Details of a Researcher - Sugimoto, Norihiko

Research Projects of Competitive Funds, etc. - Sugimoto, Norihiko

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金星の気候とスーパーローテーションの変動の要因解明

2023.04

2027.03

Grants-in-Aid for Scientific Research, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), No Setting

金星大気の衛星間電波掩蔽観測計画に向けた観測システムシミュレーション実験

2020.04

2023.03

Grants-in-Aid for Scientific Research, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), No Setting

近年、金星探査機「あかつき」により、カメラ観測に基づく東西風速や温度の水平分布に関する観測データは蓄積されつつある。しかし一方で、電波掩蔽観測は頻回に行うことは出来ず、温度の鉛直分布に関する観測データは十分に存在しない。
本研究では, あかつきに続く今後の金星探査を見据えて、地球シミュレータ上の金星大気大循環モデル (AFES-Venus) を元に開発された金星大気データ同化システム (ALEDAS-V) を用いて観測システムシミュレーション実験を行い、金星の周囲に複数の小型衛星を配置した衛星間の電波掩蔽観測の実現可能性と有効性を検証する。
複数の小型衛星を用いた衛星間電波掩蔽観測は、金星を全球的に覆う厚い雲層にさえぎられることなく、鉛直温度分布を全球的に高頻度で観測できることが期待される。令和２年度は、研究協力者である五十里助教・川端研究員（東京大学）、及びAo博士（ジェット推進研究所、カリフォルニア大学）が軌道計算を行って算出した観測点に対して観測システムシミュレーション実験(OSSE)を行い、その軌道の有効性を調査した。五十里助教等が算出した全球的に観測点を配置した実験では、疑似観測データとしてスーパーローテーションの速度を調整した金星大気大循環モデル(AFES-Venus)の出力を用いた結果、①スーパーローテーションの速度が改善された。Ao博士が算出した極域に観測点を多く配置した実験では、疑似観測データとして研究協力者であるLebonnois 博士(LMD, フランス気象力学研究室)から提供を受けたコールドカラーを再現した金星大気大循環モデル(LMD-VGCM)の出力を用いた結果、 ②コールドカラーが再現された。
金星探査機「あかつき」の観測では、UVIカメラの雲追跡画像による水平風速、LIRカメラによる温度の水平分布のデータ等の取得が実現しつつある。令和２年度は、あかつきの観測上の制約を取り払い、観測範囲（昼面、夜面、観測緯度帯）、観測頻度をさまざまに変えてOSSEを行い、その観測の有効性を調査した。疑似観測データとして研究協力者である山本准教授（九州大学）から提供を受けた惑星規模赤道ケルビン波を励起させた金星大気大循環モデル(MIROC-VGCM)の水平風速の出力を用いた実験では、③赤道ケルビン波が再現された。また、疑似観測データとして熱潮汐波の位相をあかつき観測に近づけたAFES-Venusの温度の出力を用いた実験では、④熱潮汐波の位相が改善された。
本研究は、衛星軌道や観測条件を様々に設計し、ターゲットとする大気現象が適切に表現されたモデル出力から疑似観測データを作成し、データ同化を実行してその観測を評価する、という３つの研究を再帰的に繰り返し、適切な観測条件を探索するため、１つのテーマのOSSEに対して多数の試行が必要となる。令和２年度は、多くの研究者の協力を得て、衛星間電波掩蔽観測を想定した２種類のOSSEに加え、様々な波長帯におけるカメラ観測を想定した２種類のOSSEを実行した。研究計画当初に挙げた４つの大気現象（①スーパーローテーション、②コールドカラー、③惑星規模赤道ケルビン波、④熱潮汐波）の再現性調査を実施し、有効な観測条件について一連の解を示すことができた。これらの実験のうち、赤道ケルビン波再現実験（③）については国際誌に掲載され、コールドカラー再現実験（②）については国際誌に投稿中である。
さらに、金星の次期探査計画に向けたOSSEを行うにあたり、これまで行われた観測の有効性を評価し、観測の不十分な点を検証し、次期計画の観測軌道や搭載機材等にフィードバックすることは重要である。令和２年度では、金星探査機「あかつき」観測のUVIカメラの雲追跡画像から得られる水平風速のデータ同化実験を行った。その結果、熱潮汐波の位相やスーパーローテーションの速度といった大規模場の大気現象については改善され、あかつき観測の有効性が評価される一方で、あかつき観測で確認されているロスビー波やケルビン波といった惑星規模の短周期波動のデータ同化による再現性が次の課題のひとつであることが分かってきた。
これまでの成果は、国内外の学会や研究会で発表しており、次期金星探査ミッションの検討にあたっている研究者にも注目されている。そうした研究者からの要請を受け、協力してOSSEを行い、次期探査ミッションに貢献することも今後の展開として考えられる。
令和２年度で実施した惑星規模赤道ケルビン波再現実験では、山本勝准教授（九州大学）から提供受けたMIROC-VGCMの疑似観測の出力と、データ同化に使用した金星大気大循環モデル(AFES-Venus)の平均東西風が大きく乖離していることが原因で、実験結果が破綻するケースがあり、その調整に苦慮した。また、金星探査機「あかつき」観測の分析から、観測時期によって赤道ケルビン波が顕著に見られる期間、ロスビー波が顕著に観測される期間があることが分かってきている。そこで、新たに神山徹研究員（産業総合研究所）より、理論モデルを用いて赤道ケルビン波とロスビー波を顕著に再現した疑似観測の出力の提供を受け、新たなOSSEを実施し、それぞれの波擾乱を適切に再現できる観測条件を探索する。
また、令和２年度に実施した、①スーパーローテーション、②コールドカラー、③惑星規模赤道ケルビン波、④熱潮汐波、の再現実験について、国際誌への投稿や学会、研究会での発表を行い、さらなる観測条件の仔細を再実験、再検討していく。さらに、それぞれの実験について、熱潮汐波、赤道ケルビン波やロスビー波といった短周期擾乱や平均子午面循環による、運動量や熱輸送を定量化する。熱潮汐波や赤道ケルビン波がスーパーローテーションの加速に寄与し、ロスビー波が減速に寄与すると考えられていることから、スーパーローテーションの時間変動とその要因にも踏み込めるよう、新たな観測に対しての観測条件を探索する。

