hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
強制公理の応用と大きい連続体濃度

部分的な強制拡大で閉じているという公理を総称して強制法公理と呼ぶ.代表的な強制法公理であるMartin's Axiom MAはShelah-Baumgartnerが導入したProper Forcing AxiomPFAよりも真に弱いことが示されている.Barmgartnerは「どの$\aleph_1$-稠密な実数の集合も順序同型である」(以下これをBAと書く)ことが無矛盾であることを示し,TodorcevicはBAがPFAから導けることを示した.Abraham-Shelahは「MAが成り立ち,BAが成り立たないことが無矛盾である」ことを示した.こうして,BAはPFAから導けて,MAから導けない代表的な数学的命題となった.Aspero-Motaはfinitely-properという半順序の性質を導き,「finitely-properな半順序に関する強制法公理fPFAと連続体濃度が$\aleph_2$より大きいことは無矛盾である」ことを示した.PFA →fPFA →MAが成り立つことから,fPFAはMAより真に強く連続体濃度が大きいことと無矛盾な強制法公理であることが示されている.この研究では,「fPFAが成り立ち,BAが成り立たない」ことが無矛盾であることを示すことで, Abraham-Shelahの上記の定理を拡張した.証明の要点は,Abraham-Shelahが導入した2-entanglednessを拡張した2-bi-entanglednessを導入したこと,Aspero-Motaによる反復強制法を改良したことである.この結果は研究集会で発表し,論文を投稿している.2018年度の目標は,Aspero-Mota iterationをより適用範囲を広げるような改良を開発することであった.この目標を達成させ,さらにその改良を用いて,上記のように, Abraham-Shelahの無矛盾結果を拡張した新たな無矛盾結果を得たことから,概ね順調に進んでいると判断した.次の目標は,Aspero-Motaの反復強制法,およびNeemanの反復強制法を応用することで,$\aleph_1$上の組合せ論のさらなる進展に寄与することである.特に,一様化できないladder system coloringが持つ性質を精密に調べることで,一様化できないladder system coloringが存在することと無矛盾な「まともな」強制法公理を見つけ,それと連続体濃度との関連追求する.部分的な強制拡大で閉じているという公理を総称して強制法公理と呼ぶ.代表的な強制法公理であるMartin's Axiom MAはShelah-Baumgartnerが導入したProper Forcing AxiomPFAよりも真に弱いことが示されている.Barmgartnerは「どの$\aleph_1$-稠密な実数の集合も順序同型である」(以下これをBAと書く)ことが無矛盾であることを示し,TodorcevicはBAがPFAから導けることを示した.Abraham-Shelahは「MAが成り立ち,BAが成り立たないことが無矛盾である」ことを示した.こうして,BAはPFAから導けて,MAから導けない代表的な数学的命題となった.Aspero-Motaはfinitely-properという半順序の性質を導き,「finitely-properな半順序に関する強制法公理fPFAと連続体濃度が$\aleph_2$より大きいことは無矛盾である」ことを示した.PFA →fPFA →MAが成り立つことから,fPFAはMAより真に強く連続体濃度が大きいことと無矛盾な強制法公理であることが示されている.この研究では,「fPFAが成り立ち,BAが成り立たない」ことが無矛盾であることを示すことで, Abraham-Shelahの上記の定理を拡張した.証明の要点は,Abraham-Shelahが導入した2-entanglednessを拡張した2-bi-entanglednessを導入したこと,Aspero-Motaによる反復強制法を改良したことである.この結果は研究集会で発表し,論文を投稿している.2018年度の目標は,Aspero-Mota iterationをより適用範囲を広げるような改良を開発することであった.この目標を達成させ,さらにその改良を用いて,上記のように, Abraham-Shelahの無矛盾結果を拡張した新たな無矛盾結果を得たことから,概ね順調に進んでいると判断した.次の目標は,Aspero-Motaの反復強制法,およびNeemanの反復強制法を応用することで,$\aleph_1$上の組合せ論のさらなる進展に寄与することである.特に,一様化できないladder system coloringが持つ性質を精密に調べることで,一様化できないladder system coloringが存在することと無矛盾な「まともな」強制法公理を見つけ,それと連続体濃度との関連追求する.
北西太平洋における極限温室期の全環境復元

極限温室期である白亜紀中期の海洋無酸素事変(OAE2, 1a)時期における北西太平洋の環境変動とその要因を明らかにするために,日本各地の同層準の地層に対して,微化石,炭素・オスミウム同位体比,粘土鉱物結晶化度測定を実施した.OAE2時期では,大規模火成岩岩石区の火山活動により,大量のCO2が放出され,顕著な湿潤気候がアジア大陸で発生し,大量の栄養塩を陸から海洋に供給した.このため,表層の生産性が増加し,貧酸素水塊が発達した.ただし貧酸素水塊の発達は10万年にも満たない比較的短い期間に発生した.一方,OAE1aについては,同地域において100万年間以上の長期間にわたり無酸素水塊の発達が起こった.本年度は,白亜紀中期の海洋無酸素事変のうち,昨年度に引き続き,9400万年前に発生した海洋無酸素事変2の検討を行うと共に,1億1300万1億1000年万年の間に複数回発生した海洋無酸素事変1bにも焦点を当てて野外調査および試料の分析を行った.(1)海洋無酸素事変2の検討:このイベントの層準に関しては,昨年度試料を採集済みのため,今年度は試料の粘土鉱物分析を実施した.北海道苫前地域の朱鞠内川セクションおよび大曲沢セクションからそれぞれ採集した200試料について,粉末化および沈殿法によって粘土を抽出し,蛍光X線回折装置を用いてイライトの結晶化度および粘土鉱物組成を測定した.その結果,海洋無酸素事変2の開始直前では,イライトの結晶化度が低く,カオリナイト/イライト比が高くなっており,湿潤な気候が卓越していたことが明らかになった.一方,海洋無酸素事変の発達後は,逆にイライトの結晶化度が高くなり,カオリナイト/イライト比が低くなった.これらのことから,イベントの発生前は,温暖・湿潤かしていたのに対して,海洋無酸素事変によって大量の二酸化炭素が除去されることにより,寒冷で乾燥した気候が出現したことが明らかとなった.(2)海洋無酸素事変1bの検討:海洋無酸素事変1bで堆積した地層については,北海道芦別川上流で泥岩および凝灰岩の試料採集を行った.これらの試料について,浮遊性有孔虫化石,炭素同位体比,凝灰岩のU-Pb年代を測定し,貧酸素水塊が強く発達した地層を蝦夷層群において特定することができた.さらに太平洋とテチス海における同イベントの違いを検討するために,このイベントによる堆積物が最も模式的に見られるフランス,Vocontian Basinにおいても試料を採集した.白亜紀中期の極限温室期のひとつである海洋無酸素事変2の時期に,北西太平洋で堆積した白亜系蝦夷層群佐久層の露出する北海道苫前町,幌加内町,占冠村,夕張市の各地域で野外調査を実施し,地質図・柱状図を作成するとともに,各セクションにおいて泥岩(200試料)および凝灰岩試料(50試料)の採集を行った.苫前,幌加内,夕張地域で採取した泥岩については,テトラフェニルホウ酸ナトリウム溶液を用いて溶解させ,開口径64マイクロメーターのメッシュで洗浄した後,微化石・植物片の抽出を行った.抽出した微化石については,同定および群集解析を実施し,植物片については,岡山大学の分担者(山中寿朗)の研究室において,質量分析計を用いて安定炭素同位体比の測定を行った.その結果,各セクションの佐久層において海洋無酸素事変2の詳細な層準が明らかになり,微化石群集の変動から,溶存酸素の減少が北西太平洋においても複数回発生したことが明らかになった.また,凝灰岩からジルコンを抽出し,Activation LaboratoryにおいてSHRIMP2を用いたU-Pb年代測定を実施した.その結果,放射年代による定量的な年代値(94.3Ma91.0Ma)を得ることができ,海洋無酸素事変2発生時期の詳細な年代モデルの構築にも成功した.また,今回設置したマイクロウェーブ分解装置を用いて泥岩試料を分解し,ICPーAESを用いて無機元素含有量についても測定を行った.無機元素含有量の結果も微化石群集の結果と整合的で,海洋無酸素事変2発生期間中に複数回の溶存酸素減少の傾向が示された.また,当時の陸域の温暖・湿潤環境の復元のための粘土鉱物分析(イライトの結晶化度および粘土鉱物組成)を九州大学の分担者(桑原)の研究室で予察的に行った.白亜紀で最も温暖化したと考えられている1億1300万年前のOAE1bおよび9400万年前のOAE2を対象として各種分析を行った結果,本年度は以下の研究成果を得ることができた.1)白亜紀の海洋無酸素事変OAE1b, OAE2層準の年代モデルの確定:北海道蝦夷層群の惣芦別川,芦別川,白金川,古丹別川,大曲沢川,朱鞠内川の各セクションにおいて炭素同位体比および凝灰岩のU-Pb放射年代測定,浮遊性有孔虫化石の抽出を行い,さらに白金川のOAE2層に関してはオスミウム同位体比の測定を行った.その結果,同区間に関して世界で最も詳細な年代モデルを作成することができた.また,岩手県久慈層群において,炭素同位体比と凝灰岩のU-Pb放射年代の結果から,日本の陸生層で初めてOAE2層準を見出すことができた.2)OAE2層準の環境変動:白金川,大曲沢川,朱鞠内川のOAE2層準において,昨年度に引き続き底生有孔虫群集および粘土鉱物分析を実施した.

