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磁場駆動円盤風を考慮した原始惑星系円盤進化と惑星形成に関する研究

2017年度、及び、繰越の結果2018年度上半期に、以下の研究成果を得た。原始惑星系円盤における惑星形成、および、惑星の軌道変化に、磁気駆動円盤風が与える影響を解析した。磁気円盤風は面密度の動径距離分布を変えるため、原始惑星と円盤内の密度波の重力相互作用に起因する惑星移動の速さに影響を与えることを指摘した(Ogihara et al. 2017)。さらに、磁気駆動円盤風の強度や角運動量輸送率によっては、太陽系の岩石惑星と似た分布も自然に再現し得ることを指摘した(Ogihara et al.2018a)。さらに星惑星形成の観点からは少し前の段階である、原始星と周囲の円盤に関する課題にも取り組んだ。主な成果としては、原始星フレアに伴うX線輝度の理論的スケーリング則を導出した(Takasao et al.2017)ことと、中心原始星と周囲の円盤を含む3次元大局計算を行い、円盤から原始星への新たな質量降着メカニズムであるファンネル(漏斗)壁降着を見出した(Takasao et al.2018)ことが挙げられる。他にも関連研究課題として、太陽風加熱・駆動機構に関する研究(Shoda et al.2018a; 2018b)、低金属量星の大気の加熱や恒星風駆動(Suzuki 2018)と小惑星サイズの天体の振り込みによる重元素汚染(Tanikawa et al.2018)に関する研究成果も得た。本研究計画の目的は、磁気駆動円盤風を考慮した原始惑星系円盤のガス成分の進化と、その中での固体成分の振舞いの理解であった。研究員の雇用と異動の状況により繰越をすることとなったが、「研究実績の概要」で述べた成果は、初年度の進捗としてはほぼ予定通りであった。1.原始惑星系円盤の固体成分の振舞い原始惑星系円盤の固体成分の中でも特に塵粒子に着目し、磁気駆動円盤風が塵の動力学や成長合体に与える影響を精査する。2.円盤ガス成分の磁気流体シミュレーション局所計算に曲率の効果を考慮した、円柱シアリングボックス近似による数値実験コードを開発する。
宮廷女房日記にみる中世前期寝殿造の復原的研究―王朝文化の変容と空間演出を視点に―

本研究は、11世紀から13世紀頃の内裏・院御所・公家住宅を、宮廷女房日記を史料に、行事時の使い方を検討するもので、女性の空間を演出する打出(女房装束を几帳に架け、几帳帷子を中央に、2具の袖口と褄を御簾の下から出だす)の解明を目指した。打出は、女性の御所を示す演出で、女院や后に侍る女房が出だす、儀式の途中で女院の座を創るために出だす例がある。儀式空間に設置される例では、寝殿の東あるいは西の二三ヶ間、北面の東あるいは西の渡殿や二棟廊に向けて置き、儀式会場や上位の方角を示した。打出の消失は、室町時代頃からみられ、歌合等の男女が共有する行事がなくなり、儀礼空間に女房の存在が失われたためと考えられる。本研究は、11世紀から13世紀頃における内裏・院御所・公家住宅を、宮廷女房日記を基礎史料に、古記録・指図・絵巻を照合し、行事の空間及び居住空間における使い方を復原し、寝殿造の展開を再構築することを目的とする。本年度は、初年度であることから、下記の2点について、集中的に取り組んだ。1.寝殿造研究の再検討本研究の基礎となるこれまでの寝殿造研究の展開を整理し、平安京京都研究集会「平安時代貴族邸宅論」のシンポジウムにおいて報告した。考古学・歴史学・建築史学により推進されてきた平安時代貴族住宅研究の展開過程を整理し、改めて建築史側から建築の内部空間の使い方を分析する必要性を認識した。2.女房装束による打出の展開の解明儀礼空間における寝殿造独特のしつらいの一つである女房装束による打出について、研究論文を執筆するために、史料調査を推進した。前年度に、打出が10世紀後半から11世紀に成立し、13世紀にかけて活発化することを明らかにした。これに加え、宮内庁書陵部蔵近世鷹司家旧蔵の装束関連の書を複写し、翻刻を進めた。さらに、打出について詳細な描写がある「補定駒競行幸絵巻」(東京国立博物館所蔵)の調査を推進した。今後は14世紀初頭制作「駒競行幸絵巻」(和泉市久保総美術館蔵)、主題とした物語である『栄花物語』や古記録『小右記』を合わせ、絵巻に描かれた打出の領域や装束の意匠を究明する。一部の成果は、国際服飾学会等で口頭報告した。本年度は、女房装束の打出に関する有職故実書及び関連する中・近世における物語絵の調査・研究を中心に推進した。(1)近世鷹司家に伝来する宮内庁書陵部蔵の打出及び押出、装束に関する書の翻刻を推進した。本史料に関しては、翻刻を公開する予定である。史料に掲載されている古記録を整理し、本研究課題の史料とする。(2)前研究課題から継続している源氏物語の有職故実書について、国文学・服飾史の研究者と翻刻を推進し、研究紀要に投稿した。(3)中近世物語絵の調査を、国内外で推進し、王朝物語絵に関する画像史料を収集した。米国ミネアポリス美術館、インディアナポリス美術館、クリーブランド美術館、根津美術館蔵(東京)、茶道資料館蔵(京都)、徳川美術館蔵(愛知)等において、調査・観覧を実施した。これらの画像史料により中近世における寝殿造像の実態や王朝文化の受容を検討する。(4)人間文化研究機構国文学研究資料館による国際共同研究(境界をめぐる文学ー知のプラットフォーム構築をめざして、研究代表者シラネ・ハルオ氏)において依頼があり、「日本中世における空間の境界ー身分・性差からー」について報告した。古代中世における社会的な身分によって形成された境界に注目し、寝殿造空間において、位階や性差により空間がどのように区別されていたのかを報告した。今後は、先行研究を踏まえながら、中世前期における空間の境界がどのように変容するのかに着目することで、本研究課題につなげていきたい。本年度は、中近世の物語絵を数多く調査する機会が得られた。また、依頼により、「境界」という新たな視点を得ることができた。これらを本研究課題に連動させていきたいと考えている。本研究は、従来の古代中世住宅史に対し、男性貴族が参入できなかった御簾内の后・内親王と女房が生活した空間の実像を究明することを目的とする。これにより、寝殿造の空間の特質とその変容過程に新しい視点を提示する。(1)女房装束の打出は、平安後期から鎌倉時代になされた寝殿造における空間装飾である。御簾内から外に向かって、女房が着用した装束を出し、袖口のかさねの色目を演出する。本年度は、特に打出の消失要因を、1跳ね上げの格子が、引き違いの建具となること、2しつらいの固定化・建築化、3歌合などの男女が共に共有する行事が失われ、儀礼空間に女房の存在が示されなくなること(宴会から、対面儀礼へ)。以上をまとめ、日本建築学会近畿支部建築史部会及び、平安京の〈居住と住宅〉研究会等において、報告した。(2)平安後期から南北朝期に制作された『紫式部日記』『讃岐典侍日記』『たまきはる』『弁内侍日記』『とはずがたり』『竹向きが記』を精読し、住宅と住生活の記述を抽出し、データー化した。

