hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
K^+チャンネル活性を誘導する新しい膜蛋白(Isk)の構造と機能に関する研究

我々が単離同定したIsk蛋白は、130個のアミノ酸から成り、唯1個の推定膜貫通部位しか持たず、電位依存性に緩徐に活性化されるK^+イオン透過活性を有し、既知のイオンチャンネルとは全く相同性を示さない新しい膜蛋白である。またIskは非興奮性の腺上皮細胞に局在する。このように、既知のチャンネルとは構造、機能、発現分布が異なり、単純な構造を持つ本蛋白のイオン透過の分子機構を明かにし、その生理的意義を追究する目的でIsk cDNAに部位特異的変異導入を行ない、各々の変異蛋白のチャンネル活性を卵母細胞発現系を用いて電気生理学的に解析した。その結果、N末側30個と94番目以降のC末側37個のアミノ酸を除いた、最小63個のアミノ酸から成る配列がチャンネル活性の発現に充分な最小機能単位であることが明かになった。さらに、その中の個々のアミノ酸の置換では、C末側の特定の荷電アミノ酸がチャンネル活性に強い影響を及ぼし、とくに膜貫通部位の単一アミノ酸置換(52番目のLeuをIleに置換)では、チャンネル活性のキネティクスの解析からチャンネル開口の時定数の変化が明らかになった。従って、Isk蛋白それ自体がチャンネルを構成することを強く支持する結果が得られた。さらにバクロウイルスと昆虫細胞を用いた発現系やCHO細胞等の動物細胞の発現系を確立し、単一チャンネルレベルでの電気生理学的解析も試みたが、未だ陽性の結果は得られていない。一方、Isk類似蛋白の遺伝子を分離する目的で、推定膜貫通部位を含む保存された50個のアミノ酸配列の一部に対応するcDNAをプローブに用いた遺伝子DNAのハイブリダイゼーション等を行なって、得られたクローンの塩基配列を決定したが、Isk以外に意味のあるアミノ酸配列をコードする遺伝子は得られなかった。
ステロイド合成細胞のクロノメタボリズム：細胞代謝と生理の概日時計による制御機構

27年度が最終年度であるため、記入しない。ステロイド合成細胞における細胞時計がステロイド合成を制御する分子機構を解明する。すでに我々は、生体時計が全く止まった哺乳類初のリズム消失マウスCry-nullを用い、時計が、副腎皮質球状層でプレグレノロンをプロゲステロンにするHSD3Bが時計に制御されるclock-controlled gene (ccg)であり、Cry-nullではこの過剰発現により高アルドステロン血症を呈し、食塩感受性高血圧を来すことを解明した。今回、このccgである酵素Hsd3b6の特異抗体を作製し、この分布を誌食べたところ、皮脂腺、副腎皮質球状層、精巣、胎盤にこの発現を発見した。しかし、副腎皮質束状層、卵巣には認められなかった。この事実は、HSDのサブタイプのうち、このサブタイプはステロイド全細胞に存在するのでは無く、細胞特異的に発言することが分る。我々はさらにヒトへのトランスレーション研究を進めるため、ヒトHSD3Bのtypelとtype2を識別できるアイソザイム特異的モノクローン抗体の開発を行って、原発性アルドステロン症の二大病型であるアルドステロン産生腫瘍(APA)と過形成である特発性アルドステロン症(IHA)を調査したところ、IHAでは球状層にHSD3B1が強発現し、APAではHSD3B2が高発現することを見出した。つまりこれら時計機構と密接にリンクするエンザイムの制御不全がヒトにおいても原発性アルドステロン症の直接の原因となる可能性が高いことがわかったのである。さらに、Bma11-/-, Clock-mutantなどの時計の欠損したマウスを用いて、ステロイド産生臓器における細胞代謝と生理の概日時計による制御機構を探索した。内分泌性高血圧の中で原発性アルドステロン症は高頻度で重要な疾患であるが、その発症機構は未解明なままである。これは、当該疾患において、具体的なアルドステロンの合成経路異常が解明されていないことにその一因がある。我々は、マウスの生物時計異常がアルドステロンの合成酵素の一つである3β-HSD(3β水酸化ステロイド脱水素酵素)のサブタイプの一つであるHSD3B6(ヒトHSD3B1に相当)が過剰に発現することを同定し(Doi et al., Nature Med. 2010)、最近、この酵素のヒト該当酵素であるHSD3B1が、特発性アルドステロン症において、大きく発現増加していることを明らかにした( Doi et al., J Clin Endocrinol Metab., 2014)。次に、この酵素の制御機構を、生体内でアルドステロン産生を亢進させる主要な因子であるアンギオテンシンIIに着目し、解析した。その結果、マウスへのアンギオテンシンIIの投与や、ヒト副腎皮質由来のH295R細胞を用いた実験から、アンギオテンシンIIが本酵素の発現を一過性に亢進することを見だした。また、アンギオテンシンIIによる本酵素の誘導は、転写因子NGFIBを介して行われていることを示した。また、脂質代謝の場として、肝臓、内臓脂肪に着目し、その24時間リズムを調べたところ、肝臓にて弱いリズムを認めた。ステロイド代謝の研究は順調に進行しており、生体リズムとの関係も解明されつつある。予定通り進める。今後、副腎のみならず、皮膚、脂肪組織、肝臓でのステロイド代謝の研究を進める。ステロイド合成酵素HSD3Bステップの解明は順調に行っており、他の系についても進展している。予定通りに進める。HSD3Bについては、予測以上に進展しているので、コンディショナルノックアウトに関しても、準備、調整する。
離散凸解析の応用開拓の研究

