2022 Fiscal Year Research-status Report
オーロラ嵐時の電離圏全球電場構造・電流クロージャー形成の解明
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22K03707
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| Research Institution | National Institute of Information and Communications Technology |
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Principal Investigator |
中溝 葵 国立研究開発法人情報通信研究機構, 電磁波研究所電磁波伝搬研究センター, 主任研究員 (90437757)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
Ohtani Shinichi 九州大学, 国際宇宙惑星環境研究センター, 客員教授 (20778641)
吉川 顕正 九州大学, 国際宇宙惑星環境研究センター, 教授 (70284479)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 電離圏Hall分極効果 / 電離圏伝導度非一様性 / 電離圏電場構造 / 電離圏電流パターン / 磁気圏電離圏結合 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、「電離圏全球モデルによる数値計算」「超多点地上観測データ解析」「電離圏分極効果理論」により、オーロラ嵐発生時の電離圏電場構造・電流経路の全容およびその形成メカニズムを解明することを目的とする。手法としては、「大規模沿磁力線電流（FAC）・電離圏背景伝導度（日照依存成分）・オーロラ嵐FAC・オーロラ帯伝導度（オーロラ嵐発生により増強する成分）」という複数自由度において、数値計算と観測データの解析をとおし、自由度ペア毎の電離圏電場・電流パターンを調査、さらに電離圏モデルに分極場分離法を適用し、自由度ペア毎に伝導度分布・電場内訳(1次,2次場)・電流内訳(1次,2次のHall, Pedersen電流)を解析し、全球にわたる電場再構成と電流連結を明らかにし、普遍的なメカニズムを解明しようとするものである。
「進捗状況」で述べる数値計算により、オーロラ嵐時の電離圏電場構造・電流経路は、背景伝導度の分布（季節）、オーロラFACの流出入の位置（オーロラ嵐の発生開始位置）に関わらず、理論的に予測される「ある特徴的のパターン」が顕れることが明らかとなった。この結果は、背景状況にかかわらず、電離圏Hall分極効果が電離圏電場・電流構造を大きくコントロールしていることを強く示すものである。また、開発中の地上磁場変動導出機能は、レーダー観測による電場データより密にデータが得られる地上磁場観測データと、数値計算結果の直接的比較を可能とするもので、数値計算と理論の検証・実証を前進させるものである。
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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
数値計算においては、まず観測データ解析との比較のベースとなる電離圏電場・電流全休パターンを作成するため、大規模FACは朝夕対称分布とし、3パターン（冬至・夏至・春分秋分）の背景伝導度、3パターン（真夜中を中心として対称的な分布・真夜中前に偏った分布・真夜中後に偏った分布）のオーロラFACの組み合わせで、数値計算を実施した。オーロラ帯伝導度は、分布はオーロラFACに連動させ、強度は3パターンとも同強度とした。また、地上磁場観測データとの直接的比較を行うため地上磁場変動導出機能の開発に着手した。
観測データ解析においては、約23年分の超多点地上磁場データを調査し、オーロラ嵐発生のイベントリストを作成している。さらに一部のイベントについて、地上磁場データおよびレーダ観測による電場データの解析により、オーロラ帯から中緯度にかけての電場・電流構造の調査を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
観測データ解析について：2022年度に作成したオーロラ嵐イベントリストから、冬・夏・春秋それぞれの季節について（日照に依存する電離圏背景伝導度分布に対応）、「大規模FAC」、およびそれに対する「オーロラ嵐FAC」の分布の代表的なパターンを選出し、それぞれのイベント時の電場・地上磁場データの解析を実施、以下に述べる数値計算結果との比較を行う。
数値計算について：観測データ解析で同定された「大規模FAC」および「オーロラ嵐FAC」の分布と強度を実際の数値計算の入力とし、電場・電流構造を算出する。オーロラ伝導度については、分布はオーロラFACと連動させ、強度を複数パターンに分けて実施する。結果を観測データ解析と比較し合致・非合致を調査するとともに、「分極場分離法」を適用し、電場内訳(1次,2次場)・電流内訳(1次,2次のHall, Pedersen電流)を導出することにより、構造形成の背景を調査する。
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| Causes of Carryover |
主な使途として高性能な計算機の購入を計画していたが、性能対費用効果がよい機種が無くなっており、代替として、既設の計算機、および最先端チップ搭載のノート型PC（新規購入）を併せて使用することとした。当該PCの価格が計画額を下回ったこと、および研究分担者の出張等がCOVID-19の状況により差し控えられたことから、次年度使用額が生じた。
2023年度助成金を合わせた使用計画としては、大きなものとして、招待講演を行うための国際会議出張旅費などを計画している。
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[Journal Article] New Insights into the Substorm Initiation Sequence from the Spatio-temporal Development of Auroral Electrojets2022
Author(s)
Ohtani, S., Motoba, T., Gjerloev, J. W., Frey, H. U., Mann, I. R., Chi, P. J., & Korth, H.
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Journal Title
Journal of Geophysical Research: Space Physics
Volume: 127
Pages: e2021JA030114
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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