(3)儀礼空間における女房の空間の実態を検討するために、『栄花物語』『紫式部日記』等から中世宮廷女房日記までに散見される、「おしこりて」「いなみる」の用語に注目した。これらは、儀礼時において女房達が空間に、おしかたまり居並んでいる様相である。今後は、源氏物語絵巻・紫式部日記絵巻等の絵巻を合わせて検討し、当時の空間を復原する。(4)中・近世における王朝物語絵に関する画像史料を収集した。米国フリアギャラリー、ハーバード大学美術館、メトロポリタン美術館、サントリー美術館等における調査を実施した。また、大和文華館「白描の美ー図像・歌仙・物語」で、女房が制作・享受した物語絵を実見した。当初の予定であった、女房装束の打出の成立と変遷を明確にすること、中世宮廷女房日記の住空間・住生活を検討することについて、おおむね作業を推進することができた。本研究は、11世紀から13世紀頃における内裏・院御所・公家住宅を、宮廷女房日記を基礎史料に、古記録・指図・絵巻を照合し、その使い方を復原することを目的とする。本年は、昨年からの検討課題である、女房装束の打出の作法を有職故実書と指図から究明した。(1)「女房装束打出押出之事」(宮内庁書陵部蔵、19世紀)を翻刻し、古記録に示された打出の用例を抽出した。打出の用法と領域は、1妻戸に設置する(使者のための明示など)、2儀礼の空間を装飾する、3女性の座を示す機能がある。絵巻等では、外部の簀子や庭に向かって装飾された打出が表現されることが多いが、内部空間にも出された。打出の意匠は、多種多様な選択がある。特に『兵範記』仁平2年(1152)3月7日条鳥羽天皇五十算賀における女院の女房達の打出は、四色に限定しながらも、一人ひとりがすこしずつ色彩が異なるなどの院政期の趣向がみられる。(2) 12世紀から14世紀における古記録所収の指図に示された打出を検討した。儀式空間に設置される例では、寝殿の東あるいは西の23ヶ間、北面の東あるいは西の渡殿や二棟廊に向けて置く事例が確認できる。儀式空間の境界を明示する意味が窺われる。親王誕生の五十日においては、母后の座を示す際に打出が出され、天皇座の際に引き入れた。つまり、儀式時に設置された打出は、会場に姿を現さない后宮・北政所(その女房)の存在を暗示した可能性がある。打出は、管見の限りでは、足利将軍義持・義教・義政の拝賀まで継承されている。今後は、12世紀から16世紀頃の古記録を通観することで、打出を女性の座とする意味がいかに継承され、あるいは変容したのかを明確にしたい。本研究は、11世紀から13世紀頃の内裏・院御所・公家住宅を、宮廷女房日記を史料に、行事時の使い方を検討するもので、女性の空間を演出する打出(女房装束を几帳に架け、几帳帷子を中央に、2具の袖口と褄を御簾の下から出だす)の解明を目指した。打出は、女性の御所を示す演出で、女院や后に侍る女房が出だす、儀式の途中で女院の座を創るために出だす例がある。儀式空間に設置される例では、寝殿の東あるいは西の二三ヶ間、北面の東あるいは西の渡殿や二棟廊に向けて置き、儀式会場や上位の方角を示した。打出の消失は、室町時代頃からみられ、歌合等の男女が共有する行事がなくなり、儀礼空間に女房の存在が失われたためと考えられる。当初計画にあげていた史料調査を推進することができ、研究は順調に進んでいる。次年度は、宮廷女房日記に関わる史資料を精読する作業を推進したい。打出の消失要因として、儀礼空間における女房の座の変遷が背景にあると考えられる。今後は、平安後期から南北朝期の住宅における女性の居所の変遷を、先行研究や貴族の日記、中世文学等から検討することが課題である。
職業希望者及び文系進学者のための中等学校での数学内容とカリキュラムの研究

ドイツとフランスの職業教育につながる数学教育について教科書調査と現地調査を実施した。ドイツの中等教育は複線型であり,そこで扱う数学は,そこの生徒らのレベルを考慮し,将来の進路にも合わせた内容である。職業学校での数学教育は,職業の専門科目の中で,教師がその職業に直結する内容を選択して教えている。職業学校の教師の経歴は,その専門のマイスター資格を持つ実務経験者と大学で専門の高等教育受けた上で教員資格試験に合格した者の二通りがある。以上の調査を踏まえ、就職希望者や文系への進学者用に,基礎数学の他に,数学的モデリングや問題解決によって他教科や実社会と関連させた数学内容を提案した。代表者の守屋は,実際の高校の数学内容を検討し,高校で実験授業の準備を行った。また,カザフスタンの教育課程やこれまでの研究成果を調べ,小学校より文字式を導入するカリキュラムを提案した。一部は,共同研究者の太田教諭(ノートルダム学院小学校)により実験授業が行われた。分担者の富永は,文系出身者がほとんどである教育学部学生の入学時の数学能力を調査し,外部検定テストの合格を教職課程履修の条件とするカリキュラムを実施してきた。その結果,学生の学力が向上することを明らかにした。また,2月下旬にドイツを訪問し,ドイツにおける初等教育中等教育ならびに職業教育にあたる基礎学校・ギムナジウム・職業専門学校について、それぞれ実際の学校現場での数学教育を中心としたカリキュラムの実施内容ならびに実際の授業の実施状況等の視察調査を実施した。分担者の中込は,ICTを利用した数学教育方法として,図形ソフトを使うと解法を構造的に捉えさせることができる,論証指導での効果的な活用法を示した。また,幾何教材を発展的に扱い文系学生に指導した結果,数学的素養を中等教育で付けさせる方法として応用できることを示した。分担者の植野は,11月にフランスのリヨンを訪問し,職業学校等の数学の授業を参観し,職業教育の実際を調査した。また,職業学校で使われている数学の教科書を購入し資料収集をした。統計が重視されていることや将来の職業に則したコースに分かれ,職業や生活の場面に関連する題材が使われていることを明らかにした。この他に,認知科学的研究に基づいて,無限,仮分数,素因数分解の各概念について解説されている日本語,英語で書かれた内外の文献を調査し,数学教育の立場から検討し,中等学校での教材開発の方向性を提案した。ドイツの職業教育につながる数学教育について教科書と現地調査を実施した。学校体系が複線型で,中等教育における学校が選択制であるため,複線型で扱う数学は,そこの生徒のレベルを考慮し,将来の進路にも合わせた内容となっている。例えば,大学進学を目指すギムナジウムでは,抽象的数学や幾何の証明をしっかり指導する。一方,卒業後就職する基幹学校では,実際問題の解決に主眼が置かれ,幾何の論証は指導されず,複雑な図形の計量と求積が中心である。なお,実科学校では,基幹学校より高度な数学が指導される。また,基幹学校や実科学校の生徒の多くは,卒業後に就職し,職業見習いとして働きながら職業学校や職業専門学校に通い,仕事に直結する数学を集中して学ぶ。その上,各学校では卒業試験があり,卒業生の学力が一定以上であることを保証している。このように,学校で学ばれる数学が進路や仕事に直結していて無駄がなく,生徒に過重な負担をかけることなく効率的に数学の学習ができる環境が整えられている。これは,卒業試験制度と合わせて,生徒の学力保証に繋がっている。単線型教育制度の日本の場合は,全生徒に一律の目標と内容を設定して,その到達度を評価しているため,進路や学力による内容の変更等が容易でない。さらに,高等学校入試で学力を測り,進路に応じた選抜をさせるという機能は,今日,低下している。その結果は,学力保証が無いままに中等教育を修了していたり,適正・能力に合った就職意識が欠如していたり,さらには,大学生の学力や学習意欲の低下という問題に現れたりしている。複線型の導入と,学校教育から一端離れた人に対する学習機会の提供を国家的に支援できるシステムの設置が期待される。研究成果は,数学教育学会例会・年会で発表した。さらに,玉川大学の研究紀要に掲載した。代表者の守屋は,分担者の植野と2014年6月上旬にドイツのカールスウルーエ市にある職業学校Carl-Engler-Schuleとベルリン市にある職業学校センターOberstufenzentrum Informations- und Medizintechnikを訪問し,それぞれの州での職業教育の中での数学教育について実地調査を行った。数学はそれぞれの職業の専門科目の中で,その職業に直結する内容を,教師が選択して教えている。

