Current EISCAT andnext EISCAT_3D database
小川 泰信, 野澤 悟徳, 田中 良昌, 橋本 大志, 大山 伸一郎,津田 卓雄, 藤原 均, 西村 耕司, 宮岡 宏, 中村 卓司, 藤井 良一,
Ingemar Häggström, Craig Heinselman
第148 回地球電磁気・地球惑星圏学会
特別セッションS001「論文が書ける研究データ管理・出版・引用：データの新しい役割を見据えて」
S001-07（11:45-12:00 2020年11月2日）
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Outline
1. EISCATレーダーとEISCAT_3D計画の概要
2. EISCATデータベースについて
3. 現行EISCATと今後のEISCAT_3Dのデータ量
4. 現行EISCATデータベースを用いた解析例
5. EISCAT_3Dシステム＆データ準備の国際体制
6. 現行EISCAT/EISCAT_3Dデータベース作成の流れ
7. EISCAT_3Dデータ用アーカイブ構成案
8. まとめ2

EISCAT radar system
Longyearbyen・EISCAT Svalbard radar (ESR)

Longyearbyen(Svalbard)(78º 09’N, 16º 03’E ,Invariant Lat: 75º10’N)
Tromsø (Norway)(69º35’N,19º14’E,Invariant Lat: 66º12’N)・EISCAT KST VHF Radar
・EISCAT UHF Radar・Heating facility

Tromsø
KirunaSodanklyä

Kiruna (Sweden)(67º 52’N, 20º 26’E ,Invariant Lat: 64º27’N)

Sodanklyä (Finland)(67º 22’N, 26º 38’E ,Invariant Lat: 63º34’N)
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EISCAT_3D radar system
送受信局

受信局（第3期）
受信局
受信局

各EISCAT_3Dサイトのイメージ図

EISCAT_3D データセンターを、送受信局（シーボトン）に併設予定

受信局（第4期）

Leaflet © Map tiles by Stamen Design, under CC BY 3.0.
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Data by OpenStreetMap, under ODbL.

EISCAT_3D radar system• 現行EISCATレーダーの約100倍の性能（第4期）。複数ビーム＆多局観測を同時に可能。
• 当初は2021年末の第1期（3サイト、送信出力： < 5MW）完成を想定

カイセニエミ（Kaiseniemi）

シーボトン（ノルウェー）

カレスバント（Karesuvanto）

電離圏立体観測のイメージ図→ COVID-19 感染拡大に伴う影響などにより、完成が1年遅れ、2022年末となる公算。

• シーボトン（ノルウェー）の送受信局では、アンテナアレイ設置用の基礎工事が2020年6月に完了。送信用ハット2棟を現在建設中。
• 日本は EISCAT_3Dレーダーの送信機開発や部分調達に貢献、ソフトウェア開発にも協力中。

送受信サイトの現状（EISCAT本部提供。 2020年6月撮影。）

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EISCAT データベース
EISCAT本部（キルナ・スウェーデン）の提供するデータベース

Madrigalデータベース

http://portal.eiscat.se/schedule/

http://portal.eiscat.se/madrigal/• EISCAT本部の整備するデータベース。 • 世界中の非干渉散乱（IS）レーダーデータベースと協力連携。
• 1981年の観測開始以降すべての自• EISCAT本部の整備する物理量デー
己相関関数（ACF）データ を公開。
タベースを含む。
（特別実験データについては、IPアクセス制限あり。）• 主に 1次プラズマ物理量（電子密度、電子温度、イオン温度、視線方向イオン速度）の1分積分値を整備公開。
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国内EISCAT データベース
EISCATデータベース（極地研）

EISCATデータベース（名大ISEE）

http://pc115.seg20.nipr.ac.jp /www/eiscatdata/

http://www.isee.nagoyau.ac.jp/~eiscat/data/EISCAT.html• １次プラズマ物理量（電子温密度、電子温度、イオン温度、視線方向イオン速• 名大ISEEを中心にトロムソサイトに展度）の1,2,5分積分値を整備公開。
開中の関連レーダー/光学観測データについても整備公開。
• ２次物理量である電離圏電気伝導度や3次元イオン速度についても解析＆公開（1981～2020年）
7Size of EISCAT data
1981年から2019年までのEISCATデータ年間総量の変移
レーダーシステムソフト
ウェア更新（2000）

1TB
Voltage level データ取得開始（2011）
プラズマラインデータの定常取得（2007-）

年• EISCAT 自己相関関数（ACF）データ ： 約100 TB（1981-2020年）（バックアップを含め 約150 TB、一部Voltage level データを含む。）• EISCAT プラズマ物理量データ：約10 TB （1981-2020年）（極地研データベースの場合。バックアップデータを含む。）
ファイルフォーマット：Matlabバイナリ、CDF（IUGONET連携）、KMZ（Dagik連携）、ASCII、各種プロット。
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Size of EISCAT/EISCAT_3D dataEISCAT KST radar
ここ数年間は6~10 TB/年