粘土鉱物組成およびイライトの結晶化度および底生有孔虫群集の溶存酸素指標種の増減に着目し,オスミウム同位体比の研究結果と比較した結果,OAE2直前の火成活動が活発化する時期に陸域に湿潤な環境が出現し,OAE2の発生と同時に乾燥化,海洋の貧酸素化が起こったことが明らかとなった.3)OAE1b層準の陸生層の研究:兵庫県篠山層群において炭素同位体比と凝灰岩のU-Pb年代測定を行った結果,OAE1b層を含んでいることが明らかとなった.また,同層準の泥岩は暗灰色を呈し,他の層準は赤色を呈することから,湿潤気候が卓越していることが明らかになった.本年度は主に,前期白亜紀後期のアプチアン期初期に発生した海洋無酸素事変OAE1aの古環境解析を検討した.泥岩・凝灰岩の試料採集は,徳島県上勝町に露出する物部川層群と徳島県那賀町に露出する南海層群において行った.上記の試料に加え,すでに採集していた北海道蝦夷層群下部の試料に対して微化石および放射年代測定を行った結果,Aptian前期を特徴づける浮遊性有孔虫化石および放散虫化石が産出した.さらに,北海道の試料に関しては,炭素同位体比層序を検討した結果,OAE1aのピークを見出すことができ,ヨーロッパの模式地域と高精度の年代対比を行うことができた.さらにOAE1a層準近傍に挟まる複数の凝灰岩層のU-Pb年代を測定した結果,OAE1a層準は121Maであることが明らかとなった.従来の研究では,OAE1a付近に凝灰岩が見出されてこなかったため,OAE1aの年代はミランコビッチサイクルに基づいた推定値(124Ma)しかなかったが,今回,その推定年代値よりもはるかに新しい時代であることが本研究によって明らかとなった.また,OAE1a層準の底生有孔虫群集や生物擾乱程度を予察的に解析した結果,深海セクション(北海道・蝦夷層群下部)では貧酸素無酸素環境が卓越していたのに対して,半深海浅海セクション(南海層群,物部川層群)では比較的酸化的な環境であることが示された.当初計画していたOAE1bとOAE2に関する研究はほぼデータ処理が終了しつつあり,さらに別の海洋無酸素事変であるOAE1aについても一定の成果を得ることができたため.本年度前半は,蝦夷層群において,追加の泥岩および凝灰岩試料の採集を実施した.さらに,蝦夷層群,久慈層群,御船層群および南海層群で採取した泥岩試料に対して,微化石の抽出,凝灰岩のジルコンのU-Pb年代測定と有機炭素の炭素同位体比分析を行った.本年度後半は,これまでに得られた各地域の白亜系に対して,浮遊性有孔虫化石,放散虫化石,オスミウムおよび炭素同位体比層序,凝灰岩に含まれるジルコンのU-Pb放射年代,凝灰岩に含まれるアパタイト微量元素組成に基づき,詳細な層序・年代対比を行った.これら詳細な地層の年代対比に基づき,海洋無酸素事変(OAE1a, 1b, 2)層準に対して,微化石群集,粘土鉱物組成,イライトの結晶化度,堆積物化学組成を基に古環境変動の詳細を明らかにした.その結果,海洋無酸素事変2の発生時には,次の3段階の変化が見出された.(1)大規模な火成活動の発生と同時に風化の促進.(2)表層生産性の増加と貧酸素水塊の発生.(3)風化の減退と溶存酸素濃度の上昇.(1)の発生のおよそ3万年後に(2)の段階が始まり,(2)の期間はおよそ30万年間継続し,その後(3)の段階が始まり,海洋無酸素事変が終息した.このように,白亜紀海洋無酸素事変の発生は,火成活動がトリガーとなり,数万年のタイムラグを経て発生することが明らかとなった.
電気的測定によるゴムの汎用加硫試験機の開発