本研究課題の主題,研究代表者が1990年代の中頃から提唱している離散凸解析の応用開拓である.本研究課題では下記に挙げた研究成果を得ることが出来た.いずれの研究成果も査読つき国際会議や学術雑誌に採択されている.(1)数理経済学において,離散凸解析の応用研究として3つの成果を上げた.第1の成果は,複数の不可分財と貨幣からなる市場において競争均衡が存在するための十分条件を与えるなど,理論構築を行なった.第2の成果は,離散凸解析のおいて中心的役割をなすM凸関数の新しい特徴付けを与えた.この特徴付けは,数理経済学では良く知られた粗代替性や単改良性を用いたものである.第3の成果は,先に述べた不可分財と貨幣からなる市場において,競争均衡を求めるアルゴリズムの開発である.このアルゴリズムは,離散凸解析における最適化問題の一つであるM凸劣モジュラ流問題を利用したもので,多項式時間で均衡の存在判定を行ない,均衡が存在する場合はその一つを求める.(2)離散凸解析において中心的な役割を果たすM凸関数の最小化問題に対する近接定理を示すとともに,高速なアルゴリズムを開発した.(3)工学システムのもつ組合せ構造を離散凸解析の立場から論じた.特に,電気回路や制御システムの取扱いを目的として,混合多項式行列を考察し,効率的な組合せ緩和アルゴリズムを提案した.(4)オペレーションズ・リサーチの諸問題に対し,離散凸解析の結果を利用した解法が適用可能か否かを検証した.その結果を踏まえて,ネットワークデザインや最大カット問題に対して効率的な解法を提案した.本研究課題の主題,研究代表者が1990年代の中頃から提唱している離散凸解析の応用開拓である.本研究課題では下記に挙げた研究成果を得ることが出来た.いずれの研究成果も査読つき国際会議や学術雑誌に採択されている.(1)数理経済学において,離散凸解析の応用研究として3つの成果を上げた.第1の成果は,複数の不可分財と貨幣からなる市場において競争均衡が存在するための十分条件を与えるなど,理論構築を行なった.第2の成果は,離散凸解析のおいて中心的役割をなすM凸関数の新しい特徴付けを与えた.この特徴付けは,数理経済学では良く知られた粗代替性や単改良性を用いたものである.第3の成果は,先に述べた不可分財と貨幣からなる市場において,競争均衡を求めるアルゴリズムの開発である.このアルゴリズムは,離散凸解析における最適化問題の一つであるM凸劣モジュラ流問題を利用したもので,多項式時間で均衡の存在判定を行ない,均衡が存在する場合はその一つを求める.(2)離散凸解析において中心的な役割を果たすM凸関数の最小化問題に対する近接定理を示すとともに,高速なアルゴリズムを開発した.(3)工学システムのもつ組合せ構造を離散凸解析の立場から論じた.特に,電気回路や制御システムの取扱いを目的として,混合多項式行列を考察し,効率的な組合せ緩和アルゴリズムを提案した.(4)オペレーションズ・リサーチの諸問題に対し,離散凸解析の結果を利用した解法が適用可能か否かを検証した.その結果を踏まえて,ネットワークデザインや最大カット問題に対して効率的な解法を提案した.本課題では,「離散凸解析」の応用分野を開拓することを主たる目的としている.本年度は以下の成果をあげ.これらは論文としてまとめ,学会等での口頭発表,学術雑誌への投稿を行なった.・[室田,塩浦]1996年に室田が提案したM凸・L凸関数の概念は,整数格子点集合の上の凸関数と言うべき概念である.M凸・L凸関数はそれ自身様々な応用例をもつが,社会工学・経済学などから生じる例の中には,この枠組みでは捉えきれないものも数多く存在する.M凸・L凸関数の概念を拡張する研究として,整数格子点集合上での擬凸関数と言うべき「擬M凸関数」「擬L凸関数」という概念を提案した.・[室田,田村]M凸関数はマトロイドや劣モジュラ関数の拡張として,離散数学の分野で誕生した概念である.一方,数理経済学においては,劣モジュラ性は限界効用逓減を意味し重要な概念であるが,Danilov-Koshevoy-MurotaによるM凸性と均衡存在の関係の研究は数理経済学と離散凸解析を結び付けるものであった.ここでは,交換経済に均衡が存在するための十分条件である粗代替性や単改良性によるM凸関数の特徴付けをあたえることで,数理経済学におけるM凸関数の妥当性を示した.・[室田,田村]経済均衡の計算の一般的方法は不動点アルゴリズムの利用であるが,不可分財を含むモデルにおいては均衡の整数性をいかに確保するかが問題点ある.一方,割当市場型のモデルにおいてはオークションを模倣したアルゴリズムが提案されているが,その計算効率に問題点がある.ここでは,費用関数と効用関数がそれぞれM凸性,M凹性をもつ場合に,均衡を効率的に求める方法を開発した.本研究課題の主題は、研究代表者が1990年代の中頃から提唱している離散凸解析の応用開拓である。本研究課題では、数理経済学において、離散凸解析の応用研究として3つの成果を上げた。第1の成果は、Danilov・Koshevoy・Murotaによるもので、複数の不可分財と貨幣からなる市場において競争均衡が存在するための十分条件を与えるなど、理論構築を行なった。第2の成果は、室田・田村によるもので、離散凸解析のおいて中心的役割をなすM凸関数の新しい特徴付けを与えた。この特徴付けは、数理経済学では良く知られた粗代替性や単改良性を用いたものである。

これらは、論文リストにあるように学術雑誌に出版あるいは出版予定である。第3の成果は、室田・田村によるもので、先に述べた不可分財と貨幣からなる市場において、競争均衡を求めるアルゴリズムの開発である。このアルゴリズムは、離散凸解析における最適化問題の一つであるM凸劣モジュラ流問題を利用したもので、経済学的には妥当な仮定のもとで多項式時間で均衡の存在判定を行ない、均衡が存在する場合はその一つを求める。この成果は現在学術雑誌に投稿中であるが、査読付きの国際会議(12th International Symposium on Algorithms and Computation)にも採択され、Springer Lecture Note (LNCS2223)に発表された。理論的な成果として、M凸関数、L凸関数という離散凸解析で中心的役割をなす関数とMillerやFavati・Tardellaにより提案された他の離散凸関数の概念との関連を明らかにした。また、M凸関数の最小化アルゴリズムを提案した。これらの成果は室田・塩浦によるものである。室田は、現在までに得られた離散凸解析に関する成果を「離散凸解析」と題する著書としてまとめ出版した。本年度は下記のような研究を行った.(4)オペレーションズ・リサーチの諸間題に対し,離散凸解析の結果を利用した解法が適用可能か否かを検証した.その結果を踏まえて,ネットワークデザインや最大カット問題に対して効率的な解法を提案した.
イネ科亜科間交雑での染色体脱落：染色体脱落を制御している雄側因子の特定

様々な環境に対応した作物を創りだすことは、非常に重要である。植物育種では、様々な変異を持つ親を交配し両親よりも優れた子供を作り出す方法がある。一般的に、種を超えての交配は様々な形質を持つ子供を作る事ができ、魅力的な方法である。しかし、遠縁の種を交配に用いた場合、雑種初期胚から片親の染色体が選択的に排除される、染色体脱落現象が報告されている。このため、育種に利用可能な変異は非常に限られている。本研究では、雌親にパンコムギとエンバクを使用し、花粉親に、10種のPennisetum属植物を用いる。本研究の最終目的は、染色体脱落を克服し、これまで未使用であった遺伝資源の利用法の開発である。
レオロジー測定によるナノフィブリル化セルロースの形成機構およびナノ構造解析

