2017 Fiscal Year Annual Research Report
あかつき・地上観測と数値モデリングの連携による金星大気力学の研究
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16H02225
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| Research Institution | Tokyo Gakugei University |
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Principal Investigator |
松田 佳久 東京学芸大学, 教育学部, 研究員 (60134772)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高木 征弘 京都産業大学, 理学部, 准教授 (00323494)
杉本 憲彦 慶應義塾大学, 法学部(日吉), 准教授 (10402538)
佐川 英夫 京都産業大学, 理学部, 准教授 (40526034)
神山 徹 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 主任研究員 (40645876)
樫村 博基 神戸大学, 理学研究科, 特命助教 (80635186)
関口 美保 東京海洋大学, 学術研究院, 准教授 (00377079)
安藤 紘基 京都産業大学, 理学部, 研究員 (00706335)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 金星大気 / スーパーローテーション / 金星探査機あかつき |
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| Outline of Annual Research Achievements |
数値モデルの開発を進め，金星探査機「あかつき」のIR2カメラが捉えた雲の濃淡が作る惑星規模ストリーク構造を，高解像度シミュレーションで再現することに成功した。結果を詳細に解析した結果，この惑星規模のストリーク構造は傾圧不安定波と波数1の赤道ロスビー波の位相の南北方向の傾きによって説明できることが示された。温暖な極域大気中に見られる非軸対称な擾乱の構造を Venus Express およびあかつきの電波掩蔽観測データによって見出した。金星大気大循環モデルを利用してその構造を再現した結果，この擾乱は極域の順圧不安定によって励起される順圧ロスビー波と解釈できることを示した。あかつきや地上望遠鏡による観測データを最大限に活用するため，地球気象での発展が目覚ましい局所アンサンブルカルマンフィルタを用いたデータ同化プログラムの開発を行い，世界で初めて金星大気大循環モデルに実装した。さらに，Venus Express の雲追跡画像から導出した風速を同化することにより，開発したデータ同化システムの有用性を示した。あかつき LIR/UVI カメラによって発見された金星雲頂上高度に現れた定在波構造が，主に金星低緯度に位置する4つの高地上空に繰り返し発生すること，しかもそれが各地域の夕方に限られることを LIR カメラデータの解析から明らかにした。定在波構造の地形・地方時依存性を解明するため，金星大気大循環モデルを用いた研究も進行中である。地上サブミリ波望遠鏡で観測された金星大気中のCO吸収線のドップラーシフトを解析し，雲層より上空での全球的な大気循環の様子を可視化した。その結果は，従来の先行観測研究で行なわれていたような西向帯状流と昼夜間循環の機械的な結合モデルでは説明できない一方で，重力波の鉛直伝播を考慮した最近の金星大気上層GCMで得られる風速場と定性的に一致していることが分かった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
あかつきや Venus Express および地上望遠鏡による観測データを解析することにより，惑星規模の定在波や極域の温度擾乱，雲層下部の雲のストリーク構造など，これまで知られていなかった新規な大気現象を発見した。さらに，大気大循環モデルを利用した数値シミュレーション結果を解析することにより，こうした大気現象の力学的な生成メカニズムおよび大気大循環に与える力学的な効果を明らかにした。雲物理モデルの開発および大気大循環モデルへの組み込みも順調に進み，現在研究成果を研究雑誌に投稿する準備を行っている。一方で，大気大循環モデルに組み込む放射輸送モデルの開発が若干遅れている。現在，大気微量成分と硫酸雲を含む吸収係数の評価と，ラインバイライン計算による放射フラックスの検討がほぼ完了した段階である。観測された温度分布を仮定した評価計算によると，大気上端からの OLR は金星が吸収する太陽エネルギーとほぼ一致している。
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| Strategy for Future Research Activity |
放射輸送モデルの開発および大気大循環モデルへの組み込みを急ぐ。高解像度数値シミュレーション結果を解析し，エネルギースペクトルに関する研究を進める。金星探査機あかつきが現在取得しつつある，高解像度・高頻度の観測データに対して本データ同化システムを適用するため，観測のインパクトを評価する Ensemble Forecast Sensitivity to Observations (EFSO) 技術をデータ同化システムに実装し，予備実験を行う。LIR 観測データからは4金星年分の期間にわたって熱潮汐構造が昼・夜両半球においてとらえられており，その空間構造の特性（位相や振幅），顕著な時間変化の有無を調べることで，データ解析の側面から熱潮汐波の大気加速への寄与を定量的に評価する。データ解析から得られた知見をもとに，データ同化に有効な形でのあかつき観測計画提案に参加し，あかつきデータを用いた金星大気データ同化を実現する。上層大気の大気循環に関して GCM 数値実験との定量的な比較を進め，その時間・空間変動性に関する物理的な考察を深める。また，新規観測データ取得のため，2018年10月に金星が内合となる時期の前後に，IRTF 赤外望遠鏡および JCMT サブミリ波望遠鏡を利用した分光観測を実施する。観測的・理論数値的な研究結果を総合し，波と平均流（スーパーローテーション）の相互作用に関する考察を深め，スーパーローテーションの生成・維持メカニズムの解明に向けた研究を進める。
