2021 Fiscal Year Final Research Report

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

Research Project

PDF

Project/Area Number	17H02968
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Research Field	Space and upper atmospheric physics
Research Institution	Nagoya University
Principal Investigator	Nozawa Satonori 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	北極域上部中間圏 / 北極域下部熱圏 / 大気結合 / ナトリウムライダー / フォトメータ / EISCAT / トロムソ / オーロラ
Outline of Final Research Achievements	We conducted observational studies of the upper mesosphere and lower thermosphere which is the transient region between the earth atmosphere and the space with the multi-beam lidar, EISCAT radars, a photometer, a millimeter-wave spectrometer, and a digital camera operated at Tromsoe (69.6 deg N, 19.2 deg E). A new receiver system utilizing a 60 cm telescope was developed and installed into the multi-beam lidar: this addition enabled us to observe temperature, wind velocity, and sodium density with 3 times higher signals along the vertical direction. We obtained new findings based on (1) a detailed investigation of the formation of an additional sodium density peak at altitudes of 79-85 km below the main peak of the sodium layer by using sodium lidar and all-sky imager (OH) data, (2) an investigation of 630 nm emission timing by using photometer and spectrograph data, and (3) an investigation of change of the turbopause altitude over 25 years from 1996 to 2021 by using MF radar data.
Free Research Field	超高層大気物理学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	地球大気と宇宙を繋ぐ遷移領域である、北極域中間圏・下部熱圏（高度70-120 km）における大気変動、大気波動の影響、微量原子密度変動、乱流圏界面高度の長期変動に関する新たな知見を得た。5波長フォトメータによる沿磁力線方向観測を実現し、オーロラ発光（波長630 nm）問題に関する知見を増した。これらは、人類の宇宙進出や、太陽風エネルギー流入による地球環境変動の理解につながる研究成果である。