レーダー観測及び計算機シミュレーションを用いた電離圏イレギュラリティの研究

利用雷达观测和计算机模拟研究电离层不规则性

• 批准号: 02J01700
• 负责人: 横山 竜宏
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-02J01700/
• 关键词: 電離圏; シミュレーション; プラズマ不安定; E領域; スポラディックE層; 大気重力波; レーダー

本研究では、計算機シミュレーションを用いて電離圏E領域(高度90〜150km)において出現するプラズマ不安定現象(沿磁力線イレギュラリティ)に関する研究を行い、過去のレーダー、ロケット観測との比較、検証を行った。電離圏E領域は中性大気からの影響を強く受けると考えられることから、大気重力波の伝搬に関する中性大気のシミュレーション[Horinouchi et al.,2000]から得られた中性風速のデータを、本研究で開発した電離圏プラズマのシミュレーションモデルに取り入れることにより、下層大気で生成された大気重力波が電離圏E領域に与える影響について研究を行った。スポラディックE層を形成する東西風速シアが高度100km付近に存在する場合、シア下部の東向き風により東向き伝搬の大気重力波はフィルタリングされ、西向き伝搬の重力波が卓越する。西向き伝搬の重力波は、東西-鉛直断面において西側が持ち上がった構造をしている。スポラディックE層の密度勾配により、この重力波の構造に沿った分極電界が生成される。地球磁場の傾きを考慮すると、この分極電界は水平面において北西-南東の波面構造を持ち、この構造に沿ったプラズマ密度構造が形成された。過去のレーダー観測から、北西-南東の波面構造を持つレーダーエコーは頻繁に観測されており、このレーダーエコーの構造は大気重力波と密接な関係があることが示された。また、2002年に実施されたロケット実験において観測された電離圏内の電子密度と電界は、波長10数kmの波状構造を示していたが、この構造も同シミュレーションにより再現された。本研究により、下層大気において生成された大気重力波が、電離圏E領域において非常に重要な役割を果たすことが示された。

在这项研究中，我们对使用计算机模拟的电离层E区域（高度90-150km）出现的血浆不稳定性（磁性线不规则）进行了研究，并将其与先前的雷达和火箭观测进行了比较。由于人们认为电离层E区域受中性气氛的强烈影响，因此我们通过在中性气氛中从中性大气模拟中中性大气模拟获得的中性风速数据，研究了下层大气层对电离层E区域中产生的大气重力波的影响[Horinouchi等，2000]在Inosphoss层的模拟模型中[Horinouchi等，2000]研究。当散发e层的东西速乳木肠层位于约100 km的海拔高度时，乳木果下方的向东风过滤了向东传播的大气重力波，向东传播向东传播的向西引力波占主导地位。向西传播的引力波有一个结构，其中西侧在东西方面升高。零星E层的密度梯度沿着引力波的这种结构产生了极化的电场。考虑到地球磁场的倾斜，该极化场在水平面中具有西北 - 东南波前结构，并且形成了沿该结构的等离子体密度结构。先前的雷达观察结果经常观察到具有西北偏南波前结构的雷达回声，这表明该雷达回声的结构与大气重力波密切相关。此外，在2002年进行的火箭实验中观察到的电离层内的电子密度和电场显示出波长约10 km的波状结构，并且该结构也通过相同的模拟复制。这项研究表明，在下部大气中产生的大气重力波在电离层E区中起着非常重要的作用。

项目成果

Tatsuhiro Yokoyama: "Computer simulation of polarization electric fields as a source of midlatitude field-aligned irregularities"Journal of Geophysical Research. 108,A2. 1054 (2003)

Tatsuhiro Yokoyama：“作为中纬度场排列不规则性来源的极化电场的计算机模拟”地球物理研究杂志。

Tatsuhiro Yokoyama: "Three-dimensional simulation on generation of polarization electric field In the midlatitude E-region ionosphere"Journal of Geophysical Research. 109. A01309 (2004)

横山达弘：“中纬度E区电离层极化电场产生的三维模拟”地球物理研究杂志。