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Research Products
(32 results)
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[Journal Article] Equatorial jet in the lower to middle cloud layer of Venus revealed by Akatsuki2017
Author(s)
Horinouchi Takeshi、Murakami Shin-ya、Satoh Takehiko、Peralta Javier、Ogohara Kazunori、Kouyama Toru、Imamura Takeshi、Kashimura Hiroki、Limaye Sanjay S.、McGouldrick Kevin、Nakamura Masato、Sato Takao M.、Sugiyama Ko-ichiro、Takagi Masahiro、Watanabe Shigeto、Yamada Manabu、Yamazaki Atsushi、Young Eliot F.
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Journal Title
Nature Geoscience
Volume: 10
Pages: 646～651
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] Planetary-scale streak structures produced in a high-resolution simulation of Venus atmosphere2017
Author(s)
Kashimura, H., N. Sugimoto, M. Takagi, Y. Matsuda, W. Ohfuchi, T. Enomoto, K. Nakajima, M. Ishiwatari, T. M. Sato, G. L. Hashimoto, T. Satoh, Y. O. Takahashi, and Y.-Y. Hayashi
Organizer
European Planetary Science Congress 2017
Int'l Joint Research
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[Presentation] Planetary-scale streak structures produced in a high-resolution simulation of Venus atmosphere2017
Author(s)
Kashimura, H., N. Sugimoto, M. Takagi, Y. Matsuda, W. Ohfuchi, T. Enomoto, K. Nakajima, M. Ishiwatari, T. M. Sato, G. L. Hashimoto, T. Satoh, Y. O. Takahashi, and Y.-Y. Hayashi
Organizer
JpGU-AGU joint meeting 2017
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] 高解像度金星大気シミュレーションで再現された惑星規模のストリーク構造2017
Author(s)
樫村博基, 杉本憲彦, 高木征弘, 松田佳久, 大淵済, 榎本剛, 中島健介, 石渡正樹, 佐藤隆雄, はしもとじょーじ, 佐藤毅彦, 高橋芳幸, 林祥介
Organizer
日本気象学会2017年度秋季大会
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[Presentation] 高解像度金星大気シミュレーションで再現された惑星規模のストリーク構造2017
Author(s)
樫村博基, 杉本憲彦, 高木征弘, 松田佳久, 大淵済, 榎本剛, 中島健介, 石渡正樹, 佐藤隆雄, はしもとじょーじ, 佐藤毅彦, 高橋芳幸, 林祥介
Organizer
第142回地球電磁気・地球惑星圏学会総会・講演会
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[Presentation] 高解像度金星大気シミュレーションで再現された惑星規模のストリーク構造2017
Author(s)
樫村博基, 杉本憲彦, 高木征弘, 松田佳久, 大淵済, 榎本剛, 中島健介, 石渡正樹, 佐藤隆雄, はしもとじょーじ, 佐藤毅彦, 高橋芳幸, 林祥介
Organizer
日本惑星科学会2017年秋季講演会
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[Presentation] Frequent appearance of large stationary gravity waves in Venus atmosphere2017
Author(s)
Kouyama, T.,T. Imamura, M. Taguchi, T. Fukuhara, T. M. Sato, G. L. Hashimoto, M. Futaguchi, N. Iwagami, M. Suzuki, M. Ueno, M. Sato, S. Takagi, T. Satoh, M. Nakamura
Organizer
JpGU-AGU joint meeting 2017
Int'l Joint Research
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