教師の経歴は,その専門の実務経験と教員資格試験の2本立てであり,職業内容に精通した教員によって学生に必要な数学が指導されていることが分かった。このように,日本と比べ,中卒・高卒の学歴からスタートする中堅の技術者・職業人の育成に手厚いことを改めて確認した。大学では,より選抜され目的意識がしっかりした学生が,上級技術者・職業人を目指して勉強している。7月12日に開催された2104年度数学教育学会夏季研究研究会(関東エリア)において,守屋がオーガナイザーとなり,分担者の植野・富永・中込,研究協力者の高須・他によってオーガナイズセッション「就職希望者,非理系の進学者のための中学校・高等学校の数学教育を考える」を開催した。各自がこれまでの研究成果を発表した。現行の数学カリキュラムについての問題点から,職業につながる高校の数学内容の提案を行い,中堅技術者・職業人の育成に関わる数学教育の必要性に言及した。なお,本研究メンバーが中心となって,将来小学校教員を目指す文系大学生を対象とした基礎数学の図書,守屋編著(2015)『教科力シリーズ小学校算数』玉川大学出版部を出版した。これは,文系の高校生が学ぶ数学内容も含めてまとめたものでもある。受験用に数学を応用・利用するのとは違い,基礎数学の他に,生活や他教科と関連させた数学内容を扱い,文系用高校数学の一つの形として提案した。数学教育学24年度11月に,分担者の変更が行われ,フランスの調査研究を本年度に実施したため,教育内容の構築がやや遅れている。しかし,他は順調に進んでいる。ドイツに関する調査と教育内容の検討は予定以上に順調に行われた。しかし,年度途中に当初の研究分担者が退職し研究分担者資格を失い,研究分担者の変更が必要となった。そのため,9月に予定していたフランス・イギリスの調査は,新研究分担者が適当な渡航時期を年度内に取れず,平成25年度実施となった。ドイツでは州により教育システムが違ったり,近年,中等教育のシステムが変更されたりしているので,更なる現地調査が必要である。これら,ドイツ,フランスの職業教育の教科書と実際授業の分析結果をまとめる。そして,日本の中等教育に生かせる教育内容とカリキュラムを再検討,提案する。これを基に,高校の就職希望者や非理系の進学者に対して教育実験を試み,結果を分析する。なお,研究協力者として河崎哲嗣(岐阜大学),二澤喜紀(近畿大学),詫摩京未(立命館宇治中学・高等学校),丹洋一(戸沢中学校),高須敏江(北杜高等学校)を予定している。分析結果のまとめや開発された教育内容・教材等の成果は,数学教育学会やドイツ数学教育学会等で逐次発表する。フランスとイギリスについて,教科書と現地調査から職業教育に繋がる数学教育の内容と実際を調べてまとめる。また,ドイツについては,教育システムが変わった地域があるため,更なる現地調査を行う。また,前年度の調査から国内の職業教育の実際をまとめる。就職希望者や非理系進学者のために必要となる数学内容について,調査した外国の例を参考にして検討し,教育内容とカリキュラムの素案を準備する。さらに,教育内容に見合った具体的な教材の開発に着手し,教育実践の準備を行う。
加齢に伴う長期記憶障害を回復させるメラトニン脳内代謝産物の効果と健康食品への展開

