Study of ionospheric disturbances by coupling of global and local ionospheric numerical models

通过耦合全球和局部电离层数值模型研究电离层扰动

• 批准号: 20K04037
• 负责人: 横山 竜宏
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K04037/
• 关键词: 電離圏; シミュレーション; プラズマバブル; GAIA

赤道域上空の電離圏で生じる電子密度の擾乱現象は、衛星通信・測位・航法等に深刻な影響を及ぼすことが知られているが、その予測手段は未だ確立されていない。本研究は、これまで個別に開発が進められてきた電離圏の全球モデルと局所モデルを統合し、擾乱現象の発生機構の解明とその予測を実現することを目的とする。令和2年度には、計算領域を全経度域に拡張し、周期境界条件を仮定しないモデルの開発を行った。計算領域の増加により計算量・時間ともに大幅な増大が見込まれるため、計算の高速化も重要な開発課題であることが明らかとなった。令和3年度は、主に計算アルゴリズム、特にポアソン方程式を解いて分極電場を求める部分の連立方程式の解法アルゴリズムについて検討を行った。今年度は、全球大気圏電離圏結合モデルGAIAとの結合に向けて、GAIAモデルのダイナモ電場計算部分と電離圏電子密度計算部分の高解像度化に着手した。必要な空間解像度の見積もるために、局所モデルの空間解像度を粗くする方向に変化させて、最低限必要な空間解像度の検討を行った。その結果、東西方向に10km程度の分解能であれば、再現される擾乱現象の内部構造は単純化されるものの、大規模な構造については通常の解像度の場合と同様に成長し、その成長速度もほぼ同等であることが示された。GAIAモデルは実際の観測データを下層大気に取り込んでいるため、現実に近い中性大気風速と電子密度分布を再現可能であり、電子密度の擾乱現象の発生の日々変化をGAIAモデルを用いて直接解明できることが期待される。

众所周知，在赤道上方的电离层中发生的电子密度干扰受到卫星通信，定位，导航等的严重影响，但是没有建立的预测方法。这项研究旨在整合已经单独开发的电离层的全球和局部模型，以阐明干扰现象的机制并预测它们。在2020年，计算区域扩展到整个经度范围，并开发了一个模型，该模型不假定周期性边界条件。随着预计计算区域的增加将显着增加计算量和时间，因此已经表明，加速计算也是一个重要的发展问题。在2021年，我们主要研究了计算算法，尤其是用于求解同时方程的算法，在该方程中，通过求解泊松方程来确定偏振电场。今年，为了结合全球大气层耦合模型GAIA，我们已经开始改善Dynamo电场计算部分的分辨率和GAIA模型的电离层电子密度计算部分。为了估算所需的空间分辨率，我们更改了局部模型的空间分辨率，并检查了最小所需的空间分辨率。结果，结果表明，尽管复制的干扰现象的内部结构通过在东西方向上约10公里的分辨率进行了简化，但大规模结构的生长与正常分辨率相同，其增长率几乎相同。由于Gaia模型将实际观察到的数据纳入了较低的大气中，因此可以使用Gaia模型直接阐明电子密度扰动的每日发生变化，从而再现接近现实的中性大气风速和电子密度分布。

项目成果

太陽活動がスポラディックE層に与える影響

太阳活动对零星E层的影响

• 发表时间: 2021
• 作者: 品川 裕之;垰 千尋;陣 英克;三好 勉信;藤原 均
• 通讯作者: 藤原 均

3-D Imaging of Nighttime E-F Coupling Over Japan by Using Groundbased GNSS-TEC and Ionosondes

使用地面 GNSS-TEC 和电离探空仪对日本上空夜间 E-F 耦合进行 3D 成像

• 发表时间: 2022
• 作者: Fu;W.;N. Ssessanga;T. Yokoyama;P. Liu;and M. Yamamoto
• 通讯作者: and M. Yamamoto

Nonlinear Simulation of Ionospheric Irregularities at Mars

火星电离层不规则性的非线性模拟

• DOI: 10.3847/1538-4357/abdc1d
• 发表时间: 2021
• 期刊: The Astrophysical Journal
• 作者: Jiang Chunhua;Yokoyama Tatsuhiro;Wei Lehui;Yang Guobin;Zhao Zhengyu
• 通讯作者: Zhao Zhengyu

赤道プラズマバブルの急速な発達と中緯度帯への影響

赤道等离子体气泡的快速发展及其对中纬度地区的影响

• 发表时间: 2020
• 作者: 横山 竜宏;品川 裕之;陣 英克;大塚 雄一
• 通讯作者: 大塚 雄一

Development of multi-scale numerical simulation model for the study on ionospheric disturbances

电离层扰动研究多尺度数值模拟模型的开发

• 发表时间: 2021
• 作者: Tatsuhiro Yokoyama;Taichi Komoto
• 通讯作者: Taichi Komoto