前期課題演習DB （火曜日３・４限、４単位）

流体地球圏の科学

From ＮＡＳＡ

流体地球圏の現象
太陽惑星系電磁気
大気海洋・陸水From ＮＡＳＡ

手法・考え方
計測データ解析
数値計算
課題１ ：見えない地磁気を捉える （地球電磁気×計測）
課題２ ：気候の仕組みを観測データから知る （大気×データ解析）
課題３ ：海の流れを計算機で見る （海洋・陸水×数値計算）
補課題：計算機とプログラミング課題１（地球電磁気×計測）

見えない地磁気を捉える目的：• 地球の磁場(地磁気)について理解する．
• 電子コンパスデバイスを用いて，自然現象の観測手法を習得する．
内容(例)：• 計測装置の仕組みとその取り扱いの習得• ハードウェアとソフトウェア連携の実習• 地磁気の方向の野外計測の実施• 計測データの整理、地磁気方向の算出• レポート課題２（大気×データ解析）

気候の仕組みを観測データから知る
アメダスデータの解析

目的：・気象・気候現象に慣れ親しむ。
・観測データの解析（統計処理）や作図の手法を習得する。
内容：
・ アメダスデータ や グローバル大気データ 等を用いて、さまざまな大気現象の時空間構造を観察する。
・ 解析・描画にはPythonを使用。

グローバル大気データの解析課題３（海洋・陸水×数値計算）

海の流れを計算機で見る
目的：
・海水や湖水の運動の力学バランスを理解する．
・数値シミュレーションを通して数値計算の手法を習得する．
内容（例）：
・琵琶湖の水温・塩分データから地衡流を計算する．
・拡散方程式（熱伝導方程式）を数値的に解く．
＊両内容とも実施

補課題

計算機とプログラミング

対象者：
計算地球物理学・同演習の未履修者
目的：
課題演習DBの受講に最低限必要な計算機リテラシー教育
内容：
・Unixの基礎
・Fortran90プログラミングの基礎

後期課題演習DD （火曜日３・４限、４単位）

流体地球圏の科学
2022年度テーマ(2023年度については6月頃掲示)
太陽惑星系電磁気・探査衛星と地上の磁場観測で宇宙空間を知る
・地球と火星の超高層プラズマを探る
大気・気象学総合演習
・粒の気象学 －雨粒と微粒子－
テーマを一つ選択
海洋・海洋力学演習
・地球の南北熱エネルギー輸送において海洋の担う役割を評価する

地球物理学分野 課題研究
T1 電磁気圏
T2 大気圏・水圏
T3 固体圏
T1-T3から１課題を選び，さらに研究室・指導教員を選び，通年で卒業研究を行う．
課題演習から課題演習へ
自らの適性を考えながら，専門分野を決めるシステム．
「緩やかな専門化」

課題研究 T1(電磁気圏）【担当教員】
地球物理学教室 太陽惑星系電磁気学講座
田口 聡（教授）、斉藤 昭則（准教授）原田 裕己（助教）
地磁気世界資料解析センター
松岡 彩子（教授）、藤 浩明（准教授）今城 峻（助教）

電磁気圏• 主として，高度約100 kmから惑星間空間にいたる電離大気（プラズマ）が広がる領域のダイナミックな現象を対象．
• 地球の内部において電気が流れやすくなっている領域も対象．
• 地球の磁場の存在がものごとの理解に大きく関わってくる領域が電磁気圏．
• 惑星が磁場をもつ場合，その周辺領域も研究対象．

オーロラ地上観測と人工衛星観測に基づく太陽風・磁気圏
結合過程と高緯度電離圏の現象の解明（田口）DMSPSpacecraft光学観測と電波観測による電離圏の現象の解明（斉藤）国際宇宙ステーションからの大気光撮像

地震後の電離圏プラズマの変動

月・火星周辺のプラズマ観測データ解析（原田）
Kaguya (2007-2009) Mars Express (2005-)

MAVEN (2014-)(Courtesy JAXA)(Courtesy NASA)(Courtesy ESA, NASA, Univ. of Iowa)

ARTEMIS (2011-)(Courtesy NASA/GSFC)

磁場観測を中心としたT1での実施内容：
探査機・地上データ解析による 電磁的エネルギーの形態変化や伝搬の現象の解明を目指す。
宇宙空間・地球磁気圏・惑星電磁気圏の現象の解明 ・探査機や地上観測で取得された、宇宙空間・地球磁気圏・惑星磁気圏における（松岡）磁場やプラズマのデータを解析【例】「あらせ」衛星データを用いた地球放射線帯の電磁波動の研究

あらせ（地球放射線帯観測）2016年12月打ち上げ

・将来ミッションを見据えた、従来より性能を向上させた探査機搭載用磁場計測機器の開発や試験
その後の研究の発展の可能性：

JUICE(木星氷衛星探査)
2023年打ち上げ予定
BepiColombo（水星探査）2018年10月打ち上げ、2025年水星到着
MMX(火星衛星探査)
2024年打ち上げ予定

Comet Interceptor（始原的彗星観測）
2028年頃打ち上げ予定

将来の探査機・地上観測プロジェクトへの参加（機器開発・打ち上げ前の試験を含む）【例】BepiColombo 探査機データを用いた、地球より太陽の影響を受けやすい水星磁気圏で起きる電磁現象の研究

地球磁場の内外分離による全球電磁誘導の解析（藤）宇宙空間を流れる電流系の研究(今城)(d) 中緯度磁気圏の磁気圏 - 電離圏結合系における役割

オーロラ

(c)