植物の一次細胞壁中に存在する、マトリックス多糖に覆われたセルロースミクロフィブリルに着想を得て、柿果肉よりコアシェル型ナノセルロースを調製し、その分散液及び湿潤フィルムの粘弾性を検討した。固形分濃度・塩濃度・pHが粘弾性に及ぼす影響を明らかにした。コアシェル型ナノセルロースとして、単位フィブリル幅4.2 nm・結晶幅2.3 nmを有するHemicellulose-richナノフィブリル化セルロース(NFC)(ヘミセルロース中性糖23%、カルボキシ基0.2 mmol/g)を調製した。対照として、単位フィブリル幅3.3 nm・結晶幅2.5 nmを有するCarboxylate-rich NFC(ヘミセルロース中性糖7%、カルボキシ基0.9 mmol/g)を調製した。本研究の成果は、水中で生合成されるセルロースミクロフィブリルの理解に貢献できると期待される。27年度が最終年度であるため、記入しない。セルロースは地球上最も豊富に存在するバイオマスである。近年、その構成単位であるセルロースナノフィブリルは、高強度・高弾性率・大比表面積など優れた特性を有することから、複合材料中の補強材、酸素ガスバリア膜、衝撃吸収材等への応用展開が期待されている。本研究では、これら材料の物性に大きく影響を及ぼす、セルロースナノフィブリルの平均長をずり粘度測定により明らかにすることを試みた。既報に基づき、異なる条件で十種のセルロースナノフィブリルを調製した。希薄ナノフィブリル分散液のずり粘度測定により臨界ずり速度を測定し、剛直性棒状粒子の希薄域における流動性を記述したDoi-Edwards式に代入して平均長(L_<visc>)を算出した。各分散液の希薄域は、希薄域と準希薄域の境界濃度である臨界濃度(c*)により得られた。臨界濃度はTEM観察で得た加重平均長(L_w)から求めたセルロースナノフィブリルのアスペクト比(p)と相関があり、c*=18/p^2という関係式で表されることが新たに明らかになった。得られたL_<visc>は1,100-2,500nmであり、L_w (300-1000nm)よりも約3倍近い値を示した。L_<visc>とL_wは非常に良い線形関係にあり、ナノフィブリル表面の電気二重層やカルボキシル基量に関係なくL_<visc>=1.764×L_w+764という関係式で表された。さらに、L_<visc>は粘度平均重合度とも線形関係を示した。本研究により、希薄セルロースナノフィブリル分散液のずり粘度挙動に関する新たな知見が多く得られただけでなく、従来法の電子顕微鏡観察では成しえなかった、湿潤状態でのセルロースナノフィブリルの平均長を簡便に測定することに成功し、平成25年度の研究計画を超える成果を得ることができた。これらの成果はCellulose誌に掲載され、国内・国外含め学会発表を計5件行った。また、第20回セルロース学会、第44回繊維学会夏季セミナーにおいて、優秀ポスター賞を受賞した。ナノセルロース分散液の代表的な流動特性である固有粘度は、そのアスペクト比のみの関数で表されることを始めて明らかにした。ナノセルロースとは、剛直な棒状のセルロースナノクリスタルと屈曲性を有するネットワーク状のナノフィブリル化セルロースの総称であり、主に木材セルロース繊維を機械的・化学的処理により水中で解繊することで得られる、新規バイオナノ材料である。ナノセルロースは高強度、高弾性率、低熱膨張率など優れた特性を有する高機能新規バイオナノ材料であり、複合材料の補強材や断熱材、酸素ガスバリア膜等様々な用途への応用展開が期待されている。これらの新規材料は総じて水中に分散したナノセルロースから調製されるため、その流動特性を理解することは、ナノセルロース由来の高機能材料の設計のために非常に重要である。本研究では、異なる幅・アスペクト比を有する七種のナノセルロース分散液を用いて、ナノセルロースの屈曲性やサイズの違いがその流動特性に及ぼす影響を実験的・理論的手法から検討した。ナノセルロースのアスペクト比が大きくなるほど、水中での屈曲性が増し、結果として高アスペクト比ナノセルロースは増粘効果を示すことが明らかになった。また、屈曲性やサイズに依らず、固有粘度はアスペクト比に指数関数的に比例することが明らかになった。これにより、あらゆるナノセルロースの平均長は固有粘度を測定することによって簡便に決定できることが示された。本研究成果は現在科学雑誌に投稿中である。また、フィンランドVTTにて新たな粘弾性測定方法である水晶振動子マイクロバランスセンサ(QCM-D)を習得し、異なるpH・塩濃度の緩衝液がナノセルロースの粘弾性挙動に及ぼす影響を明らかにした。

対照として、単位フィブリル幅3.3 nm・結晶幅2.5 nmを有するCarboxylate-rich NFC(ヘミセルロース中性糖7%、カルボキシ基0.9 mmol/g)を調製した。本研究の成果は、水中で生合成されるセルロースミクロフィブリルの理解に貢献できると期待される。本年度では、前年度に確立したずり粘度測定によるナノセルロース平均長評価法の精密化・一般化を目標とした。サンプル種やサイズ、屈曲性によらず、固有粘度によってナノセルロースのアスペクト比を決定できることを実験的・理論的手法から明らかにできた。一方、アスペクト比の非常に大きい果実由来のホロセルロースについては、QCM-Dを用いることで粘弾性に関する新たな知見が得られたものの、長さ評価にまでは至っていない。以上より、おおむね順調に進展しているといえる。27年度が最終年度であるため、記入しない。非晶性多糖が吸着したホロセルロースフィブリルの分散液と、固定電荷が導入されたナノセルロースフィブリルの分散液について、濃厚域における粘弾性測定を行い、フィブリル表面の構成成分が粘弾性に及ぼす影響について検討する。また、希薄域においてホロセルロースフィブリルの平均長評価を行う。大容量のセルロースナノフィブリル/水分散液のずり粘度を測定することによって、これまでに測定が不可能であった湿潤状態でのセルロースナノフィブリル平均長の評価に成功した。これはセルロースナノフィブリルを用いた複合材料、酸素ガスバリア膜、衝撃吸収材等新規材料の利用促進にあたり、簡便かつ信頼性の高い平均長評価法として今後産業レベルでの活用が期待できる。これまでは木材セルロースから調製したTEMPO酸化セルロースナノフィブリルに限定し、平均長評価法を確立したが、他のセルロースナノフィブリルにも適用できる汎用性の高い手法にする必要がある。よって来年度は、海藻やコットン等他の原料から調製したセルロースナノフィブリルを対象に、ずり粘度測定による平均長評価を行う。
新規高周波磁化計測技術による磁性超薄膜の磁化ダイナミクスの解明

