平成30（2018）年度　一般研究２実施報告書

課題番号	30−共研−2009		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	中高緯度電離圏対流速度分布の逐次推定手法の開発
フリガナ 代表者氏名	ナカノ シンヤ 中野 慎也				ローマ字		Nakano Shin'ya
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		20千円		研究参加者数		3　人

研究目的と成果（経過）の概要

オーロラや磁気嵐などの電離圏・磁気圏現象を理解するためには，それを引き起こす荷電粒子，プラズマの動力学を把握することが必須であり，したがって，荷電粒子・プラズマの運動を支配する電場・磁場の情報も非常に重要である．しかし，電場に関しては情報が十分ではなく，その空間的な分布を把握するのは難しい．
電離圏高度で電場の情報を得るには，プラズマの巨視的な速度を測るのが電離圏高度で電場の情報を得るには，プラズマの巨視的な速度を測るのが一つの手段となる．SuperDARNは，北極・南極を中心とする高緯度域から中緯度域に至る広範囲にわたって展開される短波レーダー観測網で，電離圏のプラズマ水平速度に関する情報を1分ごとに取得している．このデータからプラズマ速度の空間分布が得られれば，電離圏電場の空間分布図が得られることが期待できる．
しかし，短波レーダーで観測できるのは，プラズマ速度のレーダー視線方向成分のみであり，すなわちレーダーに向かう動きか遠ざかる動きについてしか情報が得られない．また，SuperDARN短波レーダーで得られるのは各レーダーの位置から数百km程度の距離までの情報であり，さらにデータが得られず欠測となる場合も少なくない．一方，電離圏プラズマ速度分布は発散(divergence)が0になると仮定できるため，これを拘束条件として使うことができる．また，太陽風データなど電離圏プラズマの動きと関連した常時取得可能なデータも存在する．本研究は，こうした情報を活用しながら，中高緯度域全体の電離圏プラズマ速度分布を逐次的に推定する手法を開発することを目指している．

今年度は，昨年度に開発した流れ関数を球面ガウス関数で展開する手法を発展させ，球面ガウス関数の畳み込み積分で流れ関数を表現することにより，球面上の非発散ベクトル場を構成する手法を提案した．畳み込み積分をモンテカルロ積分で近似することにより，ベクトル場の推定を容易に実現する方法も開発した．さらに，周辺尤度最大化によるハイパーパラメータの調整も行い，安定した推定結果が得られるようになった．以上の成果は，2018年度中にも研究集会などで部分的に発表した他，2019年5月に開催の日本地球惑星科学連合大会でも発表する予定である．

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）

T. Hori, N. Nishitani, S. G. Shepherd, J. M. Ruohoniemi, M. Connors, M. Teramoto, S. Nakano, K. Seki, N. Takahashi, S. Kasahara, S. Yokota, T. Mitani, T. Takashima, N. Higashio, A. Matsuoka, K. Asamura, Y. Kazama, S.-Y. Wang, S. W. Y. Tam, T.-F. Chang, B.-J. Wang, Y. Miyoshi, I. Shinohara, Substorm-Associated Ionospheric Flow Fluctuations During the 27 March 2017 Magnetic Storm: SuperDARN-Arase Conjunction, Geophysical Research Letters, 10.1029/2018GL079777, 2018年9月

T. Hori, N. Nishitani, S. G. Shepherd, J. M. Ruohoniemi, M. Connors, M. Teramoto, S. Nakano, K. Seki, N. Takahashi, S. Kasahara, S. Yokota, T. Mitani, T. Takashima, N. Higashio, A. Matsuoka, K. Asamura, Y. Kazama, S.-Y. Wang, S. W. Tam, T.-F. Chang, B.-J. Wang, Y. Miyoshi, I. Shinohara, M. Shoji, Y. Tsugawa, S. Kurita, K. Keika, Y. Miyashita, S. Matsuda, N. Umemura, T. Segawa, T. Kondo, H. Yonaha, and Y. Tanaka, あらせ衛星-SuperDARNレーダー同時共役観測によって明らかになった超低周波磁束管振動, 太陽研連シンポジウム, 招待, 名古屋, 2019年2月18日.

中野 慎也, 堀 智昭, 関 華奈子, 西谷 望, 球面ガウス関数の畳み込みによる電離圏プラズマ速度の2次元分布の推定, 研究集会「宇宙地球環境の理解に向けての統計数理的アプローチ」, 口頭, 立川, 2019年2月14日.

S. Nakano, T. Hori, K. Seki, and N. Nishitani, A non-parametric regression model for estimation of ionospheric plasma velocity distribution from SuperDARN data, 平成30年度 極域・中緯度SuperDARN研究集会, 口頭, 名古屋, 2018年10月17日.

中野慎也, 堀智昭, 関華奈子, 西谷望, A non-parametric regression model for analysis of spherical vector fields and its application to ionospheric HF radar data, 2018年度 統計関連学会連合大会, 口頭, 東京, 2018年9月11日.

S. Nakano, Fluid model based image data analysis and data assimilation, NTNU-ISM Joint Workshop on Sustainability and Statistical Machine Learning, 口頭, Trondheim, Norway, 2018年6月4日.

研究会を開催した場合は、テーマ・日時・場所・参加者数を記入してください。

開催していない．

研究参加者一覧
氏名	所属機関
関 華奈子	東京大学
堀 智昭	名古屋大学