太陽方向 ( 昼側 )(a) グローバル
ル
振動電流系

地上磁力計
電離圏

みちびき衛星プラ

ズマ

様々な磁気圏電離圏電流系

粒子分布

AMPERE 衛星
衛星群
衛衛星
あらせ衛星
(b) 内部磁気圏電流系
気東西電流INTERMAGNET
全球地磁気観測網

電流振動源領域

あらせ衛星による高高度のオーロラ加速領域観測教員・院生の研究内容や研究室について

Kyoto SPELで検索

Kyoto WDCで検索

質問などは斉藤まで
saitoua@kugi.kyoto-u.ac.jp流体系（⼤気圏・⽔圏分野）• 構成メンバー• 課題演習DD（3回生後期）の課題• 課題研究T2（4回生）配属の研究室

研究室
・気象学
・物理気候学・海洋物理学
・陸⽔学

スタッフ
⽯岡・坂崎
向川・重
吉川・根⽥
⼤沢

課題演習DD（大気圏・水圏分野）の課題：
2022年度
題名

担当教員

前提

定員

粒の気象学
−雨粒と微粒子−重尚一
高橋けんし（生存圏研究所）
大沢信二（地球熱学研究施設）

課題演習DBの履修

4名

海洋力学演習吉川裕

計算地球物理学で行う程度のFortranの基礎知識

4名

地球の南北熱エネ
ルギー輸送において海洋の担う役割を評価する

根田昌典

課題演習DBの履修4名

気象学総合演習

石岡圭一
坂崎貴俊
堀口光章（防災研究所）

課題演習DB, 計算地球物 5名
理学・同演習, 地球連続体
力学など

気象学総合演習
担当： 石岡・坂崎
テーマ：観測・データ解析・数値実験のという3つの手法に触れることにより、気象学研究の基礎を身につける。
（各テーマ毎、 4週または5週ずつ実施）
具体的内容（2020年度の場合）：
超音波風速計を用いた地面付近の大気乱流観測
グローバルデータを用いた北極振動現象の解析
スペクトル法という手法を用いた流体数値計算の実習

粒の気象学 −雨粒と微粒子−
担当：重 尚一・高橋けんし(生存圏研究所)・大沢信二(地球熱学研究施設)
分野：気象・気候・陸水・リモートセンシング 定員：4名•••

本課題では，雨粒や微粒子（エアロゾル）といった気象学のなかの“粒”に関連した様々な観測データに触れる．
雨粒
レーザ（光）（図）で得られた雨滴の大きさを表す粒径分布データや得られた雨粒の大きさを表す粒径分布データやレーダ（電波）で得られた高時間・高分解能の雨の水平分布を，プログラムを作成して可視化・解析するとともに，関連する英語文献の輪読を行う．
微粒子（エアロゾル）
エアロゾルの粒径分布データについても，光散乱計測法により観測する．天気予報やニュースで目にする「きょうのPM2.5は〜」という情報には載らない，多彩な情報が得られることを実感してもらう．“どこ”で，“どのように”エアロゾルの粒径分布を測定するかは，受講生と相談しながら決める．
図 理学部１号館屋上設置のレーザ式
降水粒径速度分布測定装置

課題演習ＤＤ（海洋×数値計算）

海洋力学演習目的：・海洋力学の基礎の習得
・数値計算手法の習得
内容（例）：
・海洋深層大循環の数値実験
・赤道潜流の数値実験
モデル海洋（単純化）

計算結果
（流速場）

課題演習ＤＤ（海洋×データ解析）

地球の南北熱エネルギー輸送において海洋の担う役割を評価する

目的：
・観測データの取り扱いの基礎を学ぶ
・論文を読んで解析に応用することを学ぶ
内容：
・地衡流計算等によって海洋の熱輸送を評価する
・海水の分布とその輸送が決して一様ではないことを実感する

WOCE観測網

気象庁ＨＰより黒潮• ●特⾊:地球⼤気, 惑星⼤気で⽣じている様々な現象の根源を⼒学的に深く理解することを⽬指している.
• ●得意としている分野:
成層圏‐対流圏系の気象・気候変動, プラネタリー
波・重⼒波, 流れの安定性, 渦の⼒学, 乱流からのパターン形成, 数値計算法開発,⼤気の予測可能性, 潮汐波・⾃由振動 等.

• 研究室の特⾊• 気候形成や気候変動の問題を念頭に、気候の様々な側⾯を多⽅⾯から理解するための研究• キーワード• 対流圏、⾮断熱過程• 数値モデル（開発と利⽤）、衛星リモートセンシング• 降⽔の時空間変化、降⽔と地形、重⼒波と対流、雲と波動• ブロッキング、異常気象、予測可能性• 惑星規模波、中⾼緯度での成層圏−対流圏結合

吉川裕、根⽥昌典

風波

対象：海洋をはじめとする⽔圏地球に⽣起する現象の物理（⼤気海洋相互作⽤も）From Sullivan and McWilliams (2010)

海流⼿法：数値実験、観測、資料解析
特⾊：１０ｍ規模の⾵波から全球規模の海流（⼤循環）まで
From NASA/Goddard Space Flight Center
Scientific Visualization Studio●⽬的:地下⽔，温泉⽔，湖⽔，河川⽔といった様々な陸⽔について，多⾓的な視点から理解する。
●特⾊:
野外調査と試料分析に基づいた地球物理的，地球化学的な⼿法を⽤いて，陸⽔の起源や⽔循環過程，付随現象の発現理由，地球環境や地学現象との関係を解き明かす。
詳しくは，地球熱学研究施設のＨＰを⾒てください。
http://www.vgs.kyoto-u.ac.jp/japanese/j-index.html