タ解析EISCATレーダ講習会担当:小川泰信(極地研) 2 A名古屋大学高等総舎研究館行階力ンファレンスホール
UDASを用いたEISCAT&光学データの可視化方法を理解する。 (目標)複数のEISCATレーダーデータやその他の関係する観測データを組み合わせて、オーロラに伴う極域電離圏の変化を把握できるようになること。講習の内容: •EISCATレーダーシステムの基本的な知識のおさらい• UDAS/TDASを用いたEISCAT &光学データの読み込みと可視化、 2次元プロット、ラインプロットの作成。講習に使用するデータ:2012年01月22日のトロムソUHFレーダー(3方向スキャンモード)及びESR42mデータ、トロムソ/ロングイアビン全天カメラ(AWI)データ、IMF Bzデータ謝辞: EISCAT用CDFファイルの修正や光学データプロット用プログラムの作成にあたり、田中良昌さん（NIPR)に多大なご協力を頂きました。 EISCATレーダーの基本的な知識
直接導出可能な物理量:高度約80 kmから約1000 kmの·電子密度 ·視線方向のイオン速度・イオン温度・電子温度（この4つが基本物理量） KST UHFレーダーによる3局方式の観測から•イオンの3次元速度ベクトルモデル等を用いて2次的に導出可能な物理量: ·中性風速度(高度は約90-120 km) ·電気伝導度/電場•電離圏電流·降下粒子エネルギースペクトル•時間分解能は約1分、高度分解能は約3km(@E領域)、約20km(@F領域) •研究対象によって分解能を変えている(e.g.,オーロラ微細構造の研究:0.4秒値)
•全レーダー合わせて、年間3000-4000時間の観測(延べ約120-160日)。 1レーダーあたり年間1000-2000時間→毎日運用している訳ではない。ただし、国際極年(IPY)のキャンペーン観測の一環として、2007年3月1日から2008年2月28日までの1年間は、ESRによる極冠域電離圏の連続観測を実施。 •EISCAT共通実験(CP)と各国の特別実験(SP)の実験時間が約半分ずつ。 •CPは加盟国/世界共通の観測(World day観測、長期データベース作成用)。 • SPでは各加盟国の研究者による独自の観測が行われる。PIのSPデータ優先権は実験実施後1年間。 •日本のSP実験時間は合計約200時間。 •毎年10-17件のSP実験申請(毎年2-3月に公募。その内、新規の申請は例年2-5件）。 •各種科研費やプロジェクト研究費などを用いて現地での観測を実施。 ･過去の日本のEISCAT特別実験については、 http://polaris.nipr.ac.jp/~eiscat/sp.htmlを参照。
(極地研の場合) http://polaris.nipr.ac.jp/~eiscat/eiscatdata/各EISCATレーダーによって得られた・プラズマ基本物理量•3次元イオン速度•電気伝導度のプロットや数値ファイル、CDFデータ等を作成・整備・公開中。 http://polaris.nipr.ac.jp/~eiscat/optical/トロムソ/ロングイアビンでの光学観測機器によって得られた•オ一ロラ動画や数値ファイル• (磁気/地理)子午線ケオグラム等を作成・整備・公開中。 (晴れて才一ロラが見られる時間帯を優先して整備。1時間毎。）
Conjunction Event Finder for EISCAT人工衛星観測データとの連携（ISAS/JAXAとの共同開発） http://polaris.nipr.ac.jp/~eiscat/eiscat.cgi星星データ用のプロットと同じフォーマット( 1日& 2時間プロット)を用意。特に、2007年3月から2008年2月までは、ESRを1年間連続運用→人工衛星との同時観測例の検索が容易に。 EISCATデータの3次元可視化(京都大学との共同開発) http://polaris.nipr.ac.jp/~eiscat/eiscatdata/kmz.html 2-dimensional view of ionospheric plasma parameters Google Earth/Dagik Earth上にプロット可能なkmz形式ファイルをウェブページ内に掲載。
2012年1月22ー31日の太陽フレア及びCME現象の発生時のEISCATレーダーや光学機器の観測状況: ●2012年1月13－23日にEISCAT10日間連続ラン(トロムソUHFレーダー観測はすべて共通実験(Common Program)、 ESRは共通実験と一部ノルウェーの特別実験） O2012年1月24ー25日にUnusual Program (特別な自然条件下で急遽実施する実験。トロムソVHFレーダーとESR）トロムソでは、1月22－31日の長期間に渡り、夜間に晴天が継続。ロングイアビンでは、およそ半分の時間に晴れ間が見られた。トロムソ全天光学観測データ(AWI)の例2012年1月22日1700:01 UT(左図) 1720:32 UT(右図)
この様な時系列プロットをTDAS/UDASを用いて手軽に作成可能EISCAT&光学データを用いた講習
(1-1)初期化: IDL> thm_init (1-2)プロットする日にちの入力: THEMIS> timespan, '2012-01-22',1 (1-3)データの読み込み(まずはTromso UHFデータ) : THEMIS > iug_load_eiscat, site='tro_uhf ' (1-4)ロードデータ名の確認: THEMIS > tplot_names通常は*_all_* (全部を含むデータ)を用いる。 (1-5)データのプロット: THEMIS > tplot,['eiscat_trouhf_beat_all_ne', 'eiscat_trouhf_beat_all_te', 'eiscat_trouhf_beat_all_ti', 'eiscat_trouhf_beat_all_vi'] (1-6)軸の変更(Y軸の高度や,カラースケール) : THEMIS > ylim, 'eiscat_trouhf_beat_*', 90, 600 THEMIS > zlim, 'eiscat_trouhf_beat_all_vi', -400, 400 THEMIS > tplot
