2021 Fiscal Year Research-status Report
多様なダストストームを通した火星上層大気への効率的物質輸送過程の研究
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20K04044
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| Research Institution | Kyoto Sangyo University |
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Principal Investigator |
小郷原 一智 京都産業大学, 理学部, 准教授 (50644853)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 火星 / ダストストーム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
火星のダストストームのメカニズムは，ダストストームごとに全く異なることが近年の観測によって示唆された．それに伴い，水蒸気やダストの鉛直輸送量もダストストームによって異なることが予想さる．本研究は，形状や模様などの外見的特徴をもとに火星ダストストームを数種類に分類し，その種類ごとにダストストームの背景にある大気現象を特定する初の研究である．
1年目は，ダストストームを検出し外見的特徴に基づいて分類する計画であった．深層学習を用いたダストストーム領域分割手法（Gichu and Ogohara 2019; Ogohara and Gichu, 2022）を用いて，探査機Mars Global Surveyor(MGS)が1999年から2005年までに観測した2地点（Arcadia Planitia西部，およびHellas Basin）の火星画像からダストストームを抽出した．Kulowski et al. (2017)が報告しているダストストームの季節変化と整合的な検出結果であった．
2年目は新しい火星再解析データセットEMARSを利用しやすい座標系に変換し，1年目に抽出したダストストームが発生した日時に典型的な大気環境を特定した．少なくともArcadia Planitiaにおけるダストストームは，当該地域が地上の低気圧および南風領域の南端に位置するときに発生する傾向にある．7日周期および2日周期の傾圧擾乱が顕著な地域ではあるが，どちらかと言えば後者に伴って発生しているように見える．しかし，2日周期の擾乱が重要であるならば，ダストストームの観測が1日に1回しかないことは明らかに時間分解能不足であり，ダストストーム発生日時の合成図平均が2日周期擾乱の低気圧を示しているのであれば，ダストストームの真の発生日時は，低気圧の東側半波長分の通過時刻のどこかと言うことになる．
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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
ダストストームの発生のカギとなると考えられる現象が2日周期である可能性がある．しかし，1日1回の観測頻度はもはや変わらないので，同緯度の別地域でもダストストームの自動検出からやり直し，サンプル数を増やすことで信頼性を高める必要がある．このような場合には，深層学習を用いてダストストーム検出を自動化しておいた効果が絶大である．一方で，最終的に行うことになっている数値シミュレーションに用いるモデルは，すでに使用準備が整っている．明らかになったような観測頻度の不足を数値計算によって補うのはデータ解析と数値計算の相乗効果と言え，注目地域を同緯度で増やすことにより，火星中緯度のダストストーム発生機構の統一的な理解につながる可能性がある．以上の理由により，おおむね順調に推移していると言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
Arcadia Planitia西部，およびAcidalia Planitiaを対象に火星北半球中緯度のダストストーム発生機構を特定する．すでにArcadia Planitiaにおいてダストストーム発生時に典型的な大気環境が示唆されているので，Acidalia Planitiaのサンプルを増やすことで，観測頻度の不足を可能な限りサンプル数で補う．火星中緯度の傾圧波動の数値計算をT84程度の空間分解能で行うことで，観測されたダストストームが，前線などの現象に伴う地表付近の強風に伴うものなのか，上空に寒気が流入することで発生しやすくなる強い対流に伴うものなのか，見当をつける．その結果に基づいて適切なタイミングでダストを地表から人為的に放出することで，ダストの鉛直輸送メカニズムやその輸送量を見積もる．
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| Causes of Carryover |
米国に数週間滞在し，ダストストームの目視検出を行ってきた他のグループと議論するつもりであったが，COVID-19の影響により中止した．購入予定であった数値計算用のワークステーションに一部流用した．長期にわたる滞在は令和4年度も困難だと考えられるので，残りは令和4年度に予定されている（COVID-19により延期されていたが，このほど開催されることになった）国際研究会の旅費に当てる．
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