Coupling between upper and middle atmosphere in the polar region using a multi-beam LIDAR and multiple instruments

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17H02968
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 野澤 悟徳 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 准教授 (60212130)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小川 泰信 国立極地研究所, 国際北極環境研究センター, 准教授 (00362210) ; 川原 琢也 信州大学, 学術研究院工学系, 准教授 (40273073) ; 藤原 均 成蹊大学, 理工学部, 教授 (50298741) ; 水野 亮 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 教授 (80212231) ; 堤 雅基 国立極地研究所, 研究教育系, 教授 (80280535) ; 斎藤 徳人 国立研究開発法人理化学研究所, 光量子工学研究センター, 上級研究員 (90333327) ; 津田 卓雄 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (90444421)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 鉛直風 / ナトリウムライダー / ナトリウム層 / 北極域下部熱圏 / 北極域上部中間圏 / 対流不安定 / シア不安定 / 半日大気潮汐波

Outline of Annual Research Achievements

2017年度から開発してきた口径60 cm望遠鏡を用いた新受信システムを2019年10月にノルウェー・トロムソ(北緯69.6度, 東経19.2度)にて運用されているナトリウム(Na)ライダーに導入した。観測プログラムを改良し、鉛直風の高精度観測を実現した。鉛直方向に関しては、これまでの4倍以上のS/N比でのデータ取得が実現した。10月に7晩の観測を実施したのち、12月7日から最大1日21時間連続観測を実施した。12月16日まで9晩の上部中間圏から下部熱圏（高度80-110 km）の3次元中性風速、Na密度、中性大気温度の観測データが取得できた。その後、レーザー不調のため観測が中断し、さらにコロナ禍に突入したため、それ以降の観測はできなかった。

Naライダーにより2010年10月から2019年12月までの10シーズンで得られた温度データ（354晩、3924時間）、および2012年10月から2019年12月に得られた風速データ（210晩、2068時間）を用いた上部中間圏(高度80-110 km)における対流不安定とシア不安定の統計研究を実施した。このような膨大な量の統計解析は、世界初である。ブラントバイサラ周波数(N)とリチャードソン数(Ri)を導出し、各晩での不安定発生確率を求めた。N^2<0のとき対流不安定、0=<Ri<1/4の時シア不安定となる。対流不安定の不安定確率は、3%から26%で変動し、平均値は12%、一方シア不安定の不安定確率は、6%から23%で変動し、平均値は14%であった。対流不安定の発生には、半日潮汐波と大気重力波（の砕波）が支配的であり、さらに高度94-100 kmではオーロラ活動が関係していることがわかった。シア不安定の発生には、半日潮汐波が支配的な役割を果たしていることがわかった。さらに、シア不安定の発生確率が太陽活動度依存性を示すことを発見した。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Formation of a bottomside secondary sodium layer associated with the passage of multiple mesospheric frontal systems (2021)
  • Author(s): Narayanan, V. L., S. Nozawa, S. Oyama, I. Mann, K. Shiokawa, Y. Otsuka, N. Saito, S. Wada, T. D. Kawahara, and T. Takahashi
  • Journal Title: Atm. Chem. Phys Volume: 21 Pages: 2343-2361
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] On the temporal evolution of turbopause altitude (2021)
  • Author(s): Hall, C.M., and S. Nozawa
  • Journal Title: Experimental Results Volume: 2 Pages: e17, 1-7
  • DOI: 10.1017/exp.2021.6
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Atmospheric tomography using the Nordic Meteor Radar Cluster and Chilean Observation Network De Meteor Radars: network details and 3DVAR retrieval (2021)
  • Author(s): Stober, G., A. Kozlovsky, A. Liu, Z. Qiao, M. Tsutsumi, C. Hall, S. Nozawa, M. Lester, E. Belova, J. Kero, P. J. Espy, R. E. Hibbins, and N. Mitchell
  • Journal Title: Atmospheric Measurement Techniques Volume: 14 Pages: 6509-6532
  • DOI: 10.5194/amt-14-6509-2021
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Development of low-cost multi-wavelength imager system for studies of aurora and airglow (2020)
  • Author(s): Ogawa Y.、Tanaka Y.、Kadokura A.、Hosokawa K.、Ebihara Y.、Motoba T.、Gustavsson B.、Br?ndstr?m U.、Sato Y.、Oyama S.、Ozaki M.、Raita T.、Sigernes F.、Nozawa S.、Shiokawa K.、Kosch M.、Kauristie K.、Hall C.、Suzuki S.、Miyoshi Y.、Gerrard A.、Miyaoka H.、Fujii R.