本研究課題では、新規省エネ型スピントロニクスデバイスの基本要素パラメータである磁性超薄膜の磁化ダイナミクスに着目して、その新規計測技術の構築と、その計測技術を用いた磁性超薄膜における磁化ダイナミクスのメカニズム解明を行うことを目的としている。本年度の実績は以下の通りである。1.開発した新規計測技術による磁性材料適用範囲と、磁化ダイナミクスの膜面内分布について検討した。本計測技術による材料適用範囲については、昨年度のFe基軟磁性合金薄膜に加えて、Fe-Ga薄膜およびYIG薄膜における飽和磁気ひずみを評価したところ、従来の光てこ法により得られた値と同程度の値が得られた。したがって、本計測技術が妥当であることが確認できた。YIG膜におけるダンピング定数に関しては、本計測技術での外部磁界が不十分のため、通常のブロードバンドFMR測定に比べてスペクトル数が得られないことがわかった。また、磁化ダイナミクスの膜面内分布に関しては、50 nm厚のアモルファスCo-Zr-Nb薄膜における磁気ひずみの膜面内分布を、開発した新規計測技術により評価した。測定位置に関係なく、磁気ひずみの値はー3.6 ppm程度であった。また、今回得られた結果において応力無負荷時のFMRスペクトルを用いれば,ダンピング定数の膜面内分布測定が可能である。2.磁性合金超薄膜におけるダンピング定数と飽和磁気ひずみの相関に関しては、10 nm厚のFe-Si合金薄膜を対象として開発した本計測技術を用いて検討した。ゼロ磁気ひずみ近傍の18 at.%のSi組成を境にして、正の飽和磁気ひずみを有する18 at.%以下のSi組成域では、ダンピング定数と飽和磁気ひずみのSi組成に対する傾向が類似した。この結果は、Ni-Fe合金薄膜の場合と一致しており、Fe基軟磁性合金薄膜ではダンピング定数と飽和磁気ひずみとに相関があることを表している。本年度は「新規計測技術の更なる妥当性の検討とマッピング測定評価」と「その計測技術を用いた磁性超薄膜における磁化ダイナミクスのメカニズム解明」に関して検討した。まず、妥当性の検討とマッピングに関しては、材料適用範囲の確認ができ、装置の改造が必要な点が明確となり、その一方で、マッピング計測が可能であることを検証できた。また、従来から主張してきたダンピング定数と飽和磁気ひずみの相関に関して、Ni-Feに加えて10 nm厚のFe-Si合金磁性薄膜についても、これらのパラメータの相関関係を確認できた。以上に示した結果から、本年度の研究計画はおおむね順調に遂行できていると判断できる。開発した新規計測技術に関しては、Fe系に加えてCo系アモルファスおよび金属合金磁性超薄膜を測定対象として、さらに本計測技術による材料適用範囲を確認する。また、新規計測技術を用いた磁性超薄膜における磁化ダイナミクスのメカニズム解明に関しては、巨大磁気ひずみを有するFe-GaやFe-Coといった他の合金薄膜についても検討する。1.ダンピング定数と飽和磁気ひずみとの同時計測が可能なマイクロストリップ線路型プローブによる新規高周波磁化計測技術を提案した。本計測技術では、磁性薄膜へ応力負荷した場合と無負荷の場合の強磁性共鳴(FMR)周波数の外部磁界による変化を測定し、各外部磁界での応力負荷・無負荷時のFMR周波数の差分と、応力負荷時の磁性薄膜の曲率半径を利用して飽和磁気ひずみを評価する。また、応力無負荷時のFMR周波数とそのFMRピークの半値幅からダンピング定数を評価する。実際に、Ni-Fe、Fe-SiといったFe系軟磁性合金薄膜の飽和磁気ひずみを本計測技術で評価したところ、従来の光てこ法により得られた値と同程度の値が得られた。また、これらの薄膜のダンピング定数に関しては、FMRピークの半値幅を共鳴磁界の半値幅に換算することによって、従来の周波数掃引型ブロードバンドFMR測定に比べて高精度評価が可能であることがわかった。2.磁性合金超薄膜におけるダンピング定数と飽和磁気ひずみの相関に関しては、膜厚10 nmのNi-Fe合金薄膜を対象として開発した本計測技術を用いて検討した。ゼロ磁気ひずみ近傍の80at.%のNi組成を境にして、飽和磁気ひずみの符号に依存してダンピング定数の増加量が大きく変化した。この結果は、50 nm厚のNi-Fe合金薄膜の場合と類似している。したがって、Ni-Fe合金薄膜では、膜厚に関係なくダンピング定数と飽和磁気ひずみとの間に相関があることがわかった。本年度は「新規計測技術の構築」と「その計測技術を用いた磁性超薄膜における磁化ダイナミクスのメカニズム解明」に関して検討した。とりわけ、本研究課題の柱に掲げている新規計測技術の構築に関して、磁性超薄膜および薄膜を用いて得られた磁気パラメータの妥当性が検証できた。それに加えて、従来から主張してきたダンピング定数と飽和磁気ひずみの相関に関して、10 nm厚のNi-Fe合金磁性薄膜を対象として検討したところ、これらのパラメータの相関関係を確認できた。

本研究課題では、新規省エネ型スピントロニクスデバイスの基本要素パラメータである磁性超薄膜の磁化ダイナミクスに着目して、その新規計測技術の構築と、その計測技術を用いた磁性超薄膜における磁化ダイナミクスのメカニズム解明を行うことを目的としている。本年度の実績は以下の通りである。1.開発した新規計測技術による磁性材料適用範囲と、磁化ダイナミクスの膜面内分布について検討した。本計測技術による材料適用範囲については、昨年度のFe基軟磁性合金薄膜に加えて、Fe-Ga薄膜およびYIG薄膜における飽和磁気ひずみを評価したところ、従来の光てこ法により得られた値と同程度の値が得られた。したがって、本計測技術が妥当であることが確認できた。YIG膜におけるダンピング定数に関しては、本計測技術での外部磁界が不十分のため、通常のブロードバンドFMR測定に比べてスペクトル数が得られないことがわかった。また、磁化ダイナミクスの膜面内分布に関しては、50 nm厚のアモルファスCo-Zr-Nb薄膜における磁気ひずみの膜面内分布を、開発した新規計測技術により評価した。測定位置に関係なく、磁気ひずみの値はー3.6 ppm程度であった。また、今回得られた結果において応力無負荷時のFMRスペクトルを用いれば,ダンピング定数の膜面内分布測定が可能である。2.磁性合金超薄膜におけるダンピング定数と飽和磁気ひずみの相関に関しては、10 nm厚のFe-Si合金薄膜を対象として開発した本計測技術を用いて検討した。ゼロ磁気ひずみ近傍の18 at.%のSi組成を境にして、正の飽和磁気ひずみを有する18 at.%以下のSi組成域では、ダンピング定数と飽和磁気ひずみのSi組成に対する傾向が類似した。この結果は、Ni-Fe合金薄膜の場合と一致しており、Fe基軟磁性合金薄膜ではダンピング定数と飽和磁気ひずみとに相関があることを表している。本年度は「新規計測技術の更なる妥当性の検討とマッピング測定評価」と「その計測技術を用いた磁性超薄膜における磁化ダイナミクスのメカニズム解明」に関して検討した。まず、妥当性の検討とマッピングに関しては、材料適用範囲の確認ができ、装置の改造が必要な点が明確となり、その一方で、マッピング計測が可能であることを検証できた。また、従来から主張してきたダンピング定数と飽和磁気ひずみの相関に関して、Ni-Feに加えて10 nm厚のFe-Si合金磁性薄膜についても、これらのパラメータの相関関係を確認できた。以上に示した結果から、本年度の研究計画はおおむね順調に遂行できていると判断できる。構築した新規計測技術に関しては、磁気ひずみの大きさの異なるFe系およびCo系磁性超薄膜を測定対象として、本測定の材料適用範囲を確認する。また、新規計測技術を用いた磁性超薄膜における磁化ダイナミクスのメカニズム解明に関しては、従来のNi-Fe合金軟磁性膜だけでなく、磁気ひずみがゼロとなるSi組成域を有するFe-Siや巨大磁気ひずみを有するFe-Gaといった他の合金薄膜についても検討する。開発した新規計測技術に関しては、Fe系に加えてCo系アモルファスおよび金属合金磁性超薄膜を測定対象として、さらに本計測技術による材料適用範囲を確認する。
東日本大震災後の児童・生徒の心身の健康に関する調査

