GPS受信機網を用いた電離圏擾乱の季節・時刻依存性の解明


イントロダクション
 電離圏にはプラズマ特有の短い時間スケールの擾乱が存在し、電離圏を含む大気圏上層部のエネルギー収支に大きな役割を果たしている。このような電離圏擾乱は、衛星通信にもしばしば影響を与えるが、その活動サイクルやメカニズムは現在もよく分かっていない。

 そこで、日本列島において世界一密に(約1000箇所)設置されたGPS受信機網(GEONET)の観測データを利用し、日本上空のプラズマ擾乱を探る試みが提案され、日本上空のプラズマ量変動の2次元分布を可視化して波状構造が日本を横切る形で伝播していることが明らかにされた[Saito et al.,1998]。

 本研究では、GEONETによる観測データを利用して、衛星通信や電波天文観測などに影響を与えうる短周期(1時間以下)プラズマ量変動の季節−時刻依存性を統計的に解明することを目的とした。


データ
 国土地理院が取得したGPS観測データを京都大学が処理し、電離圏のプラズマ量(総電子コラム量、TEC)を計算している。この値は、GPS受信機とGPS衛星を結ぶ視線上のTECである。このTECの時系列データに高周波フィルタを掛けることで短周期変動成分のみを取り出し、1時間ごとに標準偏差を計算してその季節・時刻依存性を調べた。観測地点は、研究当時は火星探査機「のぞみ」による電波掩蔽観測を想定しており、臼田宇宙空間観測所(長野県)とした。


結果
 TEC変動の極大は、従来知られていた夏季夜間だけでなく冬季昼間にも存在し、変動が最も小さいのは冬季夜間から明け方であることが初めて明らかになった(図1)。したがって、この時期を選択すれば、電波観測などを行う際に電離圏プラズマの短周期変動の影響は最小限に抑えることができると思われる。また、本研究で性質が明らかになった短周期変動は、電離圏において頻繁に現れる移動性電離圏擾乱の一部であると考えられ、その生成要因を議論する手がかりともなった。


参考文献
Saito, A., S. Fukao, and S. Miyazaki, High resolution mapping of TEC perturbations with the GSI GPS network over Japan, Geophys. Res. Let., vol. 25, 3079-3082, 1998.

発表論文
Noguchi, K., T. Imamura, K.-I. Oyama, and A. Saito, Application of the GPS network to estimate the effect of the terrestrial ionosphere on the radio occultation measurements of planetary ionospheres, Radio Science, 36, 1607-1614, 2001.

Errata: Correction to "Application of the GPS network to estimate the effect of the terrestrial ionosphere on the radio occultation measurements of planetary ionospheres", Radio Science, 37, 16-1, DOI:10.1029/2002RS002799, 2002)


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