1,生ゴムとゴム製品の配合:極性のNBR,または非極性のBR,SBRと各種ゴム製品とを、既設の2本ロールまたは密閉型二軸混合機を用いてカーボンブラック、加硫剤を含む系と含まない系など配合割合を系統的に変化させて配合した。2,加硫用金型の製作および加硫操作:圧縮成型金型(キャビティサイズ114mm×119mm×2mm)に電圧印加用の電極(上35mm、下40mm)と熱電対を設置した。1,で調製した配合ゴムシート(未加硫)を金型に挟み、平成10年度科研費で購入した熱板式ミニテストプレスで加圧・加熱しながら電流、誘電正接(交流電圧印加のとき)をリアルタイムでモニターした。3,ゴム種類、カーボンブラックの含量、硫黄の含量等の加硫曲線への影響の検討:2,で得られた電流、誘電正接-時間曲線とトルク一時間曲線や有効網目鎖濃度-時間曲線との比較から以下の事が明かとなった。(1)NBRについてはカーボンブラックの有無にかかわらず、交流電圧または直流電圧を印加しての電流一時間曲線、交流電圧を印加しての誘電正接一時間曲線により加硫反応の追跡が可能である。(2)BRについてはカーボンブラックを含まない系のときにだけ交流電圧または直流電圧を印加しての電流-時間曲線で加硫反応の追跡が可能である。(3)SBRについてはカーボンブラックを含まないときにだけ交流電圧を印加しての誘電正接-時間曲線で加硫反応の追跡が可能である。(4)カーボンブラックを含むBR,SBRについては加硫反応による電流に比べて大電流が加圧・加熱の開始直後から13分間流れるため、加硫反応に起因する電流変化を検出できない。4,今後の研究の展開:本研究の電気的測定法を加硫過程の追跡手段とするためにはカーボンブラックを含むBR,SBRへの適用を確立する必要がある。そのためにはカーボンブラックの種類と含量、加硫剤の種類の電気的性質(導電率、誘電正接)への影響、および実用配合ゴムの電気的測定を行う必要がある。1,生ゴムとゴム薬品の配合:ニトリルゴムNBR(100部)にカーボンブラック(0,40部)、亜鉛華(0,1,5,10部)、ステアリン酸(0,1部)、加硫促進剤(0,1,3部)、硫黄(0,0.5,l,3部)を二軸混合機で配合した。2,加硫用金型の製作:圧縮成型用金型(キャビティ114mmx119mmx2mm)に直径35mm(上)と401Tlm(下)の電極及びゴム温度測定用の熱電対を設置した。3,加硫反応の追跡:未加硫配合ニトリルゴムシートを金型に挟み、プレスで120kgf/cm^2に加圧し、150°Cで20分間加硫した。交流電圧(40V、120V)を印加して、加硫時の電流と誘電正接の時間変化をリアルタイムで追跡した。いずれの配合ゴムにおいても、加硫促進剤と硫黄が含まれていれば、カーボンブラックの有無に関係なく加硫反応の進行とともに電流及び誘電正接に明確な変化が見られた。4,ゴム薬品配合量の電気的加硫曲線への影響:カーボンブラック・硫黄の含量は非常に大きいが、加硫反応の追跡は可能であった。亜鉛華の影響は小さかった。

5,従来の加硫試験機との比較:市販の加硫試験機によるトルク一時間加硫曲線と比較すると、加硫反応が急激に起こり始める時間及びほぼ反応が完結する時間の対応は極めて良かった。6,今後の研究の展開:生ゴムとしてNBRを用いたが、非極性のBRやEPRについても加硫反応の電気的追跡を行っている。また印加電圧は交流であったが、直流電圧を印加しての電流(導電率)測定法は簡単であり装置も安価であるので、今後はこの方法を検討する。本研究により、誘電正接及び電流一時間曲線が厚み2mm以下のニトリルゴムの加硫工程のリアルタイムでの追跡手段としての有用性が明らかになった。1,生ゴムとゴム薬品の配合:平成10年度のニトリルゴム(NBR)にかえて、非極性のブタジエンゴム(BR),スチレンブタジエンゴム(SBR)と各種ゴム薬品とを、2本ロールまたは密閉型二軸混合機を用いてカーボンブラック(CB)・加硫剤を含む系と含まない系など配合割合を系統的に変化させて配合した。2,加硫操作:平成10年度に製作した加硫用金型を使用した。1,で調製した配合ゴムシート(未加硫)を金型に入れ、平成10年度科学研究費で購入した熱板式ミニテストプレスで加圧・加熱しながら電極間に直流または交流電圧を印加し、電極間に流れる電流または誘電正接をリアルタイムでモニターした。3,ゴムの種類、CBと硫黄・加硫促進剤の有無の電流、誘電正接-加硫時間曲線への影響(1)BRについて:CBを含まない配合ゴムでは、直流電圧を印加した電流一時間曲線で、加硫反応が起こるときにのみ明確な変化が見られ、加硫反応の追跡が可能であった。BRゴム100部に対しCB40部含むと加圧・加熱直後に加硫による変化を上回る電流が流れるため、加硫反応の追跡は困難であった。(2)SBRについて:CBを含まない配合ゴムは非常に電気絶縁性が高く、微少な電流しか流れず電流-時間曲線に加硫に伴う変化は測定できなかった。しかし、誘電正接-時間曲線には加硫進行に伴う明確な変化が見られ、加硫反応の追跡が可能であった。一方、BRゴム100部に対しCBを40部含む配合ゴムに直流電圧を印加するとBRと同様に印加直後から約3分間は加硫反応による電流と比べて大きな電流が流れるためにその変化を検出できなかった。4,今後の研究の展開:本研究の電気的測定法を加硫過程の追跡手段とするためにはCBを含むBR,SBRへのこの方法の適用を確立する必要がある。そのためにはCBと加硫促進剤の種類と含量などが電気的生質(導電率、誘電正接)へ及ぼす影響を検討する必要がある。
イオン液体を用いた酸化物半導体スティープスロープ・フレキシブル素子の創製