松果体ホルモンであるメラトニンは、主として脳内では、N-acetly-N-formyl-5-methoxykynuramine (AFMK)からN-acetly-5-methoxykynuramine (AMK)に代謝されることが知られている。最近我々は、このメラトニンの脳内代謝産物であるAMKが、マウスやフタホシコオロギを用いて、学習後にたった1回の投与で長期記憶を誘導できることを見出し、国内および米国特許を出願した。本研究の最大の目的は、人への展開の基盤を作るために、AMKの含有量の多い食材を探索するとともに、マウスを使って、有効投与時刻の詳細な検討と投与方法の比較検討、さらに効果の持続時間の検討を行い、最適条件を絞り込むことにある。本年度は、AMKの含有量の多い食材の探索を始めた。これまで我々は植物にもメラトニンが存在することを報告(Hattori et al, 1995)しているが、その時に測定した24種類以外に、新たに161種類の食材を選んで、LC/MS/MSを用いて、メラトニン及びAFMKやAMKの含有量を調べた。その結果、メラトニンの多い食材の中には、AFMKやAMKも多い食材も存在するが、メラトニンは多くてもAFMKやAMKは検出されない食材、一方、メラトニンよりもAMKが多い食材などが存在することが分かった。しかし、残念ながら探索した食材の中には、有効効果が期待できるほど大量にAMKを含む食材を見出すことはできなかった。一方、LC/MS/MSの特徴は、目的の物質以外にも多くの物質を同時に測定できることであり、食材におけるAMK検索中に、食材の中にはメラトニンの前駆体であるセロトニンやN-アセチルセロトニンなどを多く含むものが存在することが分かった。そこで、N-アセチルセロトニンを多く含む食材を用いて、メラトニンを人工的に合成するシステムを作り上げた。本年度は、AMKを大量に含む食材の探索を行った。植物にもメラトニンが存在していることは1995年の我々の報告以降多くの論文が発表されているので、これまで調べてきた食用植物をさらに広げるとともに、ハーブ類や嗜好食品の食材などを含めた多くの食材を対象に、LC/MS/MS(当研究室に所有)を用いてメラトニンやAMKを測定した。150種類を超える食材を調べることができたことは、順調に進展していると言ってよいのだが、残念ながら探索した食材の中には、長期記憶を誘導できるほど大量にAMKを含む食材を見出すことはできなかった。そこで、メラトニンを多く含む食材からAMKを作る方法の検討やメラトニンの前駆体であるN-アセチルセロトニンを多く含む食材を用いて、メラトニンを人工的に合成するシステムを作り上げた。現在、これらの系を用いて継続して検討を行っている。そのため、進捗状況の区分を(2)にした。補助事業期間中の実験は、初年度のAMK高含有食材の探索にはじまり、主に以下の5つの項目からなる。実験1AMKの投与タイミングの検討:長期記憶が形成されない条件、すなわち物体を1回だけ見せるという学習の3時間前から3時間後までの様々なタイミングで投与し、長期記憶形成可能な投与時間を決める。実験2有効な投与方法の検討:腹腔内投与だけでなく、経口投与や塗布剤による投与方法による有効濃度や効果の持続時間などを比較検討する。実験3AMKの投与時刻による効果の比較:午前あるいは午後、夜などで学習後にAMKを投与し、最少有効濃度を比較検討する。実験4AMKの長期記憶誘導効果の持続時間:実際に使える濃度や方法における長期記憶の持続時間を調べ、より効果を持続するための投与間隔を決定する。実験5AMKのレセプターの同定:レセプターの候補として、脳内のGタンパク質連結型レセプター(GPCR)が考えられるので、複数のGPCRとの結合をβアレスチンの変化を指標に調べることである。以上の5項目の中で、次年度は、13の項目を行う予定である。

一方、LC/MS/MSの特徴は、目的の物質以外にも多くの物質を同時に測定できることであり、食材におけるAMK検索中に、食材の中にはメラトニンの前駆体であるセロトニンやN-アセチルセロトニンなどを多く含むものが存在することが分かった。そこで、N-アセチルセロトニンを多く含む食材を用いて、メラトニンを人工的に合成するシステムを作り上げた。本年度は、AMKを大量に含む食材の探索を行った。植物にもメラトニンが存在していることは1995年の我々の報告以降多くの論文が発表されているので、これまで調べてきた食用植物をさらに広げるとともに、ハーブ類や嗜好食品の食材などを含めた多くの食材を対象に、LC/MS/MS(当研究室に所有)を用いてメラトニンやAMKを測定した。150種類を超える食材を調べることができたことは、順調に進展していると言ってよいのだが、残念ながら探索した食材の中には、長期記憶を誘導できるほど大量にAMKを含む食材を見出すことはできなかった。そこで、メラトニンを多く含む食材からAMKを作る方法の検討やメラトニンの前駆体であるN-アセチルセロトニンを多く含む食材を用いて、メラトニンを人工的に合成するシステムを作り上げた。現在、これらの系を用いて継続して検討を行っている。そのため、進捗状況の区分を(2)にした。補助事業期間中の実験は、初年度のAMK高含有食材の探索にはじまり、主に以下の5つの項目からなる。実験1AMKの投与タイミングの検討:長期記憶が形成されない条件、すなわち物体を1回だけ見せるという学習の3時間前から3時間後までの様々なタイミングで投与し、長期記憶形成可能な投与時間を決める。実験2有効な投与方法の検討:腹腔内投与だけでなく、経口投与や塗布剤による投与方法による有効濃度や効果の持続時間などを比較検討する。実験3AMKの投与時刻による効果の比較:午前あるいは午後、夜などで学習後にAMKを投与し、最少有効濃度を比較検討する。実験4AMKの長期記憶誘導効果の持続時間:実際に使える濃度や方法における長期記憶の持続時間を調べ、より効果を持続するための投与間隔を決定する。実験5AMKのレセプターの同定:レセプターの候補として、脳内のGタンパク質連結型レセプター(GPCR)が考えられるので、複数のGPCRとの結合をβアレスチンの変化を指標に調べることである。以上の5項目の中で、次年度は、13の項目を行う予定である。当初は、マウスを購入して、AMKの投与タイミングの検討(長期記憶が形成されない条件、すなわち物体を1回だけ見せるという学習の3時間前から3時間後までの様々なタイミングでAMKを投与し、長期記憶形成可能な投与時間とその効果を比較検討)をする予定でいたが、AMKを大量に含む食材の探索に時間がかかり、そこまで手が回らなかったのが最大の理由である。次年度は、この投与タイミングを調べる実験以外に、有効な投与方法の検討、さらには、投与時刻による効果の比較実験に費用を当てる予定である。
表面の微細テクスチャリングによるトライボロジー特性改善の研究

平成12年度の超微細放電加工機導入までの研究においては、1.ダイヤモンド四角錐により接触表面に微細圧痕を設けた中炭素鋼試験円筒および電解処理により多数の微細ピットを設けた中炭素鋼試験円筒を用いて、高面圧転がり・すべり潤滑接触下での微細ピットによる潤滑特性改善効果と耐疲労強度向上効果を確認した。2.高さ数ナノメートルのバンプ状ナノテクスチャの走行方向及びトラッキング方向ピッチがハードディスク装置浮動ヘッドスライダの薄膜気体潤滑特性に及ぼす影響を数値シミュレーションにより検討し、テクスチャリングのありかたに指針を与えた。超微細放電加工機導入以降は直径数十ミクロンの電極を用いての、油中放電、超純水中放電による加工条件だしを終えた後、円筒表面加工用のジグを完成させ、平板のみならず円筒表面にマイクロピットやマイクログルーブを加工する技術的準備を整えた。平成13年度には、3.超純水を用いた超微細放電加工により接触表面にマイクロピットを設けた試験円筒を用いて高面圧転がり、すべり潤滑接触下のトライボロジー特性を評価し、ダイヤモンド圧子による圧痕以上の良好な結果を得た。検討しえた範囲内では、ヘルツ接触面内に存在するピット数、ピット容積は大きいほど高い効果が得られた。4.同様の方法ですべり接触面に設けたマイクロピットが耐焼付き性能を向上させる効果については、油膜形成が困難な円板型端面スラスト軸受を対象に、高面圧すべり接触試験を行い、顕著な耐焼付き性能向上効果を確認することができた。これに関してもピット数、ピツト容積は大きいほど高い効果を得ている。5.マイクログルーブによるすべり面のなじみ性向上、耐焼付き性能向上等の混合潤滑特性に関連した性能向上効果については、正方形スライダーパッドを対象に、一定面圧下での起動・停止繰り返し試験および階段状昇圧試験の結果、すべり方向に平行なグルーブは一般に両性能を向上させること、なじみ性向上には、溝部占有面積を大きくてリッジ部占有面積を小さくし、リッジ部の磨耗促進を図るとともに溝部による冷却効果を促す設計が、耐焼付き負荷能力向上には細いグルーブを多数配列することでリッジ部占有面積減少による接触部の面圧上昇を避けながら冷却機能を維持する設計が効果的であるという結果を得た。補助金による超微細放電加工機が導入されるまでの間に行った、ダイヤモンド四角錐によるマイクロ圧痕を設けた試験円筒表面の2円筒転がり・すべり疲労試験機による試験結果より、とくに厳しい接触条件下(高面圧、潤滑不良)においてマイクロ圧痕の潤滑特性改善とそれに基づく耐ピッチング能向上効果を確認し、結果を2000IMETA International Tribology Conference,L'Aquila,Italy(2000年9月)で発表した。さらに、高さ20nmのバンプ状ナノテクスチャリングがハードディスク装置の浮動ヘッドスライダの薄膜気体潤滑特性、主として、磁気ヘッド部浮上量変動におよぼす影響を数値シミュレーションにより検討し、結果をTrans.ASME,journal of Tribologyに投稿した(Vol.123,No.1,2001,pp.1-8に掲載)。超微細放電加工機導入後は、同装置による鋼表面へのマイクロピット(直径50μm)加工を試行し、加工条件(油中放電および超純水中放電)と加工により形成されたピット形状および周辺の表面性状評価を行い、良好な結果を得ている。これをベースに、多数のマイクロピットを設けたすべり接触表面を有する円板型試験片の作成を行い、現在、円筒端面型スラスト軸受へ適用した際の高面圧スピン条件下での摩擦・摩耗特性、とくに、耐焼付き性能の実験的評価を進行中である。さらに、同加工機による円筒表面へのマイクロピット、マイクログルーブを可能にするための円筒表面加工用ジグの作成と、それを用いての多数のマイクロピットを有する円筒状転がり・すべり接触試験面の作成にとりかかっている。

