2009年7⽉22⽇の⽇⾷イベント：国内
イオノゾンデ GPS全電⼦数観測結果
イオノゾンデ・GPS全電⼦数観測結果
情報通信研究機構
津川 卓也,卓也 加藤 久雄,久雄 久保⽥ 実,
実 品川 裕之,裕之 ⻑妻 努,努 村⽥ 健史
京都⼤学 理学研究科 地球物理学教室
⿑藤 昭則, 五井 紫概要
• 情報通信研究機構(NICT) では、2009年7⽉22⽇に⽇本で観測された⽇⾷イベントに合わせ、国内イオノゾンデ（稚内、国分寺、⼭川、沖縄）の電離圏特別観測と、国⼟地理院のGPS受信機網（GEONET）の準リアルタイムデータを利⽤した全電⼦数（TEC）観測を⾏った。
• イオノゾンデ特別観測ゾ デ全観測点で1分間隔の観測。
F2領域臨界周波数（foF2）、スポラディックE層臨界周波数（foEs）の準リアルタイム⾃動読み取り。
• 全電⼦数観測
準リアルタイム観測（3－6時間遅れ）
⽇本上空におけるTEC絶対値、60・30・15分以下のTEC変動成分、電⼦密度擾乱指数（ROTI）、GPS信号ロック損失率あ。
• 上記の電離圏観測データを、⽇⾷イベント速報として、準リアル
上記の電離圏観測デ タを ⽇⾷イベント速報として 準リアル
タイムでウェブで公開。

電離圏観測のターゲット• ⽇⾷領域の太陽放射（EUV等）の減少による、電離圏電⼦密度の減少。
減少→ foF2、foE、全電⼦数の観測• ⽇⾷領域の移動（〜2,000km/h = 556 m/s）に伴い励起された波動現象。
→ foF2、全電⼦数変動の観測• ⽇⾷領域の低電⼦密度領域と周辺の⾼密度領域の境界等での電離圏イレギュラリティの発⽣。
→電離圏イレギュラリティ指数（ROTI） GPSロック損失→電離圏イレギュラリティ指数（ROTI）、GPSロック損失
どの現象も、2次元的に観測された例はない。

NICT 皆既⽇⾷イベントサイト

シミュレーション：電離圏E領域の変動予測

9 JST

10 JST

11 JST

12 JST

シミュレーションで計算された⽇本時間９時から12時までの電離圏E層の電⼦密度。
カラーコンターの値は単位⽴⽅センチ当たりの粒⼦数の対数で表⽰されている。

シミュレーション：電離圏全電⼦数の変動予測

9 JST

10 JST

11 JST

12 JST

⽇本時間9時の電離圏全電⼦数（TEC）。カラーコンターの値はTECの単位（10の16乗単位平⽅メートル）で表⽰されている。

観測結果：国内イオノゾンデ• 国内の4観測点（稚内、国分寺、⼭川、沖縄）ともとも、スポラディックEs層が断続的に強く、F
ポ デ
ク 層が断続的 強く領域臨界周波数（foF2）は観測できなかった。
• fminと、⼭川でかろうじて読み取れたfoEに⽇⾷効果が⾒られた。

観測結果：国内イオノゾンデ

⾷の最最⼤

⼭川

foEs

foF2

foE

沖縄

観測結果：GPS全電⼦数

9 JST (0 UT)
2009
Jul 20Jul 21

Jul 22(⽇⾷)

10 JST (1 UT)

11 JST (2 UT)

12 JST (3 UT)

モデルと観測結果：電離圏電離圏全電⼦数の変動

モデル• 2009年7⽉22⽇で⽇⾷ 磁気嵐無しの場合
⾷・磁気嵐無しの場合• ⽇本近傍のTECを経度⽅向に平均

観測• 2009年7⽉22⽇から前7⽇間の平均• 全観測データを経度⽅向に平均平モデルと観測結果：電離圏電離圏全電⼦数の変動

モデル• 2009年7⽉22⽇で⽇⾷ 磁気嵐効果ありの⾷・磁気嵐効果ありの場合• ⽇本近傍のTECを経度⽅向に平均食の始め

観測• 2009年7⽉22⽇• 全観測データを経度⽅向に平均食の最大食の終り

モデルと観測結果：電離圏電離圏全電⼦数の変動

モデル• 2009年7⽉22⽇
⽇⾷ 磁気嵐効果あり
⽇⾷・磁気嵐効果ありとなしの差• ⽇本近傍のTECを経度⽅向に平均食の始め

観測• 2009年7⽉22⽇と前7⽇平均との差• 全観測データを経度⽅向に平均
平

食の最大食の終りシミュレーション・観測結果まとめ：全電⼦数• モデル・観測とも、⽇⾷に対応して全電⼦数が減少し、その後地磁気擾乱の影響と思われる全電⼦数増⼤が⾒られる。
• ⽇本全域で全電⼦数が低下すること、低緯度ほど全電⼦数の低下⽇本全域で全電⼦数が低下すること 低緯度ほど全電⼦数の低下が⼤きいことなど、定性的にはモデル計算の全電⼦数は観測結果を再現していると考えられる。
• モデル計算と観測結果の相違点
デル計算と観測結果 相違点
全電⼦数の極⼩の時刻と緯度観測では、全電⼦数の極⼩は、⾷の最⼤の時刻 場所とほぼ観測では、全電⼦数の極⼩は、⾷の最⼤の時刻・場所とほぼ⼀致。モデルでは観測値よりも低緯度側、遅め（〜30分後）に極⼩となっている。
→ ⽇⾷に伴う全電⼦数の減少は、E〜F領域下部の電⼦密度減少
⽇⾷に伴う全電⼦数の減少は E〜F領域下部の電⼦密度減少が効いている。
→ モデルの時間遅れは、プラズマ圏や反対半球からのプラズマ供給を考慮していないためか？
モデルの⽅が絶対値が⼤きい
背景電離圏を作るモデル（中性⼤気、太陽放射）が実際とは異なるため。これを観測と合わせても、⽇⾷に伴う全電⼦数変動量には効くが、極⼩値の時刻や場所は変わらない。

