トロムソにおけるナトリウムライダーを中心に用いた極域中間圏・下部熱圏変動の研究
野澤悟徳（名大STEL）、川原琢也（信州大学）、斎藤徳人（理研）、川端哲也（名大STEL）、津田卓雄（電通大）、高橋透（名大STEL）、和田智之（理研）、藤原均（成蹊大学）、堤雅基（極地研）、小川泰信（極地研）、鈴木臣、安里早稀、滝田真太郎、日比野辰哉（名大STEL）
ノルウェー・トロムソ（69.6°N, 19.2°

受信エコーの例(5 sec/ 96 m)。 鉛直モード。
高度80‐110 km付近に存在するナトリウム原子の共鳴散乱を利用

Photo count5 sec/96 m

Na散乱光

Altitude (km)

トロムソナトリウムライダーの観測・研究成果
2010~2011

鉛直１方向

•

2010年10月から稼働
2010年シーズン 256時間 ~1.7 W
2011年シーズン 830時間 ~2.7 W
大気温度、Na密度データを取得
計約２８００時間

2012

5方向観測
（天頂角30°）5方向観測（天頂角12.5°）

2013,
2014

2012年シーズン 558時間 ~3.3 W
2013年シーズン 688時間 ~3.6 W
2014年シーズン 443時間 ~3.6 W＋風速データ 計約１７００時間•GRL2編：Tsuda et al., 2011, 2013
•JGR2編：Matuura et al, 2013
Nozawa et al., 2014
•Ann. Geophys.１編：
Takahashi et al., 2014

Webでサマリープロットを公開：
http://www.stelab.nagoya‐u.ac.jp/~nozawa/indexlidardata.html

ビームの空間的広がり（高度100 km)
2012年シーズン
天頂角３０°

2013年,2014年シーズン
天頂角12.5°22 km

ライダーデータ公開
http://www.stelab.nagoya‐u.ac.jp/~nozawa/indexlidardata.html

トロムソMFレーダーデータ公開
http://www.stelab.nagoya‐u.ac.jp/~nozawa/MFradar/index.html

ベアアイランド流星レーダーデータ公開
http://www.stelab.nagoya‐u.ac.jp/~nozawa/NBMR/index.html

研究目的
北極域下部熱圏・中間圏(高度80‐110 km)は、遷移領域、ターミナル
北極域下部熱圏・中間圏における大気温度・風速変動の解明（１）磁気圏ー電離圏ー熱圏結合 オーロラ擾乱への応答（２）大気上下結合 大気波動による変動、大気波動の散逸、伝搬過程

研究トピックス
北極域下部熱圏・中間圏における大気温度・風速変動の解明（１）磁気圏ー電離圏ー熱圏結合 オーロラ擾乱への応答（２）大気上下結合 大気波動による変動、大気波動の散逸、伝搬過程(1) Altitude variations of the semidiurnal tide(2) Sporadic sodium layer (SSL)(3) Response of the upper mesosphere/lower thermosphere tosudden stratospheric warmings (SSW) 上部成層圏温度の導出(4) Comparison of the neutral temperature and the iontemperature ジュール加熱の評価
EISCAT UHF radarとの同時観測43夜（約250時間）(5) Probability of instabilities (287夜：>4hr/night)
大気不安定発生頻度の季節・高度変動。
さらにオーロラ活動やSSW期間との相関研究トピックス
北極域下部熱圏・中間圏における大気温度・風速変動の解明（１）磁気圏ー電離圏ー熱圏結合 オーロラ擾乱への応答（２）大気上下結合 大気波動による変動、大気波動の散逸、伝搬過程(1) Altitude variations of the semidiurnal tide(2) Sporadic sodium layer (SSL)(3) Response of the upper mesosphere/lower thermosphereto SSW 上部成層圏温度の導出(4) Comparison of the neutral temperature and the iontemperature ジュール加熱の評価
EISCAT UHF radarとの同時観測43晩（約250時間）(5) Probability of instabilities(287夜：>4hr/night)
大気不安定発生頻度の季節・高度変動。
さらにオーロラ活動やSSW期間との相関

Sporadic sodium layer (SSL)

By 高橋ナトリウム原子の高度分布

高度方向に薄いが、空間的に数百キロの広がりを持つ構造がどのように生成されるのか？
極域と低緯度で成因が違うようだ。
中緯度では、あまり観測されない。
Es層と同時に発生している例が多い。

Sporadic sodium layer (case study for January 22, 2012)
高度80‐110 km

SSL

EISCAT

Sporadic E layer

By 高橋

研究トピックス
北極域下部熱圏・中間圏における大気温度・風速変動の解明（１）磁気圏ー電離圏ー熱圏結合 オーロラ擾乱への応答（２）大気上下結合 大気波動による変動、大気波動の散逸、伝搬過程(1) Altitude variations of the semidiurnal tide(2) Sporadic sodium layer (SSL)(3) Response of the upper mesosphere/lower
thermosphere to SSW 上部成層圏温度の導出(4) Comparison of the neutral temperature and the ion
temperature ジュール加熱の評価
EISCAT UHF radarとの同時観測43晩（約250時間）(5) Probability of instabilities (287夜：>4hr/night)
大気不安定発生頻度の季節・高度変動。
さらにオーロラ活動やSSW期間との相関Variation of neutral temperature (nocturnal mean) in January 2012
Before SSW (peak), temperature was low (or normal) between 94‐104 km
After SSW (peak), temperature increased.