5.マイクログルーブによるすべり面のなじみ性向上、耐焼付き性能向上等の混合潤滑特性に関連した性能向上効果については、正方形スライダーパッドを対象に、一定面圧下での起動・停止繰り返し試験および階段状昇圧試験の結果、すべり方向に平行なグルーブは一般に両性能を向上させること、なじみ性向上には、溝部占有面積を大きくてリッジ部占有面積を小さくし、リッジ部の磨耗促進を図るとともに溝部による冷却効果を促す設計が、耐焼付き負荷能力向上には細いグルーブを多数配列することでリッジ部占有面積減少による接触部の面圧上昇を避けながら冷却機能を維持する設計が効果的であるという結果を得た。平成12年度の超微細放電加工機導入までの研究においては、ダイヤモンド四角錐により接触表面に微細圧痕を設けた試験円筒を用いて、高面圧転がり・すべり潤滑接触表面の微細ピットによる潤滑特性改善効果と耐疲労強度向上効果の確認を行い、結果を2000IMETA ITC, L'Aquila, Italyで発表、原著論文としてMECCANICAに掲載予定。本補助金で導入した微細放電加工機の条件だし作業が一段落した本年度は、これによる円筒表面への微細ピット加工法を検討・確立し、放電加工微細ピットで同様の実験を行い、良好な結果を得た。また、検討しえた範囲内では、ヘルツ接触面内に存在するピット数が多いほど、ピット容積も大きいほど高い効果が得られることがわかったが、最適条件を探るまでには至っていない。結果は日本機械学会関西支部定時総会講演会(平成14年3月22日)で発表予定。微細ピットの混合潤滑から境界潤滑状態での耐焼付き性能の向上については、回転による油膜圧力発生のない円板型端面スラスト軸受を対象に、高面圧すべり接触下の耐焼付き性能向上効果を検討した。軸端面、対向する軸受面には焼付きやすい中炭素鋼の組み合わせを使用し、微細ピットの効果を浮き立たせる結果を得ることができた。微細グルーブによるすべり面のなじみ性向上、耐焼付き性能向上等の混合潤滑特性に関連した性能向上については、正方形ティルテイングスライダーパツドを対象に、一定面圧下でのスタート・ストップの繰り返し試験および階段状昇圧試験を行った。すべり方向に平行なグルーブは一般に両性能を向上させるが、片当たり等に対するなじみ性はグルーブ部面積を広く、リッジ部面積を狭くして固体接触部接触圧力を上げるとともに、冷却効果を促す設計が効果的で、耐焼付き荷重向上のためには、リッジ部面積を広げて固体接触部接触圧力を下げるとともに、細いグルーブを多数配列し、極端な冷却機能低下を防ぐ設計が効果的であるという結果を得た。結果は日本機械学会年次大会講演会(平成14年9月)で発表予定。
エナメル質形成過程における蛋白分解酵素の局在と機能に関する研究

ブタ幼若エナメル質に含まれる数種の蛋白分解酵素のうち、エナメリシンとエナメルマトリックスセリンプロテアーゼl(EMSP1)について、その一部のアミノ酸配列を含む合成ペプチド、またはリコンビナント蛋白を抗原とする抗体を使用し、ブタ歯胚及びラット切歯の幼若エナメル質にて主として免疫化学的・免疫組織化学的な検索を試み、以下の結果を得た。1.免疫化学とザイモグラフィーでは、エナメリシンはブタ及びラットの幼若エナメル質内で約46、44kDaの活性化した蛋白として認められ、それ自身も低分子化することで不活性化されることが明らかとなった。免疫組織化学では、ブタ幼若エナメル質では、エナメリシンの免疫活性は分化期中期から成熟期のごく初期の幼若エナメル質表層に認められ、染色性は深層に行くほど弱くなった。特に移行期幼若エナメル質表層が強く染色れた。一方、ラット幼若エナメル質では分化期から成熟期に至るまでの全層に認められた。また、ブタ及びラットの基質形成期エナメル芽細胞のゴルジ装置に免疫活性が検出された。以上の結果から、エナメリシンはブタ歯胚及びラット切歯のエナメル芽細胞内で合成され、幼若エナメル質に分泌された後、約46、44kDaの活性化された蛋白として機能し、それ自身も分解されて幼若エナメル質より脱却される可能性か示唆された。さらに、エナメリシンはカルシウム存在下でカゼインの分解を行い、カゼイナーゼの性質をもつこと、またリコンビナント蛋白を用いた実験からアメロゲニンの分解に関与することが明らかとなった。2.免疫組織化学では、ブタ歯胚で、EMSP1の免疫活性は移行期から成熟期の幼若エナメル質表層に認められ、特に移行期後期の幼若エナメル質最表層に強く検出された。以上の結果から、EMSP1は移行期から成熟期の幼若エナメル質表層、特に移行期後期の幼若エナメル質最表層で機能している可能性が示唆された。ブタ幼若エナメル質に含まれる数種の蛋白分解酵素のうち、エナメリシンとエナメルマトリックスセリンプロテアーゼl(EMSPl)について、まず、その一部のアミノ酸配列を持つ合成ペプチドを抗原とする抗体の作製と、この抗体を使用してブタの幼若エナメル質を免疫化学的、免疫組織化学的な検索を試み、以下の結果を得た。1.エナメリシンのcDNA解析より得られた全アミノ酸配列をもとにして、5種類の部位特異的抗体の作製を行った。免疫化学的な解析では、3種類の抗体いずれもが最も高い分子量をもつ蛋白として約44、42kDaの蛋白と反応した。他の抗体はエナメル蛋白と反応しなかった。免疫組織化学的な解析では、基質形成期幼若エナメル質において、エナメル質の表層の免疫活性が認められ、深層にいく程、反応が弱くなった。また、移行期エナメル質表層の反応はそれよりも強かった。以上のことから、エナメリシンは約44、42kDaの蛋白として分泌され、幼若エナメル質表層で主として機能していると考えられた。さらに、移行期ではエナメル蛋白の分解が、基質形成期に比べると急速に進んでいる可能性が示された。エナメリシンの詳細な局在とそれ自身の分解様式等については現在検討中である。2.EMSPlのcDNA解析より得られた全アミノ酸配列をもとにして、5種類の部位特異的抗体の作製を行った。免疫化学的な解析では、1種類の抗体が約23kDaの分子量をもつ蛋白と反応したが、残りの抗体すべてはエナメル蛋白と反応しなかった。局在に関しては現在検討中である。さらに、分解様式や局在についての正確な情報を得るために、中間部付近のアミノ酸配列をもつ合成ペプチドを抗原とした抗体を現在作製中である。2.免疫組織

