平成29（2017）年度　一般研究２実施報告書

課題番号	29−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	中高緯度電離圏プラズマ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		17千円		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．電離圏高度では磁場を既知と仮定することができ，磁場が与えられれば電場とプラズマ水平速度との関係が容易に書けるからである．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分ごとに取得しており，SuperDANR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．本研究の目的は，こうした情報を活用しながら，データが得られるごとに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である．

今年度は，まず，spherical elementary current system (SECS)と呼ばれる基底関数を用いて，カルマンフィルタによる電場分布の推定を試みた．しかし，SECSはデータ点が多い場合に結果が安定しないという問題が見られたため，，基底関数の修正を試みた．具体的には，SECSによるベクトル場の展開が，流れ関数を球面上で定義されるある種の基底関数で展開する操作と等価になることに着目し，流れ関数をより性質のよい球面ガウス関数で展開した上でベクトル場を構成する手法を考案した．この成果は，地球電磁気・地球惑星圏学会講演会などで発表した他，Earth Planets and Space誌で初期結果を発表した．

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）

Seki Kanako, Miyoshi Yoshizumi, Ebihara Yusuke, Katoh Yuto, Amano Takanobu, Saito Shinji, Shoji Masafumi, Nakamizo Aoi, Keika Kunihiro, Hori Tomoaki, Nakano Shin'ya, Watanabe Shigeto, Kamiya Kei, Takahashi Naoko, Omura Yoshiharu, Nose Masahito, Fok Mei-Ching, Tanaka Takashi, Ieda Akimasa, Yoshikawa Akimasa: "Theory, modeling, and integrated studies in the Arase (ERG) project", Earth Planets and Space 70(1) 17, doi:10.1186/s40623-018-0785-9, 2018

T. Hori, N. Nishitani, S. G. Shepherd, J. M. Ruohoniemi, M. G. 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, Y. Miyoshi, and I. Shinohara: "Evolution of ionospheric convection and ULFs during the 27 March 2017 storm: ERG-SuperDARN campaign", AGU 2017 Fall Meeting New Orleans, USA 2017年12月13日

S. Nakano, T. Hori, K. Seki, and N. Nishitani: "Divergence-free vector-valued kernel function on a sphere for estimation of the global distribution of ionospheric plasma velocity", ISI-ISM-ISSAS Joint Conference Tokyo 2017 ポスター発表 立川 2017年12月1日

Kanako Seki, Yoshizumi Miyoshi, Yusuke Ebihara, Yuto Katoh, Shinji Saito, Takanobu Amano, Yoshiharu Omura, Masafumi Shoji, Tomoaki Hori, Naoko Takahashi, Kunihiro Keika, Shin'ya Nakano, Aoi Nakamizo, Masahito Nose, Shigeto Watanabe, ERG theory/modeling/integrated studies team: "Theory, Modeling, and Integrated studies in the ARASE(ERG) project", 142回 地球電磁気・地球惑星圏学会講演会 ポスター発表 宇治 2017年10月18日

Tomoaki Hori, Nozomu Nishitani, Simon G. Shepherd, John M. Ruohoniemi, Martin Connors, Mariko Teramoto, Shin'ya Nakano, Kanako Seki, Naoko Takahashi, Satoshi Kasahara, Shoichiro Yokota, Takefumi Mitani, Takeshi Takashima, Nana Higashio, Ayako Matsuoka, Kazushi Asamura, Yoichi Kazama, Shiang-Yu Wang, Sunny W. Y. Tam, Yoshizumi Miyoshi, Iku Shinohara: "Evolution of ionospheric convection and ULFs during the 27 March 2017 storm: ERG-SuperDARN campaign", 142回 地球電磁気・地球惑星圏学会講演会 口頭発表 宇治 2017年10月17日

中野慎也, 堀智昭, 関華奈子, 西谷望: "Stream function of global ionospheric plasma velocity distributions estimated from SuperDARN data", 142回 地球電磁気・地球惑星圏学会講演会 ポスター発表 宇治 2017年10月16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