フレキシブル低消費電力素子は,ウェアラブル端末の実現に欠かせない要素である.電気二重層トランジスタ(EDLT)は,超高密度のキャリヤを蓄積可能であり,理論限界に近い低い動作電圧を達成することができる.また,イオン液体など低温で使用できる材料を用いて駆動可能であり,フレキシブル基板上で素子を形成できる.しかし,これまでの我々の研究で,酸化物半導体薄膜トランジスタにおいてイオン性液体を用いたEDLTでは,酸化物半導体との界面で化学反応が生じ,半導体表面の構造変化を引き起こすことがわかってきた.その結果,デバイス動作が不安定になり,デバイス寿命が短くなる.そこで,半導体層とイオン液体との間の保護層として,1H,1H,2H,2Hーペルフルオロデシルトリエトキシシラン(FDTS)層を堆積する方法を提案した.単分子膜のFDTS層を界面に導入することにより,電気二重層における静電注入と化学反応とを分離することに成功し,半導体層表面の構造変化抑制効果があることを示した.この構造変化は,金属酸化物の分解に起因すると考えられる.そこで,X線光電子分光法を用いて界面の分析を行ったところ,界面層の有無で化学結合状態に差が生じていることが分かった.FDTS層導入によりIGZOの金属-酸素結合および,金属元素の減少が抑制される結果を得た.特にIGZO中の亜鉛の減少が見られたため,IGZO中のキャリヤが増加する傾向が示唆される.これはTFT素子の長期信頼性試験結果と矛盾しなかった.このような結合状態の変化が,電気特性の劣化を引き起こしていると考えられる.従って,この手法は酸化物半導体/イオン液体を用いたEDLTデバイスの信頼性改善に効果的であり,低駆動電圧フレキシブルTFTの実用化技術として貢献することができる.これまでに,イオン液体をゲート絶縁体とするIGZO薄膜トランジスタ(TFT)という有機-無機ハイブリッドデバイスの作製環境および計測環境を立ち上げた.立ち上げた設備を用いて,イオン液体をゲート絶縁体として用いたIGZO TFTを作製し,その特性を確認した.このTFT素子で,急峻なON/OFFスイッチングを示すスティープスロープ特性を実現することができた.長時間電流を流した場合の特性変化など,長期的な電気特性の信頼性には課題が残るが,今後この改善を進めていく.I.サイドゲート型IGZO TFTを作製し,特性を確認.スティープスロープ実証. II.長期信頼性解析を行ったところ,界面反応によると考えられる電気特性劣化を観測した. III.劣化の要因の解析を進める中で,重金属元素の反応が生じていることを示唆する結果を得た.ここで,イオン液体は最大温度120度程度のプロセスで形成できる材料である.また,IGZOは室温で成膜できる酸化物材料である.従って,これらの成果は,極低電圧駆動のスイッチングデバイスをフレキシブル基板上に作製できる可能性を示唆するものである.1日程度の短期間使用では問題のない信頼性を示したが,長期的な使用には課題が残る.従って,電池を電源とするポータブル端末,使い捨て使用が可能なウェアラブル生体センサなどへの応用が考えられる.さらに今後信頼性の改善を進めることで,使い捨てでないフレキシブル・ウェアラブルなディスプレイやセンサデバイスを実現することが可能となる.平成28年度の研究実施計画(4項目)のうち,「I.低抵抗Si基板上にサイドゲート型酸化物半導体TFTを作製するII.カバー膜を形成し,チャネルとゲート電極を露出させ,その中にイオン液体を滴下する. III.TFT特性のスティープスロープ実証」までの3項目を達成できた.「IV.長期信頼性解析を行い,無機ゲート絶縁膜と比較してイオン液体の特異的な劣化現象を抽出し,その要因を明らかにする.」については,現在解析を進めている.その中で,特異的な劣化現象抽出は完了している.要因についてはある程度の予測を立てて解析しており,一つの可能性を示唆する結果を得ることができている.しかし,劣化要因全てを明らかにしたものではない.そのため,最終項目の結論に達していない.従って,わずかに遅れが生じたものの,おおむね順調であると考える.本研究はIGZO薄膜トランジスタにイオン液体ゲートを応用し,電気二重層トランジスタとしての高性能化および安定化を目指したものである.素子作製および信頼性の確認を行う過程で,IGZOとイオン液体界面における化学反応による劣化現象を発見した.この現象理解と改善手法を提案し,実施している.具体的には,IGZO薄膜表面にイオン液体を滴下して放置すると,IGZO表面荒れが増加した.電子顕微鏡で観察したところ,表面が多孔質状に変化しており,一部の元素のみが腐食されたことが予想できた.そこで,X線光電子分光にとよる結合状態評価を行い,IGZO中の亜鉛が選択的に引き抜かれていることが明らかになった.この現象は,特に水分が多い環境およびフッ素の少ないイオン液体材料で顕著に現れることもわかった.フッ素の少ないイオン液体は,フッ素を多く含むイオン液体と比較して吸湿性が高く,イオン液体中に水を含むことが知られている.従って,これを抑制するための手法として,撥水性の自己組織化単分子膜をIGZO/イオン液体界面の層間膜として用いることを提案し,実施した.この結果,原子間力顕微鏡の表面粗さ評価およびX線光電子分光の結合状態評価より,IGZOの亜鉛減少に関わる腐食を抑制することに成功したと判断できた.しかしながら,この抑制効果は水分の少ない環境でのみ現れるため,さらなる改善が必要である.一方で,視点をかえると,液体を滴下するだけで酸化物半導体を多孔質形状に加工できると言える.

ここで副産物的に発見した多孔質膜の新たな機能性発現,素子応用発展についても検討していく.大きく2点の理由が考えられる.1点目は,主たる研究者のライフイベントによる休暇および育児による研究時間の短縮が理由である.2点目は,副産物的に発見した多孔質形状の評価のため,当初の想定より研究内容,実験量が拡大したためである.フレキシブル低消費電力素子は,ウェアラブル端末の実現に欠かせない要素である.電気二重層トランジスタ(EDLT)は,超高密度のキャリヤを蓄積可能であり,理論限界に近い低い動作電圧を達成することができる.また,イオン液体など低温で使用できる材料を用いて駆動可能であり,フレキシブル基板上で素子を形成できる.しかし,これまでの我々の研究で,酸化物半導体薄膜トランジスタにおいてイオン性液体を用いたEDLTでは,酸化物半導体との界面で化学反応が生じ,半導体表面の構造変化を引き起こすことがわかってきた.その結果,デバイス動作が不安定になり,デバイス寿命が短くなる.そこで,半導体層とイオン液体との間の保護層として,1H,1H,2H,2Hーペルフルオロデシルトリエトキシシラン(FDTS)層を堆積する方法を提案した.単分子膜のFDTS層を界面に導入することにより,電気二重層における静電注入と化学反応とを分離することに成功し,半導体層表面の構造変化抑制効果があることを示した.この構造変化は,金属酸化物の分解に起因すると考えられる.そこで,X線光電子分光法を用いて界面の分析を行ったところ,界面層の有無で化学結合状態に差が生じていることが分かった.FDTS層導入によりIGZOの金属-酸素結合および,金属元素の減少が抑制される結果を得た.特にIGZO中の亜鉛の減少が見られたため,IGZO中のキャリヤが増加する傾向が示唆される.これはTFT素子の長期信頼性試験結果と矛盾しなかった.このような結合状態の変化が,電気特性の劣化を引き起こしていると考えられる.従って,この手法は酸化物半導体/イオン液体を用いたEDLTデバイスの信頼性改善に効果的であり,低駆動電圧フレキシブルTFTの実用化技術として貢献することができる.平成28年度実施計画の項目4を完了させる.この結果により,平成29年度計画の劣化抑制手法を提案し,効果検証を進める.現時点で明らかになった要因から,以下の劣化抑制手法2種類を提案している.1極薄膜無機絶縁体を界面に導入することによる界面反応抑制手法. 2イオン液体のゲル化により,上部封止膜の導入.1については,スパッタ法および原子層堆積法を用いた絶縁膜形成を検討する.2については,イオン液体のゲル化プロセスを検討中であり,完了すれば上部に真空プロセスを用いた良質な封止膜を形成して外部からの影響を抑制できる.これらにより,まずはシリコン基板上に大気中でも劣化しない有機-無機ハイブリッドデバイスを実現し,次にフレキシブル基板上に形成することを目指す.実験量拡大に対応するため,本研究に従事する大学院生を新たに確保する.また,研究代表者は実験進捗の管理を主に行うことで研究時間の短縮による影響を無くす.具体的な研究内容としては,IGZO/イオン液体界面の劣化現象を抑制することが第一課題である.
ロールプレス法による木材の横圧縮大変形の機構解明