  • Journal Title: Polar Science Volume: 23 Pages: 100501～100501
  • DOI: 10.1016/j.polar.2019.100501
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Climatology of the main (24-h and 12-h) tides observed by meteor radars at Svalbard and Tromsoe: Comparison with the Models CMAM-DAS and WACCM-X (2020)
  • Author(s): Pancheva, D., P. Mukhtarov, C. Hall, C. Meek, M. Tsutsumi, N. Pedatella, S. Nozawa, and A. Manson
  • Journal Title: J. Atmos. Solar-Terr. Phys. Volume: 207 Pages: -
  • DOI: 10.1016/j.jastp.2020.105339
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Estimation of the emission altitude of pulsating aurora using the five-wavelength photometer (2020)
  • Author(s): Kawamura, Y., K. Hosokawa, S. Nozawa, Y. Ogawa, T. Kawabata, S. Oyama, Y. Miyoshi, S. Kurita, and R. Fujii
  • Journal Title: Earth, Planets and Space Volume: 72 Pages: 96
  • DOI: 10.1186/s40623-020-01229-8
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A belt-like distribution of gaseous hydrogen cyanide on Neptune’s equatorial stratosphere detected by ALMA (2020)
  • Author(s): Iino, T., H. Sagawa, T. Tsukagoshi, and S. Nozawa
  • Journal Title: Astrophysical Journal Letters Volume: 903 Pages: L1
  • DOI: 10.3847/2041-8213/abbb9a
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] OI 630.0 nm and N2 1PG emissions in pulsating aurora events observed by an optical spectrograph at Tromsoe, Norway (2020)
  • Author(s): Tsuda, T. T., C. Li, S. Hamada, K. Hosokawa, S. Oyama, S. Nozawa, T. Kawabata, A. Mizuno, J. Kurihara, T. Nishiyama, and M. J. Kosch
  • Journal Title: J. Geophys. Res. Volume: 125 Pages: -
  • DOI: 10.1029/2020JA028250
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Xia, Y., S. Nozawa, J. Jiao, J. Wang, F. Li, X. Cheng, Y. Yang, L. Du, and G. Yang, Statistical study on sporadic sodium layers (SSLs) based on diurnal sodium lidar observations at Beijing, China (40.5 degrees N,116 degrees E) (2020)
  • Author(s): Xia, Y., S. Nozawa, J. Jiao, J. Wang, F. Li, X. Cheng, Y. Yang, L. Du, and G. Yang
  • Journal Title: J. Atmos. Solar-Terr. Phys. Volume: 212 Pages: -
  • DOI: 10.1016/j.jastp.2020.105512
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] On the long-lasting "C-type" structures in the sodium lidargram: The lifetime of Kelvin-Helmholtz billows in the mesosphere and lower thermosphere region (2019)
  • Author(s): Mondal, S., S. Sarkhel, J. Agarwa, D. Chakrabarty, R. Sekar, T. Yuan, X. Cai, A. Lu, S. Nozawa, N. Saito, T. Kawahara, M. Mlynczak, J. Russell, III
  • Journal Title: J. Geophys. Res., Volume: 124 Pages: -
  • DOI: 10.1029/2019JA026630
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Special issue “Recent Advances in MSTand EISCAT/Ionospheric Studies - Special Issue of the Joint MST15 and EISCAT18 Meetings, May 2017” (2019)
  • Author(s): Yamamoto, M., W. K. Hocking, S. Nozawa, J. Vierinen, H. Liu, and N. Nishitani
  • Journal Title: Earth, Planets and Space Volume: 71 Pages: 99
  • DOI: 10.1186/s40623-019-1070-2