化学では、ブタ歯胚で、EMSP1の免疫活性は移行期から成熟期の幼若エナメル質表層に認められ、特に移行期後期の幼若エナメル質最表層に強く検出された。以上の結果から、EMSP1は移行期から成熟期の幼若エナメル質表層、特に移行期後期の幼若エナメル質最表層で機能している可能性が示唆された。
急斜面における作業機械の移動機構に用いる水圧駆動式脚機構の開発とその制御

本研究は,水圧で駆動する脚機構の構築及び制御を目的とし,その構成要素の開発及びそれらを使用した制御系の構築と制御を行った.まず,水圧用比例制御弁を開発し,それを用いた水圧シリンダ制御系の構築とシリンダ変位のフィードバック制御を行った.また,水圧シリンダ及び水圧揺動モータを使用した2自由度リンク機構を構築し,各関節の角度制御を行った.さらに,揺動角が270°の水圧揺動モータを新たに開発し,動作させた.平成24年度は,平成23年度に構築した水圧シリンダ変位制御システムによって,シリンダ変位の制御が行えるようにした.また,90°の揺動角をもつ揺動アクチュエータを開発し,角速度制御のための数学モデルを構築した.水圧比例弁および水圧シリンダの数学モデルを確立するため,オープンループでのシリンダ駆動を行った.直接測定が不可能な未知のパラメータの推定を行い,数学モデルに組み込んで,フィードバック制御のシミュレーションを行った.構築した1自由度のサーボシステムの制御には,PCベースのDSP開発プラットフォームを使用した.これは,MATLAB/Simulinkで作成した制御則から生成された実行可能モジュールを,DSPにダウンロードして実行するものであり,制御プログラムの開発効率を高めるものである.また,アナログ及びデジタルの入出力ボードを増設することができるため,以後の開発で目指す多自由度の制御に拡張することも容易である.このDSPによる制御器を用いて,シリンダ変位をフィードバック制御することができた.脚機構の関節を駆動するためには揺動運動が必要であるが,直線的に運動するシリンダによって揺動運動を得るためには,リンク構造にしなければならない.しかし,(1)揺動角によって駆動トルクが変化する,(2)支点・力点・作用点が一直線上になる死点が存在する,(3)シリンダの配置によって揺動角に制限が生じるなどの構造的問題がある.そこで,揺動運動が直接得られるベーン型の揺動アクチュエータを開発し,その基本性能を測定した.本研究では,まず制御のための要素技術を確立した後に,制御システムを構築し,それらを用いてリンク機構の制御を行った.さらに,新たな構造のアクチュエータの開発も行った.平成23年度は,独自に開発していた水圧比例弁内部でのフィードバック制御が行えるようにし,それを用いた水圧シリンダ制御システムを構築した.水圧比例弁はスプール弁形式で,ステッピングモータの回転をカム機構によってスプールの直線運動に変換しており,独自に開発したものである.スプールの変位を,ステッピングモータの回転角にフィードバックするための内部制御系を,マイコンを用いて構築した.開発した水圧比例弁の静特性および動特性を測定した結果,市販の油圧用比例弁と同等の動特性を有することが確認できた.平成24年度は,水圧シリンダ変位制御システムを用いて,シリンダ変位のフィードバック制御が行えるようにした.脚機構の関節を駆動するためには揺動運動が必要であるが,直線運動するシリンダによって揺動運動を得るためには,リンク機構を構成しなければならない.しかし,(1)揺動角によって駆動トルクが変化する,(2)支点・力点・作用点が一直線上になる死点が存在する,(3)シリンダの配置によって揺動角に制限が生じるなどの構造的問題がある.そこで,揺動角が直接得られるベーン型の水圧揺動モータを開発した.揺動角は90°である.その基本性能を測定するとともに,角速度制御のための数学モデルを構築した.平成25年度は,水圧シリンダを用いた揺動リンク機構を製作し,揺動角のフィードバック制御を行った.また,揺動リンク機構に揺動モータを追加し,二自由度の制御系を構築した.さらに,揺動角が270°の水圧揺動モータを開発し,基本性能を測定した.これにより,動作領域の大きな三自由度の水圧脚機構を構築するための基礎技術を確立することができた.本研究は,水圧で駆動する脚機構の構築及び制御を目的とし,その構成要素の開発及びそれらを使用した制御系の構築と制御を行った.まず,水圧用比例制御弁を開発し,それを用いた水圧シリンダ制御系の構築とシリンダ変位のフィードバック制御を行った.また,水圧シリンダ及び水圧揺動モータを使用した2自由度リンク機構を構築し,各関節の角度制御を行った.さらに,揺動角が270°の水圧揺動モータを新たに開発し,動作させた.平成23年度は,まず開発中の水圧比例弁内部での制御ができるようにした.次に,それを使用した水圧シリンダ制御システムを構築し,今後の研究の基盤となる部分を製作した.水圧比例弁は研究代表者が独自に開発しているもので,水圧用のスプール弁をモータとカム機構によって駆動する.このスプール変位をカムの回転角にフィードバックさせる内部制御系を,PICマイコン上に作成した.これとモータドライバを一体化したサーボアンプを製作し,水圧比例弁と一組にして使用した.次に水圧比例弁を水圧シリンダに接続し,変位センサで測定したピストンの変位をフィードバック信号とした1自由度のサーボシステムを構築した.構築した1自由度のサーボシステムの制御には,PCベースのDSP開発プラットフォームを使用した.これは,MATLAB/Simulinkで作成した制御則から生成された実行可能モジュールを,DSPにダウンロードして実行するものであり,制御プログラムの開発効率を高めるものである.