前年度までの研究成果から、ロールプレス時に木材に生じるひずみは、ロール径、変形量、材料厚さを元に算出される接触角θとの間に定性的な関係を有し、それに伴うせん断ひずみの発生がロールプレス後の木材の物性に及ぼすことが明らかになった。また、「木材-金属間の摩擦力」が木材の変形挙動に及ぼす独立した因子として見出された。本年度は、ロールプレス時の木材木口面および柾目面の変形挙動をひずみゲージ法および画像解析法を用いて解析し、「摩擦力」および「試験片の木取り」が接触角θに及ぼす影響を検討した。また、結果は以下の通りである。1.圧縮時の摩擦係数が木材の変形挙動に及ぼす影響木材試験片と平板プレス定盤の間の摩擦係数を変化させ、単軸圧縮試験を行った結果、金属の摩擦係数が小さいほど、木材の横方向への伸長が増大し、同ひずみにおける公称応力の値が低下した。ロールプレスを用いた場合は、摩擦係数が小さいほど、木材の表層部に圧縮ひずみが集中した。さらに表層の引張ひずみの増大に伴い、縦割れおよび表面割れの発生頻度が増加した。一方、木材表面の粗度が変形挙動に及ぼす影響はほとんど認められなかった。2.試験片の木取りが圧縮時の変形挙動に及ぼす影響木材の年輪傾角(板目材を0°、柾目材を90°とする)が異なる試験片間において、大変形領域における木材の変形形態の差異が認められた。スギ材の場合、0°40°では辷り座屈が、40°90°では曲げ座屈が優位に認められ、60°以上では年輪傾角の増加に伴い、座屈変形による晩材-早材界面のはく離が顕著になった。ホオノキ材では、スギ材とは異なり、年輪傾角が0°に近づくほど、曲げ座屈による材料破壊が顕著になった。また、バルサ材では年輪傾角に関わらず、変形形態はほぼ等しかった。このことから、樹種毎の比重、晩材率および放射組織の有無が木材の変形形態に大きな影響を及ぼすことが認められた。前年度までの研究によって、ロールプレス時に木材に発生する圧縮および引張ひずみと、ロール径・材料厚さ・圧縮量を元に算出される圧入角θとの間に定性的な関係が見出され、それに伴うせん断ひずみの発生がロールプレス後の木材の物性に及ぼす影響が懸念された。本年度は、当初の研究実施計画に従い、「ロールプレス時の木材のせん断変形挙動」および「有節材など欠点を含んだ木材の横圧縮変形」について検討した。結果は以下の通りである。1.ロールプレス時の木材のせん断変形挙動ロールプレス時の木材のせん断変形挙動について、画像解析法を用いて得られたひずみ分布の実測結果と有限要素法の接触線解析から得られたひずみ分布の計算結果はよく近似した。ロール特有の現象として、層はく離の原因とされるロール圧縮部に大きなせん断ひずみが確認された。また、木材の変形挙動に及ぼす因子として、新たに「木材-金属間の摩擦力」および「材料幅方向の拘束の有無」の2点が見出された。前者に関して、摩擦力の増大に伴い、層はく離および表面割れが顕著となった。後者に関しては、材料幅方向への変形拘束を行うことで、幅方向への引張応力の発生が大幅に減少し、縦割れが抑制された。2.有節材など欠点を含んだ木材の横圧縮変形節を含む木材をロールプレスした場合、平板プレスよりも顕著な破壊形態を示した。これは、ロールプレス時に生じる繊維方向へのせん断力が原因であることが示唆された。木材の放射方向および節の繊維方向の圧縮強さを測定し、前者の圧縮強さより硬く、後者のそれより軟らかい材質のゴムを木材と金属の間に挿入することで、節を破壊せずに板材が圧縮された。しかし、節以外の正常な部位での表面割れが顕著となった。

スギ材の場合、0°40°では辷り座屈が、40°90°では曲げ座屈が優位に認められ、60°以上では年輪傾角の増加に伴い、座屈変形による晩材-早材界面のはく離が顕著になった。ホオノキ材では、スギ材とは異なり、年輪傾角が0°に近づくほど、曲げ座屈による材料破壊が顕著になった。また、バルサ材では年輪傾角に関わらず、変形形態はほぼ等しかった。このことから、樹種毎の比重、晩材率および放射組織の有無が木材の変形形態に大きな影響を及ぼすことが認められた。
VLBIによって変動の大きな活動銀河核の観測を行い、その変動の原因と考えられる星間物質の研究を行う

ASTRO-Gの位相補償観測に必要な校正天体および、位相補償観測について検討を行った。また、これらの校正天体については、強度変動をしているものが多く、その強度変動のメカニズムを探るために、クェーサJ1128+592およびフレーザーB2007+777の研究を行った。また、もうひとつの位相補償観測として、校正用天体と観測天体をASTRO-Gのビーム内に入れてASTRO-G側は姿勢変更をせずに行う位相補償観測(インビーム位相補償観測)の検討を行い、特に8GHzでの位相補償観測が有用であることがわかった。また、変動の激しいクェーサJ1128+592についても検討を行い、クェーサから地球までに電波が届くときにとおりぬける銀河系内のプラズマガスによって起こると考えられていたが、我々が行った新しいVLBI観測によって、この天体の時間変動は、クェーサ自体で起こっているとしても説明できることがわかった。VLBI観測で、天体のサイズが大きくなると散乱による時間変動の効果が小さくなることもわかった。銀河系内に存在する電離物質は、銀河系からやってくる電波の波面に影響を与える。そのため、銀河系外の電波源を地球から観測すると、その電波源からの放射強度が変化する現象が観測される場合がある。我々はVSOPで取得された、非常に強度変動の激しいブレーザー天体J2007+777を観測することで、星間空間の電離物質の研究をおこなっている。強度変動だけでなく、さらに、偏波構造の変動からも調査すべく、Very Long Baseline Array(VLBA)で観測された変動天体J1128+5925のデータを分析し、強度変動の原因を突き止めようとしている。この調査は、ほとんどすべてのVLBI観測で利用される較正天体の性質を理解する上で非常に重要なもので、2012年から運用が開始される予定のプロジェクトVSOP-2の撮像結果にも影響を与え得る観点でも、重要課題である。一方で、来るべきVSOP-2の準備として、VSOP-2で観測する高い周波数(8/22/43GHz)での較正天体の分布の調査を我々はおこなっている。較正天体は、微弱天体の観測や高精度位置天文に必要な位相補償観測に必要なもので、大変重要である。しかし、これまではより低い周波数での調査が一般的であったため、新たに調査が必要なのである。我々は、これまで知られている較正天体の性質とVSOPの成果から、高い周波数での較正天体の性質を推定する作業や、プロジェクトスタート前に必要な準備観測研究に取り掛かり、成果をあげてきている。
紅海・アンダマン海におけるジュゴンの摂餌戦略比較―潮汐変動の影響に関する研究