東日本大震災において、被害を受けた地域の児童・生徒の心身の健康状態に関するアンケート調査を、被害が甚大だった地域の公立学校に勤務していた養護教諭を対象にして行った。調査は、2012年から2014年の期間で行った。回収率は、70%前後であった。ほとんどの地域では、子どもたちが安定しいると回答された。しかし、自由記述から、養護教諭は皮膚疾患や喘息などの免疫力の低下による疾患や、不注意によるとみられる骨折の増加といった現象が起きているということを懸念していた。また、時間経過に伴い、震災前から家庭や発達面でハイリスクにあった子どもにおいて、問題の深刻化がみられるという報告が多くなった。東日本大震災において、津波の被害を受けた2都市(A市、B市)の、6歳から15歳までの子どもたちの、心身の健康状態に関する調査をおこなった。被災地域の子どもたちに対する直接の調査では、時としてフラッシュバック現象を起こす可能性があるため、2都市の公立学校に勤務する養護教諭を対象としたアンケート調査を実施した。今年度は、2年目の実施である。回収率は、平均で73%であった。前年度からの継続している教員のアンケート数は、147であった。2013年度に比べると、A市とB市の様子には変化が見られた。子どもが落ち着かないと答えた養護教諭の割合は、A市では0となり、B市では10%であった。子どもの死亡率が高かっB市では、養護教諭から見ると、落ち着きのない子どもが多いと感じられていることがわかった。不定愁訴、骨折、肥満、皮膚疾患といった身体的な問題については、B市において、依然として懸念される問題であることがわかった。一方、基幹産業が打撃を受け、親の経済的な状況が厳しいA市においては、養護教諭は、家庭状況において格差が生じており、子どもへの影響があると考えていることが分かった。A市では、不登校・不登校傾向、無気力などへの懸念が自由記述に記載されていた。さらにA市においては、震災後3年目に入った現状において、破壊された地域の状況が復興しないまま、子どもたちの生活空間が狭められたり、移動の自由が奪われているという状況を懸念する記載があった。校庭が仮設住宅によって狭められ、子どもたちが自由に遊べなくなったという問題、さらに、スクールバスでの登下校の時間が長くなり、子どもが疲労している、子ども同士が地域で遊べなくなったといった記載もあった。震災直後、子どもたちは予想以上に生活に適応していたが、3年目になり、解決されない社会的な状況に疲弊し始めている様子を知ることができた。東日本大震災におおいて、被害を受けた地域の児童・生徒の心身の健康の状態に関する調査を行った。調査は、公立学校に勤務する養護教諭を対象にして、調査時点の子どもたちの様子について、無記名のアンケートへの記入を依頼する形式で実施した。アンケートの対象地域は、沿岸部の被害が甚大だった地域の2都市と、内陸部で比較的被害が軽かった地域を選定した。アンケートに回答した養護教諭の人数は、約150名で、回収率は平均で70%であった。沿岸地域では、ほぼ全校から回答が寄せられた。内陸部では、50%の学校から回答があった。内陸部の学校については、現在、ほとんどの学校で、児童生徒は落ち着いて暮らしているという結果だった。被害が甚大だった地域では、A市では、ほとんどの学校で現在は落ち着いている状況にあるという報告だった。B市では、40%の学校で、落ち着かないという回答があった。B市では、東日本大震災当時、児童・生徒の死亡者が多く、今回の調査の結果、子どもの人口に対して約100名に1人の子どもが死亡していた。一方、A市では壊滅的な被害を受けたにも関わらず、子どもの死亡率は低いことが明らかになった。自由記述では、多くの問題点が記述されていた。まず、震災前からハイリスクにあった子どもで、問題の深刻化がみられるという指摘があった。ハイリスクの内容としては、子ども自身と家族の問題の両方についての記載があった。震災後顕在化してきた問題点としては、経済状況の悪化により、離婚や家族内のトラブルの発生が、子どもの心身の健康状態に影響しているのではないかという懸念が記載されていた。その他、震災後、けがの多発が目立ち、アトピー性皮膚炎、喘息などの症状が目立つようになったという記載もあった。PTSDのような症状はほとんどみられないとする一方で、身体的な不調が多くなっている点が、心配事項として挙げられた。平成26年度も、東日本大震災において津波の襲来を受けて被災した宮城県の沿岸部の公立小・中学校に勤務する養護教諭を対象として、子どもの心身の健康状態に関するアンケート調査を実施してきた。

養護教諭からの情報と実感は、被災地の子どもの心身の健康状態や現状の問題を把握する上で有効である。調査結果については、各地域個別の結果とともに、他の地域との比較結果を行い、フィードバックした。養護教諭がアンケート結果をみながら、各地域の子どものヘルスニーズを把握するために活用することができた。平成26年度の結果を検討したところ、以下のような状況が明らかになった。アンケートの回収率は、約70%であった.1.大きな被害を受けた学校でも、PTSD症状はほとんど見られなかった。2.以下のような疾患が、震災前に比べて増加していた。皮膚疾患、喘息などの呼吸の疾患、感染症の拡大と長期化、骨折などの怪我の多発、消化器系を中心とした不定愁訴、などである。3.不登校は、震災直後は減少したが、家族、社会経済的な要因の悪化に伴い、再び増加に転じ、しかも悪化する傾向にある。4.被災直後より、子どもが落ち着かないと答えた養護教諭の割合が高かったのは、今回の震災によって死亡した子どもの割合が他地域より高い地域であった。子どもの人口比率において、死亡率が1%近い場合には、子ども達の不定愁訴が高まる傾向にあった。5.子どもの不安定さは、必ずしも被害の深刻さとは相関していなかった。6.今年度は特に、貧困などの家庭の問題を懸念する養護教諭の割合が増え始めた。学校全体が落ち着いているという感想があった一方で、震災前から個人的危機を抱えている子どもたちの問題が顕在化し、深刻化している様子が報告されている。臨床心理学25年度は、ほぼ目標を達成することができた。アンケート調査においては、平均で73%の回収率であった。自由記述の欄に、多くの養護教諭が、問題と考えていることについて記載を行った。このアンケート結果を、各教育委員会に送付している。また、希望する養護教諭に対しては、コンサルテーションを行った。24年度から引き続き、国内外の学会おいて、結果の発表を行い、国内外の研究者と意見交換をすることができた。24年度は、ほぼ目標を達成することができた。特にアンケート調査においては、沿岸部の被害が甚大だった地域において、小学校から高校までの校種においてアンケート調査を実施し、高い回答率を得た。また、自由記述の欄に、多くの養護教諭が現在の問題について、記載していた。この結果を分析することで、被災後2年目の、子どもたちの心身に関する問題を把握することができた。以上の調査によって得られた結果を、養護教諭へのコンサルテーションにおいて活用することができた。解析した結果を、国際学会や国内の学会において発表することで、多くの研究者からアドバイスを得ることができた。24年度、25年度同様にアンケート調査を実施し、震災後の経年的な変化について検討を行う。養護教諭と各教育委員会に対して、結果を返し、要望があればコンサルテーションを実施する。国内外の学会等で、研究成果の発表を行う。24年度同様に、アンケート調査を実施する。今年度は、養護教諭に対して、個別の面接を行う。以上の調査結果に基づいて、被災地における3年目の問題を明らかにする。
ゲージ理論と重力における力の統一

