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[PEM36-08] トロムソ上空でオーロラ擾乱時に観測されたスポラディックナトリウム層の生成・維持機構の解明
キーワード：スポラディックナトリウム, ナトリウムライダー, オーロラ, EISCAT, 流星レーダー
本発表ではノルウェー・トロムソ(69.6°N, 19.2°E)で観測されたスポラディックナトリウム層(Sporadic Sodium Layer:以下SSL)の生成・維持機構についてナトリウムライダー、EISCATレーダー、流星レーダーデータを用いた解析結果を示す。SSL内の中性ナトリウム原子は、スポラディックE（Es）層と異なり電磁気的な力を受けないので、背景大気のダイナミクスのトレーサーとして利用することができる。しかし、SSLは初めて報告[Clemesha et al., GRL, 5(10), 873-876, 1978]されて以来35年間におよび様々な研究がなされてきているにも関わらず、SSLの生成・維持機構については未だ統一的な理解は得られていない。SSLは高・低緯度での報告例が多く、中緯度では稀少である。これには生成原因に大きく関わっていると考えられている[Sheft et al., GRL, 16(7), 175?718, 1989]。生成原因としてこれまでにEs層内での化学変化、流星の降り込み、オーロラ降下粒子によるスパッタリング降下、電場によるナトリウムイオンとナトリウム分子イオンの集積などが提唱されている[Cox and Plane, JGR, 103, 6349?6359, 1998; Heinselman, et al., GRL, 25, 3059-3062, 1998.; Kirkwood and von Zahn, JAP., 53, 389-407, 1991; Nagasawa and Abo, GRL, 22(3), 263-266, 1995; von Zahn et al., GRL, 14, 76-79, 1987]。その中でも特にEs層と高い相関で同時に出現していることが知られている。大気安定度や化学反応に寄与する背景大気温度構造もSSLの生成・維持機構として注目されている。ナトリウム密度と中性大気温度はナトリウム層上部では反相関であることやSSL層内部において約40 Kの温度上昇が観測されたに報告例がある。[Gardner et al., JGR, 98, 16,865-16,873, 1993]。本研究では先行研究における問題点を２点指摘する。まず最初に、先行研究の多くは生成原因を単一の物理過程を仮定していたことが挙げられる。SSL層が発生する中間圏・下部熱圏は下層大気から伝搬する大気波動や地磁気活動に伴い激しく変動する。よって、複合的な生成・維持メカニズムを調査することが重要である。２つ目、SSL周辺の温度導出方法である。SSL内はナトリム密度が数秒から数十秒のオーダーで激しく変化する。これまでの研究ではSSL内の温度を5分程度の時間一様性を過程していた為、導出誤差が大きく議論が不十分であった可能性がある。よって、時間分解能良く温度、ナトリウム密度を導出することが必要である。本研究に用いるトロムソナトリムライダーはノルウェー・トロムソのEISCAT観測所敷地内に設置され、高速波長変換と高レーザー出力パワーを有し、高空間・時間分解能で大気温度、ナトリウム密度を導出することができる。また、本サイトではEISCATレーダー、流星レーダー、フォトメーター、デジタルカメラなどの観測機器が集約されており、様々な物理量の同時観測が可能である。2012年1月22日夜、オーロラ活動は非常に活発であった。強いオーロラの降り込みの約19分後、背景密度の最大約6倍のナトリウム密度を持つSSLが高度94 km付近に出現した。このSSLのピーク密度は2116 UTから2142 UTまでは背景大気の約2から6倍であった。その後、SSLは約2 km（96 km）上昇し、背景ナトリウム層の2倍から3倍程度の密度を維持しながら（高度幅1 km以下）2200 UTに約96 kmまで達した後、2400 UTまでなだらかに約2 km下降し消滅した。SSL内の大気温度を15秒分解能で導出した結果、SSL内の温度に顕著な増減はなかった。しかし、2000 UT以降、SSLは背景温度の最小値の高度領域に位置していることがわかった。EISCAT UHFレーダーの電子密度データは、同時間帯にEs層が出現していたことを示している。Es層はSSL出現前から、より高高度（100 km以上）に存在していた。Es層は時間と共に高度を下げ2118 UTには高度約94 kmに達し、その後、高度上昇して、2200 UT以降は緩やかに下降した。Es層とSSLの高度を比較するとSSL出現時の2118 UTから2200 UTまではそれぞれのピークがほぼ同じ高度領域に存在していた。2200 UT以降、Es層はSSLより約2 km低い高度に位置していた。これらの結果はSSL層の生成原因としてEs層が寄与しており、維持機構として背景大気温度構造が寄与している事を示していると考察した。本発表では電場とEs層によりSSL層が生成され、背景大気温度構造によって維持された物理過程について発表する。