2019年9月にタイ国トラン県タリボン島の潮間帯海草も場において約10日間の受動的音響観察を実施した。自動水中音録音機SoundTrapを海草も場に埋設し、48 kHzで連続録音をした。得られた水中音データからジュゴンの摂餌音を自動的に抽出するソフトウェアを構築した。本ソフトウェアはまず広帯域のパルス音群をオープニング処理などにより検出し、その音圧や時間間隔に関する自己相関係数に閾値をかけることで摂餌音を検出する。9月25日午前1時33分に摂餌音が録音されていることを確認した。精度検証の結果、検出率が想定よりも低いことが分かった。これは、本調査で使用した録音機の感度がこれまで使用していた録音機と異なることが原因であると考えられた。今後、検出ソフトで適用されている各種パラメータの閾値を変更して、検出精度の改善を進める。なお、2014年11月にタイ国において現地研究機関が実施した調査に対して2015年1月に市民デモが発生し、2018年も引き続き反対活動が継続された。このような状況で最大の成果を上げるために、代替調査地であるマレーシアにおいて研究を遂行した。2018年10月にマレーシア・ジョホール州・ティンギ島およびシブ島において小型水中音録音機SoundTrapを使用した受動的音響観察を実施した。SoundTrapの設置台数はティンギ島の摂餌場に1台、ティンギ島周辺の鳴音ホットスポットに3台、シブ島の摂餌場に1台とした。シブ島の摂餌場では写真撮影による潮下帯藻場のマップ作製を試みた。それぞれの海域に設置した録音機にはジュゴンが発したと思われる音が録音されていた。タイ国タリボン島周辺におけるジュゴンの捕獲調査については、地元住民とタイ国関係官署との関係が悪化したため、潮間帯の海草も場における受動的音響観察による摂餌行動観察を実施した。スーダンでは社会情勢が悪化したため、代替調査地であるマレーシアで研究を遂行した。引き続き、スーダン、タイ、マレーシアで現地調査を行う。スーダンでは2019年4月にクーデターが発生し、社会情勢の悪化が予想される。スーダンにおける調査遂行が困難な場合は、インドネシアやベトナム、パラオなど別の海域において調査を実施する。タイでは潮間帯および潮下帯の海草も場におけるジュゴンの摂餌場利用特性に焦点をあてた行動観察を実施する。マレーシアでは長期間の受動的音響観察を実施する。これにより、ジュゴンの摂餌行動に加えて、天候や季節風の影響について情報収集する。2016年11月8日から18日にかけて、マレーシア・ジョホール州・ティンギ島およびシブ島において受動的音響観察を実施し、摂餌場とその沖側の地点について、ジュゴンの発声パターンを調べた。本海域にジュゴン用自動水中音録音機AUSOMS-Dを11月12日に設置し、11月16日に回収した。合計録音時間は99時間であった。狭帯域音強調による鳴音の自動検出によって一時間あたりの発声頻度の変化を応答変数、時刻を説明変数とした一般化線形混合モデルによって時刻の効果を解析した。それぞれの調査地点をランダム効果とした。沖側の地点について、鳴音は合計で113回検出された。1時間あたりの発声回数の最大は11月15日の1200ー1300時に41回あった。このとき、多くがトリルであった。ほぼすべての鳴音が1200ー1700時の間に記録された。発声の周期を示す自己相関関数は22.8時間で最大値をとった。ティンギ島沖側に生息するジュゴンの発声は午後に活発になることが示唆された。なお、2014年11月にタイ国において現地研究機関が実施した調査に対して2015年1月に市民デモが発生し、2016年も引き続き反対活動が継続された。マレーシアにおけるジュゴンの受動的音響観察を中心に調査を進めた。摂餌場沖のVocal hotspotでは摂餌場とは異なる行動パターンが見られる可能性が高い。潮下帯の摂餌場における録音データからは、ジュゴンが常に餌場にアクセスできる状況での摂餌生態に関する知見が得られることが期待される。このような研究は過去に例がなく、ジュゴンの生態理解に貢献することが期待される。本研究の結果を招待講演3報、国際学会3報、国内学会4報としてとりまとめ、発表した。また、これらの業績は学界内外でも認められ、国際学会セッションチェアー1件、辞書編集委員1件、さらに高校生研究インターン制度の受け入れ1件を担当した。以上から、本研究の進捗はおおむね順調であると評価した。

これは、本調査で使用した録音機の感度がこれまで使用していた録音機と異なることが原因であると考えられた。今後、検出ソフトで適用されている各種パラメータの閾値を変更して、検出精度の改善を進める。なお、2014年11月にタイ国において現地研究機関が実施した調査に対して2015年1月に市民デモが発生し、2018年も引き続き反対活動が継続された。このような状況で最大の成果を上げるために、代替調査地であるマレーシアにおいて研究を遂行した。2018年10月にマレーシア・ジョホール州・ティンギ島およびシブ島において小型水中音録音機SoundTrapを使用した受動的音響観察を実施した。SoundTrapの設置台数はティンギ島の摂餌場に1台、ティンギ島周辺の鳴音ホットスポットに3台、シブ島の摂餌場に1台とした。シブ島の摂餌場では写真撮影による潮下帯藻場のマップ作製を試みた。それぞれの海域に設置した録音機にはジュゴンが発したと思われる音が録音されていた。タイ国タリボン島周辺におけるジュゴンの捕獲調査については、地元住民とタイ国関係官署との関係が悪化したため、潮間帯の海草も場における受動的音響観察による摂餌行動観察を実施した。スーダンでは社会情勢が悪化したため、代替調査地であるマレーシアで研究を遂行した。2018年1月にタイ国トラン県タリボン島の潮間帯海草も場において約9日間の受動的音響観察を実施した。自動水中音録音機AUSOMS-mini2を海草も場に埋設し、48 kHzで連続録音をした。得られた水中音データからジュゴンの摂餌音を自動的に抽出するソフトウェアを構築した。本ソフトウェアはまず広帯域のパルス音群をオープニング処理などにより検出し、その音圧や時間間隔に関する自己相関係数に閾値をかけることで摂餌音を検出する。精度検証の結果、録音されていた摂餌音の86%を検出し、誤った検出は3.3%であった。ジュゴンの摂餌音は大潮期間には日中に記録され、小潮期間には夜間に記録された。潮間帯海草も場におけるジュゴンの摂餌について重要な情報が得られた。なお、2014年11月にタイ国において現地研究機関が実施した調査に対して2015年1月に市民デモが発生し、2017年も引き続き反対活動が継続された。2017年11月にマレーシア・ジョホール州・ティンギ島およびシブ島において受動的音響観察を実施した。摂餌場には小型水中音録音機AUSOMS-miniを2台およびAUSOMS-mini2を1台、AUSOMS-Dを1台設置した。摂餌場では海中の音環境がおよそ12時間の周期で変動することがわかった。一方、鳴音ホットスポットでは大きな変動はなく、一様な環境が終日続くことがわかった。また、人為的に摂餌音を発声させる実験により、摂餌音の集録範囲はおよそ10mであることがわかった。なお、現在までの解析では、摂餌音、鳴音ともに記録されていない。補助事業の目的をより精緻に達成するための現地調査、学会参加および論文投稿などを中心に進める。調査実施予定
大変形を伴う超柔軟構造を持つ動的システムの新しい解析手法の構築と実験的検証

