平成28（2016）年度　一般研究２実施報告書

課題番号	28−共研−2010		分野分類			統計数理研究所内分野分類			a
						主要研究分野分類			4
研究課題名	国際宇宙ステーションからの水平方向及び鉛直方向の撮像観測データを用いた電離圏・中間圏トモグラフィー
フリガナ 代表者氏名	ウエノ ゲンタ 上野 玄太				ローマ字		Ueno Genta
所属機関	統計数理研究所
所属部局	モデリング研究系
職　　名	准教授
配分経費	研究費	40千円		旅　費		53千円		研究参加者数		6　人

研究目的と成果（経過）の概要

研究目的
　国際宇宙ステーションからの水平方向及び鉛直方向の撮像観測データを用いて電離圏・中間圏の３次元構造をトモグラフィーにより推定する事を目的とする。
　高度80kmから100kmにかけて広がる中間圏と、高度100km から1,000kmにかけて広がる電離圏・中間圏は地上からの遠隔観測としてライダー等の光学観測とGPSやMUレーダーなどの電波観測が行なわれているが、海陸分布や天候など観測条件が限定されるため時間的及び空間的に断続的な観測になっている、また１次元あるいは２次元の観測が多く、３次元的な観測は非常に限られている。
　これらに対して、2012年8月から2015年8月まで観測が行われた国際宇宙ステーションからの地球超高層大気撮像観測装置(ISS-IMAP)による遠隔観測は、全世界の中低緯度域を海陸分布等の影響を受けず、くまなく連続的に観測できるため、熱圏・電離圏で起こる現象の全体的な解明に有効である。さらに、ISS-IMAPによる天底方向を指向した観測を補うために、地球リム方向の宇宙飛行士による撮影であるA-IMAPミッションが2015年までに10回実施された。これらにより、鉛直方向の撮像データと、水平方向の撮像データを同時に得られており、このデータを用いて電離圏・中間圏の３次元構造を推定することを目的とする。

研究成果（経過）　
　本研究では、先行研究で開発した地上観測データ及び衛星データを用いた電離圏・プラズマ圏電子密度トモグラフィーの手法を応用して、この大気光の発光密度の３次元分布とその時間発展の推定を進めた。
　地球リム方向の宇宙飛行士による撮影であるA-IMAPミッションは、2014年から2015年までに10回の観測が実施された。この観測では可視光域の全波長域をRed、Green、Blueの３チャンネルで撮影している。観測視野は地球リム方向を指向し、地球面と地球リム上方の超高層大気の両領域が撮影されるようにした。これにより高度80-500kmの大気光及びオーロラ発光が測定されている。この測定は科学観測装置によって行われていないため、観測視線がどの方向は志向しているかはわかっていない。そこで測定された画像を元にその観測視線方向を推定するアルゴリズムの開発を行い、街明かりを用いたアルゴリズムにより観測視線方向及び観測時刻・位置を高精度に推定することに成功した。また大気光の発光輝線に対するRGBチャンネルの応答から、酸素原子、ナトリウム原子、水酸基それぞれのからの大気光の発光の推定を行った。
　この水平方向の視線を持つA-IMAPの観測の15分後にISS-IMAPがA-IMAPの撮影領域上空をほぼ鉛直方向の視線によって撮影を行った。ISS-IMAPは夜側部分において波長730nm,762nm, 630nmの大気光の撮像観測を行い、大気光及びオーロラ発光を空間分解能10kmで測定した。これらのA-IMAPとISS-IMAPの同時観測のうち特に特徴的な構造が見られた2014年8月26日15：13UTからの観測について2方向の視線のデータを元にした3次元構造の推定を進めた。

当該研究に関する情報源（論文発表、学会発表、プレプリント、ホームページ等）

Saito, A., Y. Hozumi, T. Sakanoi, S. Perwitasari, I. Yoshikawa, A. Yamasaki, Y. Otsuka, H. Nakata and IMAP working group, Disturbances of the Mesosphere, Thermosphere and Ionosphere Detected by the Imaging Observation from International Space Station, The 13th Annual Meeting Asia Oceania Geosciences Society, Beijing, China, 2016/07/31-08/05. (Invited)
Chen, C.H., A. Saito, C. H. Lin, M. Yamamoto, S. Suzuki and G. K. Seemala, Medium-scale traveling ionospheric disturbances by three-dimensional ionospheric GPS tomography, Earth, Planets and Space, 68: 32, doi:10.1186/s40623-016-0412-6, 2016.
Hozumi Y., A. Saito, M. K. Ejiri, Calibration of imaging parameters for space-borne airglow photography using city light positions, Earth, Planets and Space, 68:155, DOI 10.1186/s40623-016-0532-z, 2016.
Perwitasari, S., T. Sakanoi, T. Nakamura, M. K. Ejiri, M. Tsutsumi, Y. Tomikawa, Y. Otsuka, A. Yamazaki, and A. Saito, 3-years of Concentric Gravity Wave Variability in the Mesopause as Observed by IMAP/VISI, Geophysical Research Letters, 43, doi:10.1002/2016GL071511, 2016.

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該当なし。

研究参加者一覧
氏名	所属機関
池田 孝文	京都大学
乙部 直人	福岡大学
齊藤 昭則	京都大学
西 憲敬	福岡大学
穂積 裕太	京都大学