平成27（2015）年度　一般研究２実施報告書

課題番号	27−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		74千円		研究参加者数		4　人

研究目的と成果（経過）の概要

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した。
　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。一方、2012年10月から定常観測が開始さ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ミッションが本年度にかけて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、この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。
　ISS-IMAP及びA-IMAPによる撮像観測では、中間圏・電離圏における大気光発光を撮像装置の視線方向に積分されたものを測定しており、その積分値データからトモグラフィーによって発光密度 (Volume emission rate)の3次元分布を推定する事が必要である。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行った。特に2014年8月26日の15:13:13UTから15:21:28UTにかけての観測は、A-IMAPによるリム方向の撮像と、ISS-IMAPによる天帝方向の観測データがそろっており、さらに大気光の高輝度帯状構造が発生しており、解析に適していることからこのイベントに注目した解析を行った。
　A-IMAPによるリム方向の視線方向に積分された大気光データから発光密度 (Volume emission rate)を推定を行い、発光の高度分布を求め、発光層の高度変化と発光強度の変化について調べた。その結果、発光層が2層に分かれることがあることがわかり、これは酸素原子による波長558nmの発光とナトリウム原子による波長589nmの発光に対応するものと考えられる、大気光発光輝度が帯状に増大している領域ではこのうちのナトリウムの発光層が水平方向に110kmの距離で高度方向に5km程度低下しており、この高度の低下によって大気光発光が増加したものと解釈された。この時ナトリウム発光層よりも11km上空にあった酸素原子558nm発光層はほとんど変化しておらず、高輝度帯状構造はナトリウム層によって作られることが明らかになった。この水平構造についてはISS-IMAPによる天底方向の観測でも確認された。空間勾配が急峻なイベントの解析によってその3次元構造の推定が行え、その構造の生成要因についての議論が可能となった。ただしこの3次元構造の推定には空間的な一様性の過程などを用いており、より精度の良い推定にはアルゴリズムの改良が必要である。

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）

・ 論文発表
Perwitasari, S., T. Sakanoi, A. Yamazaki, Y. Otsuka, Y. Hozumi, Y. Akiya, A. Saito, K. Shiokawa, S. Kawamura , Coordinated airglow observations between IMAP/VISI and a ground-based all-sky imager on concentric gravity wave in the lower thermosphere, J. Geophysical Research, doi: 10.1002/2015JA021424, 2015.
・ 学会発表
佐藤 大仁, 齊藤 昭則, 秋谷 祐亮, 穂積 裕太, 国際宇宙ステーションからの撮像観測を用いた大気光輝度の不連続の三次元構造の推定,日本地球惑星科学連合2015年大会, 2015/05/24-28.
Saito, A., Y. Akiya, T. Sakanoi, A. Yamazaki, I. Yoshikawa, Y. Otsuka, M. Yamamoto, Y. Hozumi, H. Yukino, IMAP working group, Space-borne imaging observation of the mesosphere, the thermosphere and the ionosphere by ISS-IMAP mission, The 26th General Assembly of the International Union of Geodesy and Geophysics, 2015/6/22-7/2.
Hozumi, Y., A. Saito, T. Sakanoi, Y. Akiya, A. Yamazaki, Airglow structures of mesospheric mesoscale wave observed from the International Space Station, The 26th General Assembly of the International Union of Geodesy and Geophysics, 2015/6/22-7/2.
Saito, A., T. Sakanoi, Y. Otsuka, T. Tsugawa, M. Nishioka, Chia-Hung Chen, and M. Yamamoto, Imaging observation of the low- and mid-latitude ionosphere from ground and space, 14th International Symposium on Equatorial Aeronomy, Bahir Dar, Ethiopia, 2015/10/19-23. (Invited)
佐藤大仁, 斉藤昭則, 穂積裕太,宇宙からの広視野撮像を用いた大気光帯状構造の観測,第29回大気圏シンポジウム, 2015/03/07-08.

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。

該当無し。

研究参加者一覧
氏名	所属機関
齊藤 昭則	京都大学
佐藤 大仁	京都大学
穂積 裕太	京都大学