剛体の衝突現象の効率的な数値解析法を活用して,非常に柔軟な構造を持つシステムの解析手法を提案した.提案手法と従来法である非線形有限要素法による数値解析結果の比較により,計算性に優れる手法であることを示した.また実験装置を製作し,実験結果と提案手法による実験結果を比較することでよい一致を得ることができ,提案手法の有効性を実験的にも示した.さらに,提案手法の良い計算性を活用することで,柔軟な構造を有するシステムの数値最適化を容易に行うことができることから,テザーを有する宇宙機を対象とした効率的なテザー展開のための構造の最適化の一例を示した.本研究では,大規模な宇宙構造物の実現などに採用される極めて柔軟かつ軽量な材料からなる柔軟部および質量部(以下,超柔軟体-質量系)を有するシステムに対して効率的かつ正確な解析手法についての提案を目的としている.本研究では超柔軟体-質量系の挙動は,剛体の多点同時接触の挙動との相似性を持つことを見出している.そのような剛体の運動解析問題に対して線形相補性問題を用いた効率的な方法がPfeifferらによって提案されており,本研究では前述の相似性を利用することで,超柔軟体-質量系の運動解析問題をPfeifferらの方法によって定式化することを提案した.その際,超柔軟体-質量系の基本的なモデルとして2つの剛体と2つの紐からなるシステムの1次元運動に着目して定式化を行い,数値解析によってその特徴的な運動について調べた.また,対象としているシステムに対応する実験装置を製作し,さらに数値解析に対応した実験を行うことで,前述の数値解析による特徴的な運動を実験によって定性的かつ定量的に確認することができ,その結果として提案手法の有効性を示すこともできた.さらに,導入した対象について,従来の解析手法の1つである有限要素法による解析結果を導出しており,提案手法との良い一致を確認している.一方,提案手法では有限要素法による解析に比べ99%以上の解析時間の削減を実現できており,そのような点でも有効性を示すことができた.また,導入した基本的なモデルへの定式化手法を拡張して,1質量系の2次元運動および多質量系の2次元平面運動への一般的な拡張を行い,さらに柔軟展開衛星の簡易モデルに提案手法の適用を行い,数値解析を実施した.その際,衛星の挙動は2次元平面内における展開挙動に注目し,提案手法の適用可能性の検討と得られた結果に基づいた衛星挙動の物理的考察を行った.平成26年度は多質点の1次元運動に関する定式化および実験検証を行ったが,実験結果について不明な部分や再検証が必要な点があり,平成27年度に再実験を行うことで提案手法によって得られた解析結果と実験結果の比較による提案手法の有効性の確認とその差異ついての物理的な考察を行った.また,平成26年度にほぼ完了していた1質点および多質点系の2次元運動の定式化では,対象システムの柔軟構造部に張力がかかった状態の運動の解析を行う際に計算時間がかかり計算性が悪化する問題があった.そこで,この点について座標変換を用いることで計算性を改善できる可能性に注目し提案手法に組み込むことを試みた.その結果として計算性の改善については十分とは言えないものの,ある程度の成果を得ることができた.平成26年度および27年度においては1質点および多質点系の両者の3次元運動への定式化の拡張が含まれているが,3次元運動への拡張はまだ行っていない.この度の2次元運動における問題は定式化手法を3次元運動に拡張する場合にも発生する問題であり,3次元運動への拡張における問題の一部も改善できる結果であると言え,前述のような2次元運動への拡張において発生した問題の解決を優先してきており,これらの結果を用いて今後3次元運動への拡張を進める.平成27年度に予定していた多質点系の2次元運動に対する実験検証について,実験装置の設計やプロトタイプの製作は完了しているが,有効な実験検証のためにまだ改良点がいくつかあるため,そのための設計変更を進めている.平成26年度において提案した多質量系の1次元運動の解析手法はテザーなどの構造をもつ宇宙機の解析に有用であるが,解析例の観察から提案手法がテザー衛星の効率的展開の設計に役立つことが明らかになり,応用として数値解析によるテザー衛星の設計手法の提案を行い,興味深い結果を得ることができた.提案手法の2次元運動への拡張時に計算性の悪化に関する問題が発生し,それを解決するためにさまざまな試みを行った.その問題は3次元運動に拡張する際にも発生する問題であるため,丁寧に対応することが今後の3次元運動への拡張において有益な結果となることから,3次元運動への拡張を一時保留したためである.また,多質点系の2次元運動の実験検証を予定していたが,重力下での実験でありその結果として発生する摩擦の影響を低減するために,質量部を空気浮上させている.それにより質量部が比較的大きな体積を有するため,多質点からなるシステムを構成すると運動可能な領域が限られてしまい,十分な実験ができないことになる.一方,小型化を試みても,各質点部の転倒モーメントが低下し運動時に容易に倒れてしまう問題があった.