(2-1)データの読み込み(すべてのEISCATデータ) : THEMIS > iug_load_eiscat (2-2)ロードデータ名の確認:の4種種類THEMIS > tplot_names (eiscat_esr42m_ipy0_*やeiscat_trouhf_beat_*が読み込まれていることを確認)注:現在CDFファイルの整備を終えているデータは、 site='esr_42m'  site='esr_32m' site='tro_uhf' site='tro_vhf' (2-3)データのプロット(ここではESR42m、トロムソUHFレーダーデータ) : THEMIS> tplot,[eiscat_*_all_ne']
(前ページの続き) (2-4) IMF Bzデータのプロットを追加THEMIS> omni_hro_load THEMIS> tplot_names THEMIS> tplot,['eiscat_*_all_ne', 'OMNI_HRO_1min_BZ_GSM'] (2-5)光学データのケオグラムを追加THEMIS> iug_load_ask_nipr, site='tro' THEMIS> iug_load_ask_nipr, site='lyr' 1200 THEMIS> tplot_names THEMIS> ylim, 'iug_ask_*', -75, 75 THEMIS> tplot,['eiscat_*_all_ne','OMNI_HRO_1min_BZ_GSM','iug_ask_*'] THEMIS> zlim, 'iug_ask_lyr', 0, 150 THEMIS> zlim, 'iug_ask_tro', 0, 200注:ケオグラムのY軸は天頂角[deg]。 THEMIS> tplot毛から北に向かって正。
(3-1)データの読み込み(ESR42mデータとロングイアビン光学データ) : THEMIS> timespan, '2012-01-22',1 THEMIS> iug_load_eiscat, site='esr_42m' THEMIS> iug_load_ask_nipr, site='lyr' THEMIS> omni_hro_load (3-2)ロードデータ名の確認とプロット: THEMIS > tplot_names THEMIS> tplot, ['eiscat_esr42m_ipy0_all_ne', 'eiscat_esr42m_ipy0_all_te', 'iug_ask_lyr', 'OMNI_HRO_1min_Pressure', 'OMNI_HRO_1min_BZ_GSM'] (3-3)時刻や軸、カラースケールの指定THEMIS> tlimit, '2012-01-22/06:00:00', '2012-01-22/08:00:00' THEMIS> ylim, 'eiscat_esr42m_ipy0_all_*', 90, 500 THEMIS> ylim, 'iug_ask_lyr', -75, 75 THEMIS> zlim, 'iug_ask_lyr', 0, 100 THEMIS> tplot
(4-1)データの読み込み(トロムソUHFデータとトロムソ光学データ) : THEMIS> timespan, '2012-01-22',1 THEMIS> iug_load_eiscat, site='tro_uhf' THEMIS> iug_load_ask_nipr, site='tro' THEMIS> omni_hro_load (4-2)ロードデータ名の確認とプロット: THEMIS > tplot_names THEMIS> tplot, ['eiscat_trouhf_beat_all_ne', 'eiscat_trouhf_beat_all_te', 'eiscat_trouhf_beat_all_ti','iug_ask_tro', 'OMNI_HRO_1min_BZ_GSM'] (4-3)時刻や軸、カラースケールの指定THEMIS> tlimit, '2012-01-22/20:00:00', '2012-01-22/23:00:00' THEMIS> ylim, 'eiscat_trouhf_beat_all_*', 90, 700 THEMIS> ylim, 'iug_ask_tro', -75, 75 THEMIS> zlim, 'iug_ask_tro', 0, 200 THEMIS> tplot
(5-1)特定の時刻のためのインデックスを見つける:今回はトロムソUHFデータの電子密度の高度分布を作成THEMIS > inds=nn('eiscat_trouhf_beat_all_ne','2012-01-22/20:56:00') THEMIS > print, inds (5-2)tplotの変数をIDLの変数に変換する: THEMIS > get_data, 'eiscat_trouhf_beat_all_alt ', data=alt1 THEMIS > get_data, 'eiscat_trouhf_beat_all_ne', data=ne1 THEMIS > help, ne1, /struct (5-3)新しいウィンドウを開き、プロットを表示する: THEMIS > window,1 THEMIS > plot, ne1.y(inds, *), alt1.y(inds, *), /xlog, xtitle='Ne', ytitle='Altitude' (5-4)その他の方法として、マウスで表示したい時刻を選択: THEMIS > window,2,xsize=256,ysize=256 THEMIS > ctime,/cut (その後、右クリックでコマンドプロンプトに戻る。) 2012-01-22 20:56:00 UTの電子密度分布＠トロムソ
(6-1)複数日にまたがる連続観測データの表示例(CME到来日を含む前後3日間の電子密度とオーロラ活動変動@トロムソ) THEMIS> timespan, '2012-01-21',3 THEMIS> iug_load_eiscat , site='tro_uhf' THEMIS> iug_load_ask_nipr, site='tro' THEMIS> tplot,['eiscat_trouhf_beat_all_ne','iug_ask_tro','OMNI_HRO_1min_BZ_GSM']今後は、3次元イオン速度や電離圏電気伝導度の表示、多波長(RGB)の光学データの表示、周波数解析（Pc5等）等も可能にする予定。 18