また,アナログ及びデジタルの入出力ボードを増設することができるため,以後の開発で目指す多自由度の制御に拡張することも容易である.制御則を確立する前に,水圧比例弁および水圧シリンダの数学モデルを確立するため,オープンループでのシリンダ駆動を行った.すなわち,水圧比例弁への入力信号をステップ状に変化させ,水圧シリンダの速度を測定した.これにより,入力電圧の振幅に対するシリンダ速度の比を求めることができた.これらの関係は非線形であるが,動作点近傍にて線形化することによって,数学モデルを簡略化することができた.DSPを用いて水圧シリンダ変位のフィードバック制御を行うことはできた.また,脚機構の関節を直接駆動するための,揺動アクチュエータの開発も行った.揺動アクチュエータの角度制御を行うための数学モデルを構築するために必要な,起動トルク特性や内部漏れ流量特性などの基本性能を測定し,角度制御を行うためのシミュレーションも行った.したがって,多自由度の脚機構を構成する要素はほぼ開発することができたため,研究はおおむね順調に進展している.開発中の水圧比例弁内部において,マイコンを使用してフィードバック制御することはできた.また,この水圧比例弁を水圧シリンダに接続し,水圧サーボシステムを構築することはできた.したがって,今後の研究の基盤となる部分は構築することができた.構築した水圧サーボシステムをオープンループで駆動することはできたが,研究計画に記載したような,水圧シリンダ変位のフィードバック制御は達成することができなかった.ただし,これは早々に解決する見込みであるため,研究はおおむね順調に進展している.まず,水圧シリンダを使用した揺動リンク機構を製作し,揺動角のフィードバック制御を行う.最後に,揺動リンク機構に揺動アクチュエータを追加し,二自由度の制御系を構築する.これにより,最終的な開発目標である,三自由度の脚機構を開発するための基盤技術を確立する.なお,開発した揺動アクチュエータは,内部構造の制約のため揺動角が90°であり,脚機構としてはさらに揺動角の拡大が必要である.そこで,水圧用として適した構造の,270°の揺動アクチュエータの開発も行う.まず,構築した水圧サーボシステムについて,水圧シリンダ変位のフィードバック制御が行えるようにする.次に,水圧シリンダを使用した揺動リンク機構を製作し,揺動角のフィードバック制御を行う.最後に,揺動リンク機構に揺動アクチュエータを追加し,二自由度の制御系を構築する.これにより,最終的な開発目標である,三自由度の脚機構を開発するための基盤技術を確立する.今年度は,二自由度を同時に制御するサーボシステムを構築する予定であったが,試験装置の都合により,水圧比例弁1台で2つのアクチュエータの試験を行ったため,その分の研究費を使用しなかった.次年度は,新たに一自由度の水圧サーボシステムを追加するため,現在使用しているものと同じ仕様の水圧比例弁を1台製作する.また,270°の揺動アクチュエータを新たに設計製作する.試作機は既に製作してあるが,試作機で明らかになった問題点を解消した改良機を製作する.新たに一自由度の水圧サーボシステムを追加するため,制御弁及びアクチュエータの組み合わせを一組製作する.水圧比例弁は,現在使用しているものと同じ仕様のものを追加で1台製作する.また,水圧アクチュエータとしては,シリンダではなく揺動アクチュエータを新たに設計製作する.試作機は既に製作してあるが,試作機で明らかになった問題点を解消した改良機を製作する.制御に用いるコントローラ及び高水圧発生ユニットは,現有装置を使用する.
高密度媒体プラズマ生成機構のモデル化と数値シミュレーション

固体や液体、高圧ガス、超臨界流体のような、希薄気体に比べて密度がきわめて高い媒体をイオン化して放電を開始・維持するには、永年培われてきた低圧気体放電の技術とは異なる、新しい放電技術が必要である。高密度媒体プラズマでは、一般に、その電子デバイ長に比べて、イオン化に関与する電子・中性気体衝突平均自由行程が短いため、例えば、周波数の高い振動電場やパルス電場による、媒体の分極の影響などが、媒体内部の電場を変化させ、イオン化過程が、通常の低圧放電のイオン化過程と異なることが予想される。また、高密度媒体放電では、プラズマの密度が比較的高く、温度が低いため、イオン間のクーロン相互作用も強く、いわゆる強結合プラズマと共通するプラズマ特性を持つことが期待される。本研究では、このような、高密度媒体プラズマ特有の放電機構の厳密なモデル化を行い、原子・分子レベルで、放電の開始および維持のプロセスの数値シミュレーションを用いて、その結果を実験結果と比較することにより、その物理機構を第一原理から解明すると同時に、高密度媒体マイクロプラズマに関する系統的な学問体系の構築に貢献することを目的とする。平成19年度はヘリウムによる低周波プラズマジェットにおいて、高圧の正電極から、弾丸状に「プラズマ」が大気中に射出されるように観測される現象の物理機構の、ドリフト流体方程式もとづくより精密な解析をおこなった。また、大気圧の反応性プラズマでは、分子量の大きなラジカルが多数生成されることが予想されるが、THz-TDS (Tera Hertz Time Domain Spectroscopy)法によるプラズマ診断実験の解析を行った。平成18年度は、特に、ヘリウムによる低周波プラズマジェットにおいて、高圧の正電極から、弾丸状に「プラズマ」が大気中に射出されるように観測される現象の物理機構のモデル化および超臨界放電におけるイオン化機構のモデル化をおこなった。低周波プラズマジェットにおいては、ドリフト拡散方程式に基づくモデルにより、強電場中をイオン化フロントが、電子と逆方向に電子のドリフト速度と同程度の速度で伝播することがモデルより導かれ、実験結果がこのモデルで基本的に説明できることが分かった。
大気微量成分の衛星観測を事前評価するシステムの構築