プロトタイプは製作し,その機能については確認しているものの,有益な実験を行うために転倒モーメントと運動可能領域を考慮しながら設計変更を繰り返しており,その結果としてその実験装置を用いた実験検証には至っていない.また,研究実績でも触れたように,提案手法の応用としてテザー衛星の設計の最適化に用いることができることが新たな可能性として明らかになり,その有用性を考慮すると早急に研究を進めるべきと判断したたため,その分に費やす時間が増えたことが上記の遅れの理由の一つになっているとも考えられる.複数の質量を有し平面運動を行うような超柔軟な構造を有するシステムに対して,システムの持つ相補性を利用した解析方法を前年度までに提案した.しかしながら,質量自体が速い運動を行う場合には解析が途中で発散するという問題が生じていた.提案する解析手法においては,柔軟構造部に変形が発生している状態(張力がない状態)と変形が発生していない状態(張力がはある状態)に分割して解析を行うが,本提案手法ではその状態遷移を効率的に導出する手順に特徴を有しており,状態遷移間の各状態における運動の解析には一般的な数値積分を用いていた.基本的には運動は線形システムに準ずるものであり,線形加速度法を適用していた.そのため,システムに加わる柔軟構造部の張力についても線形の変化を仮定していたが,非線形の変化を仮定することで前年度までの問題が大きく改善されることが明らかになった.この度は非線形の変化を仮定する上で,テイラー展開を施すことで線形では考慮できなかった変化を導入している.これによって平面運動を行う超柔軟な構造を有するシステムに対して,複数の質量がある場合や非常に速い運動を行う場合などにおいて発散することなく数値解析を実施することができるようになった.また,本提案手法の応用においてテザー衛星の展開における受動的な安定化手法の最適化に適用できることを前年度に示したが,条件によっては解析が発散するケースが多くあったものの,前述のような張力についての非線形性を取り入れることで,そのような問題を改善することができ,様々なケースに対する計算を実施することができるようになった.その結果として,テザー衛星の受動安定化に関する実験実証を行い,定性的ながらも提案手法の有効性を示すことができた.研究実績にも記したように,平面運動するシステムを取り扱う際に,解析対象に対する条件によっては計算が発散する可能性があり,その原因を探っていた.結果として,解析対象の柔軟構造部に発生する張力の変化に対して線形性を仮定していたが,その仮定が問題であることが明らかになった.さらにその仮定を解除して,非線形性を導入する方法についての検討を十分に行っていた.さらに非線形性の取り扱いについてはテイラー展開などの簡単な方法で対応することができることがわかり,その手法をこれまでの数値解析プログラムに実装することで,様々な条件で数値解析を行い,その有効性の確認と問題の抽出を実施した.その結果として,当初の研究計画では予定していなかった問題への対応が発生したため,研究の進捗に遅れが発生した.2017年度の最終目的は3次元空間モデルへの拡張であったが,本研究の提案手法の特徴および仮定の一つである「質量部に比べて柔軟構造部の質量は非常に小さくそのシステム全体への挙動の影響は無視できる」が3次元化に大きく影響を及ぼすことが明らかになった.
大気海洋結合モデルと領域気候モデルの双方向ネスティングの実現

大気海洋結合モデルMIROC(東京大学、国立環境研究所、海洋開発研究機構の共同開発)と領域モデルJMA/MRI NHM(気象庁の開発)とを双方向にネストするモデルを開発した。そのモデルを使って、北東アジアの大気マルチスケール相互作用研究に適応し、通常の全球モデルでは解像できない小規模渦と小規模山岳の効果を見積もった。その結果より、小規模渦の効果は領域内部に留まるものの、小規模山岳の効果は全球に及ぶ可能性が示唆された。初年度は、主にプログラム開発に費やされた。大気海洋結合モデルMIROCと領域気候モデルJMA/MRI NHMは共に巨大なプログラムコードであり、それらとの整合性を確保しながら双方向ネスティングを実現するには、相当の労力を必要とした。しかし、その結果、初年次にして概ね双方向ネスティングシステムは完成した。初年度の計画では、一方向ネスティング実験を整備することが目標であった。従って、初年度の研究到達度は200%に届かんとする勢いである。作業は以下の手順で行った。1.MIROCは、大気モデルと海洋モデルについてMPMD方式で並列化されている。ここではNHMを大気モデルとSPMD並列化することにした。つまり、MIROCの大気モデルメインルーチンに、NHMのメインルーチンをサブルーチンに書き換えたものを呼ぶ。また、NHMのファイルは必要なものだけを切り抜いた。2.また、NHM内のコニミュケータを大気モデルに使っているコニミュケータに書き換えて、MPI部分の整合性を確保した。3.出入力は親ノードでのみ行う。MIROCからNHMへ水平鉛直方向の補間を、NHMからMIROCへデータの平滑化を、それぞれ行うプログラムを整備した。データのやり取りは主にメモリで渡すようにし、プログラムの高速化を図った。4.コンパイルに際し、NHMで使われていた最適化オプションは基本的に削除した。それによって実行速度は1割程度の遜色しかなかった。現在、日本を40km格子の領域モデルで双方向ネストする試験と、北海道を10km格子の領域モデルで双方向ネストする試験を完了している。また、インドネシアの海洋体陸上を双方向にネストした実験では、MIROCなど大気海洋結合モデル特有のdouble ITCZバイアスが若干軽減される様子も見て取れた。次年度以降、これに基づいて続々と科学的研究成果を出していくつもりである。本研究は、全球大気海洋を計算する大気海洋結合モデルと一部の領域の大気を計算する領域気候モデルを結合し、双方向に情報を交換しながら計算できるシステムを構築することが目的である。その結果、小規模の気象現象が気候に及ぼす影響を比較的小さい計算コストで研究することができるようになると期待される。本年度は、双方向ネスティングと一方向ネスティング(システム上、大気海洋結合モデルと領域気候モデルの結果が同時に出力されるが、領域気候モデルの結果は大気海洋結合モデルには反映しない)のプログラムコードとしての確定と、その利用上の問題点を洗い出すことにある。双方向ネスティングシステムそのものは、今年度半ばまで非常に多くのバグ(プログラム上のミス)があり、そのバグを除去することに非常に多くの時間を費やした。気象研究所斎藤和雄博士の洞察力ある助言によって、気候的にも気象的にもおかしな計算がなくなり、計算が途中で破綻することもなくなった。これに多くの時間を費やしたため、研究の達成率としては100%であるが、追加の実験は殆んど行っていない。また、昨年度に完成した一方向ネスティングシステムを使い、日本付近をネストした実験を試みた。その結果、冬季の南岸低気圧の再現が領域モデルの方が大気大循環モデルよりよいことが分かった。日本列島や沿海州の地形が重要な役割を果たしているに違いないが、その解析はいまだ行えていない。来年度における研究完成に目処がついた形となった。本年度は、昨年度にプログラムとして完成した双方向ネスティングシステムをつかって、東アジアの小規模山脈や、東アジアで発達しやすい小規模低気圧の効果を調べた。その結果、東アジアの小規模山脈の存在が平均流の変調を介して全球的な平均場に影響を及ぼすのに対し、東アジアの小規模渦はネスト領域の総観規模活動に変化をあたえるのみであることがわかった。また、双方向ネスティングによって大循環モデルのバイアスが取れるかどうかについても議論したが、それはいまのところ成功を収めたとは言い難い結果となった。これはエネルギーや水蒸気といった保存されるべき量について保存することを保証しないような設計としていたことが一つの理由として考えられる。また、今年度はこれらの研究成果を論文としてまとめた。論文は米国気象学会誌Monthly Weather Reviewにまもなく受理される見込みである(平成21年3月現在)。また、上述のとおり、本研究で開発した双方向

ネスティングモデルではエネルギー保存などの基本的な保存則を無視した設計としていたことが欠点であることがわかり、今後のさらなる開発の際に保存則を満たすような設計にするべきであるという指針が得られた。