IUGONET研究集会
情報通信研究機構
2017/09/15

地磁気日変化の季節・太陽活動依存性について
新堀淳樹1, 小山幸信2, 能勢正仁3, 堀智昭1, 大塚雄一1
名大ISEE1, 大分高専2, 京大地磁気センター3

1. はじめに1.1 地磁気日変化(Sq) とは？
⾼緯度Sq電流系

太陽風

Fig. 2 Sq電流系の外観図[Richmond and Thayer (2000)]
Thermosphere

Mesosphere

中低緯度Sq電流系
Fig. 3 ロケット観測から得られた電離圏電流密度の⾼度プロファイ
ル[Forbos, 1981]

太陽放射

Fig. 1 Sq変動の例

Sq場の⻑期変動を研究する意義
⾼度90-150 kmにおける超⾼層⼤気・電離圏の⻑期変動シグナル(太陽活動、下層⼤気による影響、地磁気永年変化など)を捉えることが可能

1. はじめに1.2 Sq場の⻑期変動に関するこれまでの研究事例〇太陽活動依存性 [e.g., Sellek, 1980]
Sqの磁場振幅には太陽活動度の指標(相対⿊点数、F10.7フラックス) とよい相関がある〇⻑期変動-背景磁場の永年変化の影響[e.g., Shinbori
et al., 2014]-下層大気の影響[e.g., Elias et al., 2010]〇電離圏ダイナモ電場の⻑期変動[Takeda,2013]
電離圏ダイナモ電場の強度には太陽活動による影響がほとんど⾒られない.
(むしろ、反相関？)

1963-2005までのSq場の⻑期変動[Takeda, 2013].

1. はじめに1.3 過去の研究の問題点と本研究の目的●Sq振幅の⻑期変動に関する研究の問題点
1. 地磁気の東⻄、あるいは南北成分を主に利⽤している点
2. 各地方時と月に分けたSqの磁場振幅の季節変化、太陽活動依存性について十分に調べられていない点
Sq-Y = |Sq-Y(15 h LT) – Sq-Y(9 h, LT)|
3. データ解析に用いている観測点が少ない点●本研究の目的
⾚道域から中緯度に分布する地磁気観測点から得られた⻑期の地磁気デー
タと太陽活動度指数(F10.7)を合わせて解析することにより、Sq磁場変動の東⻄、南北成分の季節変化や太陽活動依存性を明らかにする〇Sq-XとSq-Yの地方時と季節変化の違い〇赤道域Sq-Yの磁場変化から推定される南北半球沿磁⼒線電流の季節・太陽活動依存性

2. 観測データと解析手法
2.1 観測データ〇太陽活動指数： solar F10.7 flux (NGDC/NOAA)〇地磁気: 1時間値 (WDC Kyoto)→女満別(中緯度)とGuam(赤道域)のデータを中心に解析〇地磁気指数(Kp index)： 3時間値(WDC Kyoto)

2.2 Sq磁場変動の同定方法○地磁気静穏日の定義： Kp < 4
Sq (X)Sq (Y)

真夜中付近(22– 2 h,真夜中付近
LT)を平を平均した磁場のを平均した磁場の値をベースラインとして定義
各地方時について月平均を行ったSq-XととSq-Yを解を解を行った
析3. 解析結果
3.1 Sq場の季節変化と太陽活動依存性
太陽活動度指数(F10.7)

⼥満別

東⻄

磁気赤道

グアム

南北

東⻄

○季節変化
電場の成分に対して変動のパターンが異なる
Sq-Xの最大が3月
Sq-Yの最大が8月

南北

1960

1980

2000

2020

○太陽活動11年周期性

3. 解析結果
3.2 Sq場の地方時毎における季節変化と太陽活動依存性
女満別

赤：F10.7>200
赤：
青：F10.7<80
青：

9h

12 h

15 h

Guam

3. 解析結果
3.3 正午の⼥満別におけるSq-YとF10.7の相関関係-2.97x10-2-3.87x10-2-4.75x10-2-4.89x10-2-4.91x10-2-6.21x10-2

3. 解析結果
3.4 中緯度SqのF10.7に対する感度分布とF10.7最小値での直線近似から⾒積もられるSqの磁場変動分布
1212左列：Sq-X
左列：

1010右列：Sq-Y
右列：8686上段：直線近似で得られた傾きの分布

42425Local time

20512101210886642425Local time

20

Local time20

下段：直線近似から見積もられる最小F10.7
もられる最小におけるSqの磁場における の磁場振幅分布〇Sq場の変化に対する太陽活動の感度が地方時と季節に応じて変化する

5Local time20

〇Sq-Yは9と15時で対称な変化をしていない

3. 解析結果
3.5 赤道域SqのF10.7に対する感度分布とF10.7最小値での直線近似から⾒積もられるSqの磁場変動分布
1212左列：Sq-X
左列：

1010右列：Sq-Y
右列：8686上段：直線近似で得られた傾きの分布

42425Local time

20512101210886642425Local time

20

Local time20

下段：直線近似から見積もられる最小F10.7
もられる最小におけるSqの磁場における の磁場
振幅分布〇Sq場の変化に対する太陽活動の感度が地方時と季節に応じて変化する〇Sq-Xは3月に最大となる
5Local time20