観測システムシミュレーション実験(OSSE)によって衛星エアロゾル観測の事前評価を行った。この実験ではNASA/CALIPSO搭載のライダー観測機器が全球エアロゾルモデルによって擬似的に再現され、東アジア上空のエアロゾル分布の比較によってCALIPSOデータの有効性が調べられた。疑似CALIPSOデータの情報を反映させた解析値では、反映させなかった解析結果に比べて、硫酸エアロゾル分布と黄砂分布の推定誤差がどちらも格段に小さくなった。このOSSEの結果によってCALIPSOの有効性を強く示すことができた。同様の手法を使うことによって、他の地球観測衛星を事前評価することも可能であろう。本研究では観測システムシミュレーション実験(OSSE)と呼ばれる仮想世界(=計算機の中に構築された世界)でのデータ同化実験を行うことによって、打ち上げ予定のエアロゾル観測衛星(特にJAXAが計画中のEarthCARE)について、その観測から得られるであろう情報の有用性を定量的に評価し、その観測衛星のインパクトを事前に明らかにすることを目標としている。本研究計画の2年目であるH25年度は、OSSEの実行に必要な仮想観測値の作成を試みた。仮想的な地球を構築するためのエアロゾルシミュレーションモデルは既存のMASINGARを用い、仮想的なライダー観測をシミュレーションするプログラムはH24年度に開発したNASA/CALIPSO衛星用の観測シミュレータを活用した。さらに、EarthCAREの仮想観測値を作成するためにはEarthCAREの投入予定軌道を計算する必要であるが、それに関しては本研究課題の研究代表者がJAXAと気象庁気象研究所との共同研究契約に参加することによって情報提供を受けた。これらを組み合わせてEarthCAREの仮想観測値を作成することが可能であることを確認し、様々な実験条件下でのデータセット作成を開始した。エアロゾルシミュレーションモデルMASINGARは気象庁気象研究所で開発が行われ、現在は気象庁の現業モデルとしても利用されている。その性能の良し悪しはOSSEの成功を左右する要因の一つであり、本研究計画でもMASINGARの性能向上が期待されている。H25年度はMASINGARの硫酸エアロゾル再現精度の向上と検証を行い、人為起源と自然起源の硫酸エアロゾルの比率について学会発表も多数行った。硫酸エアロゾルは大気汚染物質PM2.5の主成分であり、エアロゾル観測衛星の重要な観測ターゲットであるため、このモデル精度向上は我々のOSSEに大きく資するものである。本研究では観測システムシミュレーション実験(OSSE)と呼ばれる仮想世界(=計算機の中に構築された世界)でのデータ同化実験を行うことによって、打ち上げ予定のエアロゾル観測衛星(特にJAXAが2015年に打ち上げ予定のEarthCAREが念頭)について、その観測から得られるであろう情報のインパクトを定量的に評価し、その衛星観測の有用性を事前に明らかにすることを目標としている。本研究計画の1年目である本年度は、既有のエアロゾルデータ同化システムを改良することによってOSSEの実現環境を構築し、それを用いて既存のエアロゾル観測衛星(2006年にNASAが打ち上げたCALIPSO)のOSSEを実行した。エアロゾルのOSSEを行うにはエアロゾルの仮想観測値をまず作成する必要があるが、それには既有の全球エアロゾルシミュレーションモデルを走らせ、その結果をライダー観測シミュレータによって処理することによって入手した。また、その仮想観測値に疑似的な雲ノイズを作成して加えることによって現実的な欠測も再現した。このCALIPSOのOSSEの結果は定量的に検証され、(1)我々のエアロゾルデータ同化システムが正常に動作しており(2)CALIPSO観測が黄砂解析に高い有用性を持っていることを示すことができた。また、OSSEは仮想世界の中で行うもののため、現実には1台しか飛んでいないCALIPSOを複数台に増やす実験も可能であり、それによってCALIPSOがもし4台以上存在していれば黄砂発生量の逆推定が劇的に精度向上することを示すことができた。これらの研究成果は世界初のエアロゾル観測のOSSEであり、査読付き論文として公表した。この計算実験環境を活用することで来年度以降に予定しているEarthCAREのOSSEを実現できる目処がついた。初年度および2年度目に開発・改良した観測システムシミュレーション実験(OSSE)では、NASAのライダー搭載衛星CALIPSOの事前評価に成功した。OSSEは、実際の衛星(CALIPSO)データを使用せずに、データ同化の効果(全球エアロゾル解析値の精度向上)の検証が可能なため、衛星の打ち上げ前に実施することができる点が大きな特長である。その有用性からOSSEは天気予報の分野ではすでに一般的に使われている。一方、本研究の成果はOSSEをエアロゾル観測/解析の分野において活用した世界初の例であり、極めて画期的なものである。研究最終年度である今年度は、この研究成果を国際学会等で広く喧伝し、エアロゾル研究のような大気化学分野でOSSEが一般的に使われるよう啓蒙活動に努めた。

また、CALIPSOの事前評価に成功したOSSEシステムを他の衛星観測計画にも適用できることを調査するため、JAXAが2016年度中に打ち上げを予定しているライダー搭載衛星EarthCAREの技術情報(測器の性能・衛星の軌道傾斜角・軌道高度等)を詳細に検討した。EarthCAREの技術情報を入手するため、気象庁気象研究所とJAXA/EORCの間の共同研究契約を利用した。EarthCAREとCALIPSOのカタログスペック比較から、EarthCAREの事前評価にも本研究課題で用いたOSSEシステムをそのまま活用可能であることが分かった。大気化学本研究計画の遂行には観測システムシミュレーション実験(OSSE)が必須である。OSSEの実行には仮想観測値(モデルシミュレーションによって作られる人工的なデータ)が必要であるが、その作成には仮想的な地球を再現するモデルシミュレーション、仮想的な観測値を計算する観測シミュレータプログラム、そして打ち上げ予定の人工衛星(およびそこに搭載される測器)に関する情報が必要である。すでに3年計画の2年目であるH25年度までに高性能シミュレーションモデルおよびEarthCAREライダー観測のシミュレータを作成し、JAXAからはEarthCAREの衛星軌道情報を入手した。そしてそられをもとに仮想観測値を作成し始めており、最終年度である次年度でOSSEの計算を行う準備が整っている。3年計画の1年目である本年は、衛星搭載ライダーによるエアロゾル観測のOSSE環境を整備することが最優先課題であったが、我々がすでに開発していたデータ同化システムを活用することで短期間でOSSE環境の構築に成功した。また、画像解析の手法を用いて2つのエアロゾル分布の相似性を定量的に評価することにも成功した。この環境構築の作業自体が論文として公表されたものとしては世界初のエアロゾルのOSSEであり、先端的でオリジナルな研究といえる。最終年度である次年度は研究計画のとおりOSSEの計算を行い、その結果をもとに衛星観測(EarthCAREライダー情報)の有用性に関する事前評価を行う。残念ながら現実のEarthCAREは打ち上げが延期され(おそらく2016年に打ち上げ予定)、本研究課題の終了日までに実際の観測結果を用いた検証を行うことはできないが、本研究の成果は論文にまとめることによって将来的な検証を待つことになる。本年度に開発したCALIPSO(2006年にNASAが打ち上げたエアロゾルライダー観測衛星)のOSSEで使用した計算システムを利用し、EarthCARE(2015年にJAXAが打ち上げ予定のエアロゾル観測衛星)のOSSEを実施する予定である。CALIPSOのOSSEの成功によってEarthCAREのOSSEの実現可能性は大きく高まったといえる。CALIPSOとEarthCAREの大きな相違点は利用するレーザー光の波長と衛星周回軌道である。