[論文レビュー] 3-D extent of the main ionospheric trough--a case study

Mikael Hedin, I. Häggström+12 more|ArXiv.org|Jan 20, 2000

Ionosphere and magnetosphere dynamics参考文献 10被引用数 9

ひとこと要約

本研究は、4ビームEISCATレーダー構成とFAST衛星およびALIS画像データを組み合わせることで、主イオン層トロフの初の3次元観測を実施した。トロフは磁気子夜付近で幅広い、湾曲した楕円形構造を示し、線形モデルからのずれを確認した。これは、2.5時間にわたる66°–75°Nの磁気等価緯度範囲でKpが低い状態の下で、典型的な形態を示している。

ABSTRACT

The EISCAT radar system has been used for the first time in a four-beam meridional mode. The FAST satellite and ALIS imaging system is used in conjunction to support the radar data, which was used to identify a main ionospheric trough. With this large latitude coverage the trough was passed in 2.5 hours period. Its 3-dimensional structure is investigated and discussed. It is found that the shape is curved along the auroral oval, and that the trough is wider closer to the midnight sector. The position of the trough coincide rather well with various statistical models and this trough is found to be a typical one.

研究の動機と目的

• 地上および宇宙からの協調観測を用いて、主イオン層トロフの三次元空間的構造を調査すること。
• 1回の通過中に広い緯度範囲（66°–75°N）でトロフの広がりと形態を特定すること。
• 太陽時刻とKp指数に基づく既存の線形モデルがトロフ位置を予測する精度を評価すること。
• トロフの運動のダイナミクスとオーロラ帯の幾何学的構造との整合性を検討すること。
• EISCAT、FAST、ALISのマルチ機器連携が、高時間分解能のイオン層研究に有効であることを検証すること。

提案手法

• EISCATスバル諸島レーダー（ESR）、本土UHFレーダー、トロムズォVHFレーダーを用いた、南北モードでの新規4ビームEISCATレーダー構成を採用。
• ESR、UHF、VHF-N、VHF-Vからの非局所散乱レーダー測定により、F層およびE層における電子密度をマッピングし、トロフを把握。
• 観測期間中に地域上空を飛行したFAST衛星のイン・サイト測定データとレーダー観測データを相関。
• ALISオーロラ画像システムを用いて、トロフの極側に位置する拡散型オーロラ放出を検出し、イオン層境界の文脈を提供。
• 統計モデル（Collis & Häggström、Köhnlein & Raitt、Rycroft & Burnell）を用いて、予測された位置と観測された位置を比較。
• 2.5時間にわたるトロフの通過を追跡し、顕在的な移動速度を推定し、3次元幾何学的構造を推定。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 主イオン層トロフの三次元的空間的広がりと形態は、広い緯度範囲でどのように特徴づけられるか？
• RQ2 観測されたトロフ位置は、太陽時刻とKp指数に基づく既存の線形モデルとどのように比較されるか？
• RQ3 トロフの顕在的移動速度と、オーロラ帯に対するその幾何的配置の関係は何か？
• RQ4 特に磁気子夜近辺において、トロフの幅はどのように日時刻に応じて変化するか？
• RQ5 地上および宇宙からの協調観測は、イオン層トロフのダイナミクスの特徴づけをどの程度向上させるか？

主な発見

• 主イオン層トロフは、マルチレーダーおよび衛星データにより確認された、オーロラ帯に沿った湾曲した楕円形構造を示す。
• トロフは、他の日時刻に比べ、子夜付近で顕著に広がっており、磁気子夜近辺で緯度方向の広がりが拡大していることを示している。
• ロンゲヤールビエンからトロムズォへのトロフの顕在的南下速度は分速約10 kmであるが、トロムズォのレーダー間では約4 km/minにとどまり、斜め通過の幾何学的構造と整合的である。
• Kpと太陽時刻に基づく線形モデルからのトロフ位置のずれは顕著であり、広い緯度範囲ではこれらのモデルが不十分であることが示された。
• トロフの形態と位置は、低Kp条件下でも、過去の研究で観測された典型的な特徴と一致しており、妥当性を確認した。
• EISCAT、FAST、ALISの連携は、空間的カバー範囲を損なわずに、高時間分解能の3次元的イオン層構造マッピングを可能にした。