観測結果：GPS全電⼦数変動（60分ハイパス）
9 JST (0 UT)

2009
Jul 20Jul 21

Jul 22(⽇⾷)

10 JST (1 UT)

11 JST (2 UT)

12 JST (3 UT)

観測結果：GPS全電⼦数変動（60分ハイパス）

観測結果：GPS全電⼦数変動（60分ハイパス）

観測結果：GPS全電⼦数変動（60分ハイパス）

観測結果：電離圏イレギュラリティ指数（ROTI)
9 JST (0 UT)

2009
Jul 20Jul 21

Jul 22(⽇⾷)

10 JST (1 UT)

11 JST (2 UT)

12 JST (3 UT)

観測結果：GPS信号ロック損失率（L1、5分間）
9 JST (0 UT)

2009
Jul 20Jul 21

Jul 22(⽇⾷)

10 JST (1 UT)

11 JST (2 UT)

12 JST (3 UT)

観測結果のまとめ：全電⼦数変動・イレギュラリティ
• GPS全電⼦数変動成分：60分、30分、15分以下の全電⼦数変動
マップでは 皆既⽇⾷帯に近い⽇本南⻄部において ⽇⾷に対応
マップでは、皆既⽇⾷帯に近い⽇本南⻄部において、⽇⾷に対応した全電⼦数の低下はみられるが、⽇⾷に対応する特徴的な波動現象は観測されなかった。
• 電離圏イレギュラリティ：皆既⽇⾷帯に近い⽇本南⻄部において、⽇⾷時にROTI増⼤（数10kmスケールの電離圏擾乱に対応）が⾒（）られるが、⽇⾷前にも⾒られるため、対応関係は不明。
• GPS信号ロック損失：⽇⾷前後でロック損失率に変化は⾒られな
GPS信号ロ ク損失 ⽇⾷前後でロ ク損失率に変化は⾒られない。（数100mスケールの電離圏イレギュラリティによる）強いシンチレーションはほとんどなかったと考えられる。

ディスカッション：⽇⾷に伴う波動現象の有無
過去に報告された⽇⾷に伴う波動現象
告
⾷ 伴 波動 象[Altadill et al., JGR, 2001]• ⽇⾷に伴って励起されたと考えられている波動現象は、⽇⾷前にも観測されている。

ディスカッション：⽇⾷に伴う波動現象の有無
北向き・南向き伝搬する⼤気重⼒波による電離圏プラズマの変動• 南向き伝搬の⼤気重⼒波に⽐べ、北向き伝搬の⼤気重⼒波は、磁⼒線に沿う電離圏プラズマの変動が⼩さい。
→ 北向き伝搬する⼤気重⼒波は励起されたとしても、電離圏変動として観測されていない？

ディスカッション：⽇⾷に伴う波動現象の有無
北向き伝搬の⼤気重⼒波に電離圏電⼦密度・全電⼦数変動のモデル計算• Hooke [1968]モデルを利⽤した 北向き伝搬する⼤気した、北向き伝搬する⼤気重⼒波による電離圏電⼦密度、及び全電⼦数変動。
• インプットした重⼒波：
⽔平波⻑＝300km
周期 40分
周期＝40分
中性⾵振幅=5, 10, 30 m/s
TEC変動※波⻑・周期は、夏の⽇出後に⽇本で⾒られるDusk MSTIDの統計値 [Kotake,2007]• 北向き伝搬する⼤気重⼒波の中性⾵振幅が5-10 m/s程度でも、全電⼦数変動として観測可能。
→ ⽇⾷起源の波動はあったとしても⾮常に弱いか、F2領域までは伝搬していない。

まとめ• 情報通信研究機構(NICT) では、2009年7⽉22⽇に⽇本で観測された⽇⾷イベントに合わせ、国内イオノゾンデ（稚内、国分寺、⼭川 沖縄）の電離圏特別観測と 国⼟地理院のGPS受信機網
⼭川、沖縄）の電離圏特別観測と、国⼟地理院のGPS受信機網（GEONET）の準リアルタイムデータを利⽤した全電⼦数（TEC）観測を⾏った。
• ⽇⾷に対応して、⽇本全域で全電⼦数が低下してることが観測され、シミュレーションによる予測とも定性的には⼀致している。
⼀⽅、⽇⾷起源と考えられる特徴的な波動現象や電離圏不規則構
⽅ ⽇⾷起源と考えられる特徴的な波動現象や電離圏不規則構
造は観測されなかった。
• 今回のイベントに際して⾏ったリアルタイムTEC変動、ROTI、
今回 イ
トに際し ⾏ たリ ルタイム C変動
O
GPSロック損失の観測は、現在⾏われているNICTのリアルタイムTEC観測と合わせて今後も続けていく。また、過去のデータについても解析を進め、プラズマバブルやSED等の強い電離圏擾乱現象のGPS測位への影響を調べて⾏く予定である。