細谷が1983年に発見したゲージ場とHiggs場を高次元ゲージ理論のなかで統一し、量子効果により対称性を破る機構(Gauge-Higgs unification,細谷メカニズム)を電弱相互作用に適用し、今後、LHC実験でいかに検証するかを明らかにした。Higgs場はゲージ場の一部になり、Higgs場の相互作用はゲージ原理によって決められる。平坦な時空上でのゲージ・ヒッス統合は、ヒッグス粒子の質量やKaluza-Klein励起のエネルギースケールが小さくなりすぎる欠点があった。この困難を解決すべく、Randall-Sundrum(RS)時空上で統一することを提唱した。RS時空上のモデルでは、一般にヒッグス粒子の質量が120GeVから290GeVになること、Kaluza-Klein励起のエネルギースケールが1.5TeVから3.5TeVになることを示した。更に、RS時空上のSO(5)xU(1)モデルは、今までの実験結果と矛盾がないだけでなく、ヒッグス場の相互作用で標準理論から有為なずれが生じることを予言する。ヒッグス場(H)とゲージ場(W,Z)とのWWH,ZZH結合定数は、標準模型にくらべ、cos(theta_H)だけほぼ普遍的に小さくなることを示した。ここで、theta_Hは、細谷メカニズムを特徴づける位相である。WWH,ZZHの結合定数は現在のところ実験的には測定されていないが、近い将来LHC実験で検証できる。フェルミオン場との湯川結合も同様に小さくなる。ゲージ・ヒッグス統合理論では、ヒッグス粒子の質量は有限の値に予言される。このことは、今まで1ループ近似でしか示されていなかったが、2ループ近似でも正しいことを5次元目が円の場合のQEDで示した。この事実は、高次元ゲージ理論が繰り込み不可能であるにもかかわらず、ヒッグス粒子の質量に対しては意味のある予言ができることを意味する。申請者の細谷が20年前に出したゲージ場とHiggs場を高次元ゲージ理論のなかで統一し、量子効果により対称性を破る機構(Gauge-Higgs unification,細谷メカニズム)を電弱相互作用に適用した。今まで、平坦な時空上でこのゲージ・ヒッス統合が試みられてきたが、ヒッグス粒子の質量が小さくなりすぎたり、またKaluza-Klein励起のエネルギースケールが小さくなりすぎる欠点があった。この困難が曲がった時空であるRandall-Sundrum時空上で統一することにより、自然に解決されることを示した。実際、ヒッグス粒子の質量が120Gevから290Gevになること、Kaluza-Klein励起のエネルギースケールが1.5TeVから3.5TeVになることを示した。さらに、クォークレプトンの波動関数も質量とWilson line phaseの関数として決定し、それを用い、弱い相互作用の普遍性がわずかに破れること、重い粒子ほど普遍性の破れが大きくなること、しかし、今のところ実験の誤差の範囲内で、実験と矛盾しないこと、そして、クオークレプトンとヒッグス粒子の結合定数(湯川定数)が標準理論に比べてかなり小さくなることをしめした。これらのことは、近い将来、LHCでの実験などにより検証されることが望まれる。また、クォークレプトンの質量の起源についても、Kaluza-Klein励起との混合という新しい見地が確立された。

前年度に引き続き、ゲージ場とHiggs場を高次元ゲージ理論のなかで統一し、量子効果により対称性を破る機構(細谷メカニズム)を電弱相互作用に適用し、Higgs場の相互作用に関する様々な物理的帰結を導いた。Higgs場はゲージ場の一部になり、Higgs場の相互作用はゲージ原理と時空構造によって決められる。特に、Randall-Sundrum時空上でSO(5)xU(1)モデルを詳細に調べ、このモデルが正しいWeinberg angleを与え、かつ今までの実験結果と矛盾がないことを示した。WWZの相互作用については、Randall-Sundrum時空上では標準模型とほとんど同じ結果になるが、平坦な時空上でのゲージヒッグス統合では、WWZ結合が小さくなってしまい、LEP2の実験結果とすでに矛盾することを示した。この事実は、余剰次元が存在するとすれば、時空が曲がっていることを意味する。さらに、Higgs場(H)のゲージ場(W, Z)との結合定数、フェルミオン揚との結合定数を調べた。WWH, ZZHの結合定数は標準模型にくらべ、cos(theta_H)だけほぼ普遍的に小さくなることを示した。ここで、theta_Hは、細谷メカニズムを特徴づけるYang-Mills AB位相である。WWH, ZZHの結合定数は現在のところ実験的には測定されていないが、今年末に動き出すLHCや、近い将来に計画されているILCにより、測定可能になる。また、フェルミオンとの結合定数(湯川結合定数)については、フェルミオンの質量の起源に任意性があるためモデルの詳細に依存するが、一般に標準模型とくらべて小さくなることを示した。この点も、LHCで検証可能となる。ゲージ場とHiggs場を高次元ゲージ理論のなかで統一し、量子効果により対称性を破る機構(細谷メカニズム)を電弱相互作用に適用し、Higgs場の相互作用に関する様々な物理的帰結を導いた。特に、Randa11-Sundrum時空上でS0(5)xU(1)モデルを詳細に調べた。ゲージ・ヒッグス統合理論の普遍的な帰結として、ヒッグス粒子とゲージ場(W,Z)との結合定数が標準模型とくらべて小さくなることをしめした。WWH, ZZHの結合定数は標準模型にくらべ、cos(theta_H)だけほぼ普遍的に小さくなる。WWH, ZZHの結合定数は現在のところ実験的には測定されていないが、今秋動き出すLHCや、近い将来に計画されているILCにより、測定可能になる。ヒッグス粒子とゲージ場(W,Z)の波動関数や、様々なKaluza-Klein励起状態への結合定数も求めた。また、低エネルギーで現れる軽い粒子や場に対する有効理論も導いた。ゲージ・ヒッグス統合理論では、ヒッグス粒子の質量は有限の値に予言される。このことは、今まで1loop近似でしか示されていなかったが、2loop近似でも正しいことを5次元目が円の場合のQEDで示した。この事実は、高次元ゲージ理論が繰り込み不可能であるにもかかわらず、ヒッグス粒子の質量に対しては意味のある予言ができることを意味する。
日本の地質条件が森林生態系の生物地球化学プロセスに与える影響