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] High-latitude thermospheric wind study using a Fabry-Perot interferometer at Tromso in Norway: averages and variations during quiet times (2019)
  • Author(s): Xu, H., K. Shiokawa, S. Oyama, and S. Nozawa
  • Journal Title: Earth, Planets and Space Volume: 71 Pages: 110
  • DOI: 10.1186/s40623-019-1093-8
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Atmospheric instabilities in the polar upper mesosphere (2021)
  • Author(s): Satonori Nozawa, Sakiho Maeda, Takuya Kawahara, Norihito Saito, Satoshi Wada, Takuo Tsuda, Toru Takahashi,Tetsuya Kawabata and Chris Hall
  • Organizer: JpGU2021
• [Presentation] Atmospheric instabilities in the polar upper mesosphere (2) (2021)
  • Author(s): Satonori Nozawa, Takuya Kawahara, Norihito Saito, Satoshi Wada, Takuo Tsuda,Tetsuya Kawabata and Chris Hall
  • Organizer: SGEPSS
• [Presentation] Study of atmospheric instabilities in the polar upper mesosphere between 80 and 105 km above Tromsoe (2021)
  • Author(s): Satonori Nozawa, Takuya Kawahara, Norihito Saito, Satoshi Wada, Takuo Tsuda, and Tetsuya Kawabata
  • Organizer: The 12th Symposium on Polar Science
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 地球熱圏・中間圏・電離圏の地上観測手法（EISCAT_3D・ライダー等） (2021)
  • Author(s): 野澤 悟徳
  • Organizer: 宇宙地球結合系における物理機構・素過程に関する統合的研究形態・体系の構築・推進
• [Presentation] ナトリウムライダーの今後の展望～EISCAT_3Dとの同時観測に向けて～ (2021)
  • Author(s): 野澤悟徳、斎藤徳人、川原琢也、津田卓雄、川端哲也
  • Organizer: EISCAT研究集会
• [Presentation] Statistical study of Sporadic Sodium Layers (SSLs) above Tromsoe (2) (2020)
  • Author(s): Satonori Nozawa, Takuo T. Tsuda, Norihito Saito, Takuya Kawahara, Satosi Wada, Yasunobu Ogawa, Hitoshi Fujiwara, Toru Takahashi, Tetsuya Kawabata, Chris Hall, Asgeir Brekke
  • Organizer: JpGU2020
• [Presentation] Statistical study of Sporadic Sodium Layers (SSLs) above Tromsoe (3) (2020)
  • Author(s): Satonori Nozawa, Takuo T. Tsuda, Norihito Saito, Takuya Kawahara, Satosi Wada, Yasunobu Ogawa, Hitoshi Fujiwara, Toru Takahashi, Tetsuya Kawabata, Chris Hall, Asgeir Brekke
  • Organizer: 第148回 SGEPSS総会および講演会
• [Presentation] Statistical study of Sporadic Sodium Layer (SSL) in the polar MLT region (2020)
  • Author(s): Satonori Nozawa, Takuo T. Tsuda, Norihito Saito, Takuya Kawahara, Satosi Wada, Yasunobu Ogaw, Hitoshi Fujiwara, Toru Takahashi, Tetsuya Kawabata, Chris Hall, and Asgeir Brekke
  • Organizer: The 11th Symposium on Polar Science
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Statistical study of Sporadic Sodium Layer (SSL) observed at Tromsoe (2019)
  • Author(s): Satonori Nozawa, Takuo T. Tsuda, Norihito Saito, Toru Takahashi, Takuya Kawahara, Yasunobu Ogawa, Hitoshi Fujiwara, Satoshi Wada, Ogawa Youhei, Chris Hall, and Asgeir Brekke
  • Organizer: JpGU2019
• [Presentation] Statistical study of Sporadic Sodium Layer (SSL) observed at the high latitude station at Tromsoe (2019)
  • Author(s): Satonori Nozawa, Takuo T. Tsuda, Norihito Saito, Toru Takahashi, Takuya Kawahara, Yasunobu Ogawa, Hitoshi Fujiwara, Satoshi Wada, Tetsuya Kawabata, Chris Hall, and Asgeir Brekke
  • Organizer: The 10th Symposium on Polar Science
  • Int'l Joint Research