Comprehensive picture of atmospheric circulation of Venus revealed by AKATSUKI data assimilation

2019.06

2024.03

Kobe University, Grant-in-Aid for Scientific Research (S), No Setting

世界初の本格金星気象撮像探査機「あかつき」の軌道投入以前、金星大気の観測は断片的であり、数値モデルには仮定が多く、スーパーローテーション(四日循環)の存在に象徴される金星大気の循環構造はほとんど未知であった。本研究では、我々が開発を進めてきた地球シミュレータ上の金星大気大循環モデル(AFES-Venus)を元に金星大気データ同化システム(ALEDAS-V)を構成し、「あかつき」観測と矛盾せず力学的に辻褄のあった金星大気循環場の生成を試みる。金星大気中の未知な擾乱を同定し、その分布と角運動量輸送、物質輸送と雲構造などを明らかにしスーパーローテーションにいたる金星大気大循環の構造を解明する。

階層的数値モデルによる金星大気重力波の励起、伝播、散逸過程の解明

2019.04

2023.03

MEXT,JSPS, Grant-in-Aid for Scientific Research, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Principal investigator

大気重力波は、運動量やエネルギーを輸送、再分配し、惑星大気において重要な働きを担う。近年、観測と数値モデルの両面で高解像度化が進み、地球大気の重力波が解像できるようになりつつある。しかし、金星大気においては、重力波の励起、伝播、散逸の諸過程に関する理解はほとんど得られていない。本課題では、階層的な数値モデルを用いて、金星大気の重力波の諸過程を包括的に解明する。様々な励起源からの重力波をモデル内で再現・定量化し、さらに自発的放射も含めた新しい重力波パラメタリゼーションを構築することが最終的な目標である。

A study on the atmospheric circulation of Venus by the use of AKATSUKI data assimilation

2019.04

2023.03

Kobe University, Grants-in-Aid for Scientific Research, Grant-in-Aid for Scientific Research (A), No Setting

世界初の本格金星気象撮像探査機「あかつき」の軌道投入以前、金星大気の観測は断片的であり、数値モデルには仮定が多く、スーパーローテーション（四日循環）の存在に象徴される金星大気の循環構造はほとんど未知であった。本研究では、我々が開発を進めてきた地球シミュレータ上の金星大気大循環モデル（AFES-Venus）を元に金星大気データ同化システム(ALEDAS-V)を構成し、「あかつき」観測と矛盾せず力学的に辻褄のあった金星大気循環場の生成を試みる。これによって、金星大気中の未知な擾乱を同定し、その分布と角運動量輸送などを明らかにしスーパーローテーションにいたる金星大気大循環の構造を解明する。

Dynamics and material circulation in the Venus upper atmosphere

2017.04

2020.03

Kyoto Sangyo University, Grant-in-Aid for Scientific Research, TAKAGI Masahiro, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Research grant, Coinvestigator(s)

As a simple material transport model whose products can be compared with observations, we developed a new cloud model for our Venus GCM (AFES-Venus) and conducted several numerical simulations in order to investigate how the cloud is formed and affected by the atmospheric general circulation and planetary waves. The results show that the reproduced cloud distributions, which are in good agreement with ground-based and Venus orbiter observations, are strongly affected by the vertical transport of H2O gas from the lower atmosphere induced by active disturbances in high-latitudes. The zonal wavenumber-1 structure found in the equatorial region at the lower cloud levels are formed by temperature anomaly associated with the Kelvin-like wave with zonal wavenumber-1. Contrary to conventional expectations, the vertical wind has minor effect on the zonal wavenumber-1 structure.

Observational and numerical study on the Venus atmospheric dynamics

2016.04

2020.03

Tokyo Gakugei University, Grant-in-Aid for Scientific Research, MATSUDA Yoshihisa, Grant-in-Aid for Scientific Research (A), Research grant, Coinvestigator(s)

We performed observational and numerical studies on the Venus atmospheric dynamics, and succeeded in finding topographic waves and thermal tides. We reproduced these waves in a general circulation model to elucidate their temporal and spatial structures and their effects on the general circulation and material transports in the Venus atmosphere. We found that streak features observed by an infrared camera onboard Akatsuki were generated by a front associated with baroclinic instability waves. We also obtained some results on the thermally stratified structures and the generation mechanism of the atmospheric superrotation.

新理論に基づく大気大循環の3次元描像の解明

2013.04

2018.03

Grant-in-Aid for Scientific Research, Research grant, Coinvestigator(s)

大気重力波の自発的な放射過程の解明

2013.04

2017.03

Grant-in-Aid for Scientific Research, Research grant, Principal investigator

ジェットから放射される大気重力波の研究

2007.04

2011.03

Grant-in-Aid for Scientific Research, Research grant, Principal investigator

自己組織化マップを用いた気候変動の評価に関する研究

2007.04

2009.03

-, Commissioned ｒesearch, Principal investigator

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