> 5 hours/each night

SSW (peak)

研究トピックス
北極域下部熱圏・中間圏における大気温度・風速変動の解明（１）磁気圏ー電離圏ー熱圏結合 オーロラ擾乱への応答（２）大気上下結合 大気波動による変動、大気波動の散逸、伝搬過程(1) Altitude variations of the semidiurnal tide(2) Sporadic sodium layer (SSL)(3) Response of the upper mesosphere/lower thermosphereto SSW 上部成層圏温度の導出(4) Comparison of the neutral temperature and the iontemperature ジュール加熱の評価
EISCAT UHF radarとの同時観測43晩（約250時間）(5) Probability of instabilities
大気不安定発生頻度の季節・高度変動。
さらにオーロラ活動やSSW期間との相関ナトリウムライダーの重要性
中間圏界面領域は幅広く観測できるレーダーはない
ー＞ Na LIDARは、80‐110 kmをカバーできる。
2005年9月の観測例： EISCATレーダーとMFレーダー
北向き

東向き

120 km050911 for 10 days
from 906 to 916 70 km●振幅は80 km付近で一度ピークになりそのあと、減少。
110 km付近で再度ピーク。
振幅

振幅050926 for 6 days
from 923-929 120 km

70 km●冬期観測の問題点
電子密度が低く、レーダー観測の精度が落ちる。
（流星レーダーは、時間分解能が１時間で80‐100kmが対象）

位相

位相
Nozawa et al., JGR, 2010

半日潮汐波の観測例 （Jan 14, 2014）
天頂角12.5°補正後（鉛直風の補正なし）

仰角77.5°

2012年10月以降計62晩を解析中

半日潮汐波の観測例 （Jan 14, 2014）
天頂角12.5°補正後（鉛直風の補正なし）

2012年10月以降計62晩を解析中

高度80−110 km での 平均的描像
仰角77.5°風速振幅 50‐100 m/s
温度振幅 10‐20 K

半日潮汐波の観測例 （Jan 14, 2014）
Eastward beam

半日潮汐波の観測例 （Jan 14, 2014）
振幅(m/s)
110

80110

11080
11080

振幅ピーク 80 – 100 m/s
95 km付近で一度減少
120

位相半日潮汐波の高度変動
中間圏高度で散逸するパターン、高度ともともに単純増加パターンなどがあり、背景大気のなにが伝搬を制御しているのか？
110

110
１４０１１０8080

110

110
１４０１１１80

80
62晩データを解析中

まとめ○トロムソナトリウムライダー2010年冬から5シーズンで計約2800時間分のデータ（大気温度、Na密度）を取得。高度幅は、80 km – 110 km。 時間分解能2分まで可能。
○2012年10月からは、５方向観測を実施。風速データ約1700時間を取得。
時間分解能3分まで可能。
○Topics(1) Altitude variations of the semidiurnal tide
62夜(2) Sporadic sodium layer (SSL)
５方向イベント(3) Response of the upper mesosphere/lower thermosphere to SSW 上部成層圏温度の導出(4) Comparison of the neutral temperature and the ion temperature ジュール加熱の評価
EISCAT UHF radarとの同時観測43夜（約250時間）(5) Probability of instabilities (287夜：>4hr/night)
大気不安定発生頻度の季節・高度変動。
さらにオーロラ活動やSSW期間との相関。
○データ公開 高度80-110 km 温度・風速・Na密度
高度30-50 km 温度を予定

共同研究を歓迎http://www.stelab.nagoya‐u.ac.jp/~nozawa/indexlidardata.html

将来計画
北欧において対流圏から熱圏までカバーする観測を実施
EISCAT_3D
90-120 km
U, and Ti
1 min

中層大気・風速・微量成分
観測システム（概算要求）
FPI (green)
Meteor radar ~110 km
Na Lidar80‐100 km
or 97 km 80‐110 km
U 60 minUMF radar
Tn, U ~5 min~3 min70‐90 km
U 5 min

高度

EISCAT_3D
5 – 30 km
U

30‐50 km

レイリー ミリ波
ミリ波
ライダー 受信器
受信器
30‐80 km 50‐90
30‐90kmkm
NOx,HOx,O3Tn 10min NO