4. 考察4.1 Sq-XとSq-Yの季節変化と太陽活動依存性の特徴○ Sq-X とSq-Yは中緯度、⾚道域共に明瞭な季節変化と太陽活動依存性を示した
1. Sq-XとSq-Y成分で季節変動のパターンが異なる[⼥満別：9 h, LT][グアム:12 h, LT]
Sq-X: 8月に最大、1月に最小Sq-X：3月に最大、12月に最小Sq-Y: 3月に最大、 8月に最小Sq-Y：8月に最大電離圏E領域の電⼦密度の季節変化のパターンに合致しない電離圏ダイナモに関連する下部熱圏域の中性風の影響

J = ∑ •(E + U × B )電離圏電⼦密度、中性⼤気密度、磁場強度

下部熱圏の中性風

4. 考察4.2 赤道域におけるSq-Xの季節変化

Guam

極大

太陽活動極小期

極小

TIE-GCMで計算された赤道域の磁場変動で計算された赤道域の磁場変動[Yamazaki
et al., 2014]
で計算された赤道域の磁場変動
下段左：下層大気の効果、下段右：太陽放射による熱潮汐のみ

観測では太陽活動極大期にSAO変動が卓越する

4. 考察4.3 Sq-X、Sq-Yの太陽活動依存性太陽活動度指数(F10.7)に対するSq-X、Sq-Y成分の感度が各⽉ごとに異なる→Takeda [2002]で報告されている結果と基本的に整合 (ただし、 Sq-Yのみ)●中性風の季節変化(太陽活動と関係が薄い成分)●両半球を流れる沿磁⼒線電流の効果
本研究で得られた知⾒
中緯度と⾚道域ともに太陽活動に対するSq-X、Sq-Y成分の感度が月だ
Sq-X
Sq-Y
けでなく、地方時に依存して変化する

4. 考察4.4 Inter-hemispheric FACsによる赤道域Sq-Y変動○ 赤道Sq-Y成分の日変化波形の季節変化は、
Fukushima[1994]で提案された南北両半球をつなぐInter-hemispheric FACsの作る磁場変化に酷似

121086425Local time

20

121086

Fukushima [1994]

425Local time20

4. 考察4.4 Inter-hemispheric FACsによる赤道域Sq-Y変動

10○ 北半球の低緯度に分布する地磁気観測点で得られたD成分の地方時と季節変化がよく一致している

8

本研究で得られた知⾒124

南北両半球をつなぐFACには太陽活動による影響が存在2正相関：朝-正午、負相関：夕方側

65Local time

205Local time

2012108642

Yamashita and Iyemori [2002]

4. 考察
4.5 モデル、衛星、地上観測による赤道域Sq-Y変動の比較
⼣⽅側の電流の向きが観測に一致しない

Fukushima [1994]

5. 結論〇1957-2016年までの⻑期にわたる地磁気1時間値を⽤いて、⼥満別(中緯度)とGuam(赤道域)におけるSq磁場変動の南北、東⻄成分の季節変化と太陽活動依存性について調べた。
1. Sq-XとSq-Y成分は明瞭な季節変化と太陽活動依存性を示した
2. 季節変化のパターンは、Sq-XとSq-Yとではかなり異なる
3. 太陽F10.7指数とSq-X, Sq-Yの相関解析を⾏った結果、 Sq-X, Sq-Y
ともにF10.7と線形の関係を示した。ただし、その直線近似の傾きは地方時と月によって変化する
4. 赤道域Sq-Yの⽇変化の季節変化は南北両半球を流れるInterhemispheric FACsの作る磁場変化に酷似しているが、⼣⽅側の電流の向きはFukushima [1994]モデルに反する
5. その磁場変化には弱い太陽活動依存性がある。この結果は、ある時期だけを解析したCHAMP衛星結果とは異なる→⻑期データベース、データ解析ツールの存在の貢献

6. おわりに〇この内容は以下のJGR論⽂に投稿し、現在、2回目の修正版の査読中
Title: Characteristics of seasonal variation and solar activity dependence of thegeomagnetic solar quiet daily variation
Authors: Atsuki Shinbori, Yukinobu Koyama, Masahito Nosé, Tomoaki Hori, andYuichi Otsuka〇査読者からはそれなりに高い評価を得ている
Reviewer 1: Their main new result is to clarify that the LT and seasonal dependence of Sq variations tosolar activity. They then interpret the characteristics of the seasonal variation of theequatorial Sq-Y component as being suggestive of the variations of interhemispheric FACs
between the dawn sector and the pre-noon to dusk sectors.
Overall I find the data analysis and results to be fairly clear and convincing.
Reviewer 2: The manuscript deals with a scientifically important and interesting topic, namely the solar
quiet (Sq) variation and field aligned currents.
Reviewer 3: Previous studies found that the influence of the solar cycle on the Sq field depends on theseason. The present study extends the current knowledge by addressing the local-timedependence. I consider this to be significant progress.

2. Analysis method
2.1 Data acquisition and analysis using the IUGONET products
IUGONET data analysis service(IUGONET Type-A) to cross-search various
kinds of ground-based solar and earth’s
atmospheric observation data.

iUgonet Data Analysis Software (UDAS)
Integrated data analysis tool to handle theIUGONET data.

http://search.iugonet.org

http://www.iugonet.org/en/software.html

The IUGONET data analysis system is a powerful tool for data handling andintegrated analysis for the long-term variation in the upper atmosphere.