日本の湿潤な気候条件下では土壌中の雲母は熱力学的に不安定であり、陽イオン交換の主体として働くバーミキュライトへと変質していた。その量は母材が頁岩等の堆積岩>酸性岩>塩基性岩の順で多かった。活性アルミニウム・鉄に関して、その量は火山灰土壌で極めて多いほか、高標高の土壌で多い傾向があった。これら活性アルミニウム・鉄は有機物蓄積に寄与し、負荷された酸を中和し、リン酸吸着の容量と強度を大きくしていた。本研究は、多様な地質条件を有する日本の森林生態系を対象として、生物地球化学プロセスにおける土壌鉱物の機能-1)生態系への無機養分供給、2)二次鉱物の生成、3)水質形成-を、異なる地質間で比較評価し、森林生態系の適切な管理と利用に資する知見を獲得することを目的としている。平成20年度の成果として、上記1)3)に関して以下ことを明らかにした。1)土壌全元素組成を測定し、その組成が材料である岩石の組成を強く反映しており、酸性岩母材土壌ではKに富む一方MgやCaの量が少なく、塩基性岩母材土壌においてはKが少なくMgとCaに富んでいることを示した。また、土壌溶液組成および交換性陽イオン量も岩石の組成を反映し、同様の傾向があることを示した。2)二次鉱物(粘土鉱物)組成を調べ、酸性岩母材土壌および堆積岩(頁岩)母材土壌においては、陽イオン交換能に大きく寄与するバーミキュライトが多く存在しており、一方塩基性母材土壌においてはその存在量が少ないことを示した。土壌溶液組成の解析より、酸性岩母材土壌および堆積岩(頁岩)母材土壌に含まれる雲母はいずれの土壌においても不安定であり、それが風化することでバーミキュライトが生成することを示した。3)水質形成において二次鉱物の溶解反応およびその表面における各化学種の吸脱着反応は主要な過程である。これまでに土壌の鉱物性が、酸付加に対する応答と炭素蓄積に与える影響について解析した。酸付加に対しては活性Alの溶解が、炭素蓄積に対しては有機炭素の活性Al・Feへの吸着が主要な反応となっていること、また活性Al・Feの含量が火山灰母材土壌、塩基性母材土壌、酸性岩母材土壌の順に多いことを示した。本年度は土壌におけるリン酸の吸脱着および超塩基性岩を母材とする土壌の生成について研究を行った。また昨年度の成果とあわせ、森林生態系において地質条件が生物地球化学プロセスに与える影響についてまとめた。植物の主要必須元素であるリン酸の土壌における吸脱着に関して、これまで吸着容量が土壌中の活性Al・Fe(酸性シュウ酸塩抽出Al・Fe)量に規定されていることが示されている。本研究では土壌からのリン酸の脱着しやすさに関して実験を行い、活性Al・Fe含量の高い土壌ほど微小孔隙に富み、より高い割合でその微小孔隙内部にリン酸を保持することで、リン酸の可動度を減じていることを示した。超塩基性岩である蛇紋岩から生成した土壌について、粘土鉱物組成、交換性陽イオン、可給態Cr・Niの解析を行った。通常の火成岩・堆積岩母材土壌とは大きく異なり、蛇紋岩母材土壌は緑泥石、滑石、蛇紋石に富むため陽イオン交換の活性が低いこと、交換性Ca/Mg比が低いこと、可給態のCr, Niが大きいことを示した。本研究を通して、地質条件が生物地球化学プロセスに与える影響として下記のことが解明された。日本の湿潤な気候条件下では雲母は熱力学的に不安定であり、バーミキュライトへと変質する。その量は母材中の雲母の量を反映し、頁岩等の堆積岩>酸性岩>塩基性岩・超塩基性岩母材土壌であった。このバーミキュライトは陽イオン交換の主体として土壌中で働く。また、活性Al・Feに関して、その量は火山灰土壌で極めて多く、また高標高の土壌やポドゾル下層土壌など有機物含量が高い土壌で多い傾向があった。それらを除くと、活性Alは粘土含量と正の相関があり、塩基性岩≒頁岩等の堆積岩>酸性岩母材土壌となった。これら活性Al・Feは有機物と結合することでそれを蓄積し、酸負荷に対して溶解することで応答し、リン酸の吸着容量および吸着強度を大きくしていた。
非定常噴霧燃焼におけるNOx生成の抑制

本研究では、非定常噴霧燃焼におけるNOx制御方法として、水添加燃料を提案し、まず燃料噴射システムの改良と、燃料と水の噴射率測定装置の製作を行った。燃料噴射システムは、着火に至るまでは燃料のみを噴射し、着火後に水添加した燃料を噴射できることが必要である。本研究では、等圧吸い戻し弁付きの燃料噴射ポンプを用意し、毎サイクルの燃料噴射終了後、噴射ノズルホルダーの燃料通路に水を送り込む装置をそれに付加した。これにより、燃料通路からノズル先端までの燃料が先に噴射され、その後に水添加された燃料が噴射されるようにした。燃料と水の噴射率測定装置は、ボッシュ式の噴射率測定装置では燃料と水の区別ができないため、まったく新しい発想のものが必要となる。本研究では、東工大方式回転円盤形噴射率測定装置が適当と考え、それを改良した回転スリット式のものを製作した。この装置で噴射率を測定した結果、噴射期間中、水が好ましい形で燃料中に分布していることが予想されるデータが得られた。さらに、実際のディーゼル機関のような高温・高圧の燃焼室内では、水添加による噴霧の到達距離の違いが燃焼に大きな影響を及ぼす。そこで、大型のディーゼル機関を使用して燃焼の可視化を行い、噴霧の運動量と到達距離の関係を明らかにした。以上の実験から、この方法による燃焼制御の有用性が明らかとなった。本研究では、非定常噴霧燃焼におけるNOx制御方法として、水添加燃料を提案している。本年度は、まず燃料噴射システムの改良と、燃料と水の噴射率測定装置の製作を行った。これにより、燃料通路からノズル先端までの燃料が先に噴射され、その後に水添加された燃料が噴射されることになり、目的を達成できる。
エルニーニョ発生機構の解明：沿岸湧昇と高山山脈に着目した高解像度気候モデル研究

