approach Using Omega Signals and Ray Tracing"J. Atmos. Terr. Phys.. 63(11). 1157-1170 (2001)
• [Publications] Yoshiya Kasahara: "ELF/VLF Wave Correlated with Transversely Accelerated Ions in the Auroral Region Observed by Akebono"J. Geophys. Res.. 106(19). 21,123-21,136 (2001)
• [Publications] Yoshiya Kasahara: "Type III Solar Radio Bursts in Inhomogeneous Interplanetary Space Observed by GEOTAIL"Radio Science. 36(6). 1701-1711 (2001)
• [Publications] Yoshiya Kasahara: "Computational Analysis of Plasma Waves and Particles in the Auroral Region Observed by Scientific Satellite"Progress in Discovery Science, Lecture Notes in Computer Science. (印刷中). (2002)
• [Publications] Yoshitaka Goto: "A Flexible Modeling of Global Plasma Profile Deduced from Wave Data"Progress in Discovery Science, Lecture Notes in Computer Science. (印刷中). (2002)