次期太陽観測衛星(Solar-C)ミッション提案に向けた国内検討会議
2010年1月19〜20日 JAXA宇宙科学研究本部	

フレア予測
草野完也
名古屋大学太陽地球環境研究所
総合解析部門・
独立行政法人海洋研究開発機構
階層システム研究チーム

1

Outlook	
太陽活動予測の重要性
 フレア予測は何をすべきか？
 フレア予測の方法と課題

学習アルゴリズム、物理アルゴリズム
 シミュレーションモデル


今後何をすべきか？	

10.2.1

太陽活動予測の重要性	

爆発的太陽活動の予測


フレア予測、ＳＥＰ予測、ＣＭＥ予測、太陽風予測

Cycle 24で実現！！	


太陽黒点活動予測

太陽周期活動の予測、グランドミニマの発生予測
Cycle 30までには実現！！	

宇宙天気予報、宇宙気候予測
太陽地球環境変動原因の理解のため科学的理解度の検証
10.2.1

フレア予測は何を予測すべきか？	
いつ



どこで

3日前、24時間前、1時間前、5分前
どの活動領域、活動領域のどの部分何をどれほどGOES X-ray クラス CME
 SEP
 磁気嵐


10.2.1

フレア予測の方法 1	


学習アルゴリズム
Automated Solar Activity Prediction:
Space Weather Prediction Center Colak & Qahwaji 2009


10.2.1

10.2.1



Event Probabilities 19 Jan-21 Jan
Class M 10/10/10 Class X 01/01/01 Proton 01/01/01

Skill for X flare:
1day
2day
0.112
-0.147
0.242
0.147
0.052
-0.001
0.200
0.093-0.037-0.050-0.061-0.034

3day-0.171
0.127-0.0440.076-0.033-0.006

year (events)
2006 (4)2005 (13)2004 (9)2003 (17)2002 (12)2001 (18)	
10.2.1

突発現象の発生機構	

コロナ磁場	
太陽表面	

トリガ駆動型	

unstable stateloss-of-equilibrium	

臨界駆動型	

meta-stable state	

unstable state	フレア予測の方法 ２	

物理的予測アルゴリズム


フレア発生に関係する物理量を発見的方法で見出す。例：Leka & Barnes 2007, Yamamoto & Sakurai
2009

10.2.1

10.2.1

Evaluating the performance of solar flare forecasting
methods, Barnes and Leka 2008	

(M&X class within 1d)	Total excess energy
Leka & Barnes 2003	

R: unsigned flux
over the highgradient polarityseparation lines
Schrijver 2007	
Effective connectedmagnetic field
Georgoulis & Rust 2007	

10.2.1

Wheatland (2005) 0.258
SWPC0.262	

10.2.1

フレア予測の方法３	

３次元数値モデル
ＣＭＥモデル・磁気圏モデル	
MDI Synoptic Map

SOT	

境界条件

VectorMagnetogram
活動領域	

フレア発生実験	
３Ｄ-ＭＨＤ計算

Nonlinear ForceFree Field
活動領域の3次元平衡
512x512x512	

太陽表面運動
収束流
上昇流
シア流	

10.2.1NLFFモデルの問題	
Relaxation
Grad-Rubin like• magneto-friction method• zero-β MHD
Boundary• optimization	
Integral method	

J||	B	

corona	chromosphere	Jz	photosphere	

Magnetofrictional method & div B cleaning(Dedner et al. 2002)• multi-grid technique	 • Parallelization with MPI• 512x512x512 grids