ニューギニア沖沿岸湧昇が、エルニーニョ発生に重要な役割を果たす西風バーストを強化しているという仮説を検証するため、以下の活動を行い、仮説の有効性を確認した。(1)全球大気海洋結合モデル(SINTEX-F2)+の150年間の長期出力を解析することによって、沿岸湧昇が先行するエルニーニョがモデル内で見られることを確認した。(2)西太平洋暖水プール域に領域大気モデル(iRAM)や領域海洋モデルを設定し、2002/03年に発生したエルニーニョ発生直前の2001/2002年冬期をケーススタディーとして複数の感度実験を行い、湧昇による温度勾配の西風強化等に対する貢献を定量的に示すことが出来た。当該年度に実施した研究成果について、以下に記載する。(1)SINTEX-F2の150年実験結果解析:パプアニューギニア(PNG)沖の沿岸湧昇発生後に発生するエルニーニョ(「湧昇先行型エルニーニョ」)の合成図解析を行い、観測と類似する海面水温や海上風がエルニーニョ発生前に見られることを確認した。一方、沿岸湧昇を伴わないエルニーニョに関しても解析を行い、沿岸湧昇先行型との比較を行った。その結果、沿岸湧昇を伴わないエルニーニョに関しては、沿岸湧昇先行型と異なり、正の水温偏差が東部赤道太平洋から西向きに伝播する傾向を示すものが複数存在することが明らかになった。(2)PNG沿岸湧昇海面水温パターンやPNG高山山脈に着目した感度実験:PNG沿岸湧昇時に観測された海面水温パターンを境界条件として、大気領域モデル(iRAM)を用いた感度実験を行った。モデルを駆動するための水温データ等を改善し、アンサンブル実験を行った結果、沿岸湧昇時に見られる水温パターンがエルニーニョ発生に好ましい西風偏差の強化に寄与する点を確認することができた。また、高山山脈を除去する実験も行い、高山山脈がPNG沿岸域の降水変動に大きな影響を与える点や、PNG沖合の大気循環にも影響する点を指摘した。(3)領域結合モデル(iROAM)の開発:東部赤道太平洋ですでに実績がある大気海洋結合領域モデル(iROAM)を、ハワイ大学の共同研究者の協力の下、前年度に引き続き開発を行い、本実験に向けた結合スキームの改善を行った。(4)成果発表:国内外の学会において口頭およびポスター形式によって成果を発表した。また、一般市民にも理解が容易になるような研究紹介ホームページの作成を行い、公開を行った。ニューギニア沿岸湧昇が西風バーストを強化しているという仮説を検証するため、以下の活動を行った。全球大気海洋結合モデル(SINTEX-F2)の150年間の長期出力を解析することによって、沿岸湧昇が先行するエルニーニョ(湧昇先行型エルニーニョ)と沿岸湧昇が先行しないエルニーニョ(非湧昇先行型エルニーニョ)の二種類のエルニーニョがモデル内で見られることを確認した。さらに、この二種類のエルニーニョの空間分布等を調べた結果、湧昇先行型エルニーニョは、観測データで見られるエルニーニョもどきと類似する特徴を示していた。一方、非湧昇先行型は、1950年代から60年代に発生した東部赤道太平洋を西向きに伝播する海面水温を伴う弱いエルニーニョと類似していた。湧昇の有無とエルニーニョタイプの関連を示唆する結果であり、本成果を学会で発表し、国際誌への投稿準備を進めた。さらに、西太平洋暖水プール域に領域大気モデル(iRAM)を設定し、2001/2002年冬期をケーススタディーとして実験を行った。様々なSSTを入れ替えた対照実験により、湧昇による温度勾配の西風強化に対する貢献を定量的にしめすことが出来た。くわえて、領域海洋モデルを用いて、湧昇で強化される西風が海洋ケルビン波による応答に大きく貢献していることを確かめた。結果は学会で発表し、さらに査読付き論文において誌面発表を行った。2014年の冬/春季に沿岸湧昇を伴う西風バーストが発生しており、気象庁やNOAAが2014年夏季におけるエルニーニョ発生を予測している。本研究は、このような現在進行形の現象に対しても注目すべき視点を提供できた。また、領域モデル同士を結合し、大気海洋結合モデルとして完成させ、海面温度がパプアニューギニア周辺の降水量などに影響があることを確かめた。この結合モデルは今後の西太平洋の大気海洋結合研究の資産として利用可能である。(1)SINTEX-F2の150年実験結果解析:パプアニューギニア(PNG)沖の沿岸湧昇発生期間をモデル海面水温データなどの解析から検出した。次に、モデルの大気海洋データを解析することによって、沿岸湧昇発生後に西風強化・暖水プール東進を伴うエルニーニョ(「湧昇先行型エルニーニョ」)を検出した。

150年間で約40個のエルニーニョが発生したが、その約半数が湧昇潜行型エルニーニョであることを確認した。これらの解析結果を国際会議で発表した。本結果はPNG沿岸湧昇がエルニーニョ発生と密接に関連することを示唆する結果であり、エルニーニョ発生機構の理解に寄与するものである。(2)PNG沿岸湧昇海面水温パターンに着目した感度実験:PNG沿岸湧昇時に観測された海面水温パターンを境界条件として、大気領域モデル(iRAM)を駆動して、海面水温変化に対する大気応答を調べた。PNG沿岸湧昇時の海面水温低下を強めた場合には、西風が強まることを確認した。さらに、山岳地形を除去する実験も行い、山岳地形が湧昇を引き起こす北西風に寄与する可能性を示唆する結果を得た。解析結果を国際会議で発表した。本結果は、沿岸湧昇時に現れる海面水温パターンやPNGにおける高山山脈がPNG周辺の大気場に与える影響について新たな知見を与え、西部赤道太平洋の大気海洋陸面変動の解明に寄与する。(3)領域結合モデル(iROAM)の開発:東部赤道太平洋ですでに実績がある大気海洋結合領域モデル(iROAM)を、ハワイ大学の共同研究者の協力の下、コンポーネントを一新するとともに、西部赤道太平洋に適合させるためのチューニングなどを行った。実験終了後にモデル再現性を調べて、来年度以降の実験実施に向けた作業を行った。本年度の実施項目を大きく分けると、(1)SINTEX-F2の150年実験結果解析、(2)PNG沿岸湧昇海面水温パターンおよびPNG高山山脈に着目した感度実験、(3)領域結合モデル(iROAM)の開発継続の3項目に分割できる。上述したように、各項目において当初の計画に沿った活動を行うことができ、本年度の目的をほぼ達成することができた。各項目の進捗を以下に述べる。(1)においては、湧昇先行型エルニーニョ合成図解析を行い特徴を整理するとともに、湧昇を伴わないエルニーニョの時間発展との比較を行った。また、沿岸湧昇が発生したにもかかわらずエルニーニョが発生しなかったケースが存在した場合についても比較を行った。2)においては、沿岸湧昇時に現れる海面水温パターンが大気場に与える影響の評価や、PNG高山山脈が大気場に与える影響の評価をiRAMを用いたアンサンブル感度実験によって行った。(1)と(2)に関して、得られた結果を国内外の学会において発表を行った(国内会議3件、国際会議4件)。また、(3)については、前年度に引き続きハワイ大学の共同研究者との打ち合わせを行い、iROAMの西太平洋版の開発を継続した。くわえて、得られた成果の一般向けの公開においても計画に沿って研究紹介ホームページを作成し、本研究の意義や得られた成果の解説などを公開した。以上により、当初目的をほぼ達成することができたと自己点検によって評価する。初年度の実施項目は大きく分けると、(1)SINTEX-F2の150年実験結果解析、(2)PNG沿岸湧昇海面水温パターンに着目した感度実験、(3)領域結合モデル(iROAM)の開発の3項目に分割できる。上述したように、各項目において当初の計画に沿った活動を行うことができ、初年度の目的をほぼ達成することができた。