年

EISCAT Svalbard radar (ESR)
ここ数年間は1~4 TB/年

EISCAT_3Dに移行

年 引き続きデータ取得

現行EISCAT：線観測（例：高度方向に40点） 、1点での3局観測、年間約2000時間の稼働率
EISCAT_3D（2023年~）：多ビーム観測（例：7×7×80点）、多点での3局観測（例：7×7×80点） 、356日/24時間の連続運用を想定、イメージング観測→ EISCAT_3D で蓄積するデータの想定量：約 2 PBytes/年
データセンターに求められるアーカイブ容量：約 20 PBytes
9解析例（極域電離圏イオン温度の長期変動）

Altitude [km]上図：: EISCATトロムソUHFレー
ダー観測による過去33年間のイオン温度変動（地磁気静穏時の昼間のデータのみ利用）。
下図：太陽活動の影響を除去して明らかになったイオン温度の長期変化。イオン温度は10年で約14度の割合で低下。

Ion temperature variations

Ti(obs) - Ti(fit) [K]

Thermosphere cooled over the past 31 years

その他に、高時間分解能（1秒以下）のデータ解析によるオーロラ物理の研究などにも利用。
?
EISCAT_3D

Ti_trend = -1.3±0.36 K/year10YearTi(fit)MgII = A + B·SZA + C·(MgII) + D·(MgII)2[Ogawa et al., GRL, 2014]10

EISCAT_3Dシステム＆データ準備の国際体制
EISCAT_3D software development team
EISCAT本部/サイトスタッフ 13名、橋本大志（極地研、2019年9月～、キャリブレーションアンテナなどを担当）

NeIC EISCAT_3D Data solution project (2018.4-2020.4)
https://wiki.neic.no/wiki/EISCAT_3D_Data_Solutions・EISCAT_3Dにおけるオンサイトコンピューティング、データアーカ
イブ、ネットワーク接続の最適解を検討し、文書化（公開中）。
・ Project Members: 上記 Software team メンバーに加え、John White (プロマネ), 西村耕司（極地研、 2019年9月～）、他。
・ Stakeholder Group：北欧のネットワーク専門家などを含む。
・ Steering Group member: John White, Craig Heinselman,
Tomasz Malkiewicz (NeIC), 小川泰信（極地研）→ その文書内容を基に、EISCAT_3D
ユーザーコミュニティメンバーを含めた解析ツール等の検討。

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現行EISCATデータベース作成＆公開の流れ
EISCAT本部/レーダーサイト
データフォーマット変更（NCAR & ASCII形式）＆プロット作成｜ ←----------- Matlab利用 ---------→｜EISCAT ACFデータ（Matlabバイナリ形式、約 0.3-6秒値）

1次プラズマ物理量
データ（Matlabバイナリ形式、約 1分値）
ISスペクトル解析（guisdap）

ダウンロード公開1次プラズマ物理量： 電子密度、電子温度、イオン温度、
視線方向イオン速度

極地研
EISCAT ACFデータ（Matlabバイナリ形式、約 0.3-6秒値）

1次プラズマ物理量
データ（Matlabバイナ
リ形式、1,2,5分値）

計算時に経験モデル（MSIS,IGRF）利用

電場＆電気伝導度
データ（Matlabバイナ
リ形式、1,2,5分値）

データフォーマット変更（CDF & ASCII形式）＆プロット作成

公開

データフォーマット変更（CDF & ASCII形式）＆プロット作成｜ ←-------- Matlab利用 -------→ ｜←IDL利用 →｜ Doi付与を検討中
注：KMZ 形式ファイルも作成＆公開（京大理との連携協力）
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EISCAT_3Dデータベース作成＆公開の流れ（案）EISCAT_3Dデータセンター/ レーダーサイト Doi付与を検討中
EISCAT_3D
ACFデータ（HDF5形式、< 1秒値）

1次プラズマ物理量
データ（HDF5形式、ビーム毎に < 1分値）

データフォーマット追加（HDF5&ASCII形式）＆プロット作成

ダウンロードテープ輸送/ダウンロード

公開ポータル

ISスペクトル解析｜←----------- Python他利用 ---------→｜連携協力

極地研
EISCAT_3D
ACFデータ（HDF5形式、< 1秒値）

1次プラズマ物理量
データ（HDF5形式、ビーム毎に < 1分値、その他）

データフォーマット追加（HDF5&ASCII形式）＆可視化ツール作成

公開

計算時に経験モデル（MSIS,IGRF）利用

電場＆電気伝導度＆データフォーマット追加（HDF5&ASCII形式）
電流密度データ（HDF5形式、 2次元/＆可視化ツール作成
3次元分布を導出）
注：KMZ 形式ファイルも作成＆公開（京大理との連携協力）

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まとめ
• スカンジナビア半島北部とスバールバルにおけるEISCATレーダー観測により得られた電離圏物理量データベースについて報告した。
• 2022年末より観測開始予定のEISCAT_3Dレーダーについて、データベースの検討状況と予定を紹介した。
• 現行EISCAT（年間約10TB）と比べ、約100倍のデータ量をEISCAT_3Dでは想定。それに備えたデータアーカイブシステムと、データ処理の流れ、公開方法を検討中。
• データフォーマットはHDF5で統一、長期データアーカイ
ブ用にテープデバイスの利用を想定。
• 送受信局に併設予定のデータセンターに用意するデータアーカイブと互換性をもつシステムを日本に構築することを想定。国内ユーザーに対して利便性の高いシステ
ム （データ可視化ツールを含む）を用意したい。
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