DeRosa et al.
2009	10.2.1

2006年12月13日
X3.4クラスフレアによる太陽嵐(AR10930)

sunspot	flare ribbons	Potential Field	
2006_12_11
17:00 UT	
Total Magnetic Energy
Magnetic Free Energy(J)	
1.00E+26
9.00E+25
8.00E+25
7.00E+25
6.00E+25

flare	

5.00E+25
4.00E+25
3.00E+25
2.00E+25
1.00E+25
0.00E+00
1234

10.2.15

フレア発生
33時間前	
2006_12_11
17:00 UT	
Total Magnetic Energy
Magnetic Free Energy(J)	
1.00E+26
9.00E+25
8.00E+25
7.00E+25
6.00E+25

flare	

5.00E+25
4.00E+25
3.00E+25
2.00E+25
1.00E+25
0.00E+00
1234

10.2.15

フレア発生
21時間前	
2006_12_1203:50 UT	
Total Magnetic Energy
Magnetic Free Energy(J)	
1.00E+26
9.00E+25
8.00E+25
7.00E+25
6.00E+25

flare	

5.00E+25
4.00E+25
3.00E+25
2.00E+25
1.00E+25
0.00E+00
1234

10.2.15

フレア発生8時間前	
2006_12_12
17:40 UT	
Total Magnetic Energy
Magnetic Free Energy(J)	
1.00E+26
9.00E+25
8.00E+25
7.00E+25
6.00E+25

flare	

5.00E+25
4.00E+25
3.00E+25
2.00E+25
1.00E+25
0.00E+00
1234

10.2.15

フレア発生5時間前	
2006_12_12
20:30 UT	
Total Magnetic Energy
Magnetic Free Energy(J)	
1.00E+26
9.00E+25
8.00E+25
7.00E+25
6.00E+25

flare	

5.00E+25
4.00E+25
3.00E+25
2.00E+25
1.00E+25
0.00E+00
123410.2.1

5フレア発生5時間後	
2006_12_13
07:00 UT	
Total Magnetic Energy
Magnetic Free Energy(J)	
1.00E+26
9.00E+25
8.00E+25
7.00E+25
6.00E+25

flare	

5.00E+25
4.00E+25
3.00E+25
2.00E+25
1.00E+25
0.00E+00
1234

10.2.15仮想的擾乱を加えたフレア実験	
mag. energy	
forcing	liberatedenergy	

without forcing	time	
擾乱無しでは安定収束流擾乱による不安定化→ 最適な擾乱の発見によるフレア発生可能性の推測	10.2.1

X-ray Ejections & X-ray Wave
浅井さん提供	A faint X-ray plasmoid
is ejected from thesigmoid loop
(02:18~02:22UT)

Vpl~40-120 km/s
 It disappeares at
02:23UT X-ray wave-likephenomenon starts
just after thedisappearance Vwave~700 km/s
2006_12_11 17:00 UT	

2006_12_12 20:30 UT	

10.2.1

2006_12_11 17:00 UT	

2006_12_12 03:50 UT	

10.2.1

トリガ問題の解決には徹底的なプリフレアイ
ベントの解明が必要	

Hinode/SOT	pre-flare brightening and magnetic field	

2006.12.13 01:42:37

データ駆動モデルへの挑戦	太陽表面流速・電場解析の精緻化	
ＬＣＴ 誘導方程式逆問題
Kusano et al. 2002が必要
Fisher et al.2010	

Welsch et al. 2007	

山本さんから提供 2009 Hinode-3	
10.2.1

宇宙天気モデルへの展開	


太陽風モデル

ＣＭＥ形成モデル


Shiota et al 2009	



コロナ加熱の物理として面白い。
非線形MHDとして面白い。

ＣＭＥ伝播モデル

宇宙天気にとっては必要。	

Kataoka et al 2009	
10.2.1

10.2.1

まとめ	
予測研究は応用のみならず科学的にも重要。
 フレア発生予測（学習アルゴリズム、物理アルゴリズム、ＭＨＤモデル）は何れも発達途上。
 シミュレーションと観測の同化モデル


平衡モデルの改善（ＮＬＦＦモデルは限界あり。彩層モデルの必要性）



トリガプロセスの解明
プレフレアイベントの徹底的な解明（高時間高空間分解データ）
 速度場・電場の同化手法改善（ただし、ひのででまだまだできるはず。）
 “Vulnerability of Active Region”の定量化による予測をやってみたい。
10.2.1