[P-EM12] 太陽地球系結合過程の研究基盤形成

[PEM12-P01] MUレーダー観測とイオノゾンデ自動読み取りシステムを用いた電子密度の長期統計解析

*横山 竜宏¹、増田 秀人¹、劉 鵬¹、山本 衛¹ (1.京都大学生存圏研究所)

キーワード：MUレーダー、電子密度、イオノゾンデ、自動読み取り

地球の電離圏は高度50–60 km から1000 kmにわたって存在し，この領域では地球大気に含まれる窒素や酸素の大気分子・原子は太陽からの紫外線などの放射エネルギーによって一部電離し，プラズマとして存在している．非干渉散乱(IS) レーダーによる観測は，電子密度の高度分布を直接観測できる唯一の手段であり，滋賀県甲賀市信楽町に位置するMUレーダーもIS レーダーの一つとして観測を行ってきた．MUレーダーによる電離圏観測は1986年から現在まで定期的に続けられており，電子温度やイオン温度・イオンドリフト・エコー強度を定期的に観測している．MU レーダーで観測されたエコー強度は電子密度に比例するパラメータであるが，電子密度の絶対値を直接求めることはできないため，イオノゾンデ観測から得られる電離圏パラメータを用いた較正が必要である．しかし信楽MU観測所内に設置されているイオノゾンデの電離圏パラメータの読み取りは行われていないため，国分寺のイオノグラムから得られる電離圏パラメータを用いた較正によって電子密度の長期統計解析を行った．IRIモデルやGPS-TECトモグラフィーとの比較を行った結果，電子密度の変化の傾向や高度分布が概ね一致することが確認された．
信楽MU観測所内に設置されたイオノゾンデの有効利用を目的として，機械学習による画像認識を用いてイオノグラムからのfoF2自動読み取りシステムの開発を行った．画像に対してピクセル単位での判別可能なインスタンスセグメンテーションのアーキテクチャの一つであるMask R-CNNを用いた．読み取りたい領域にラベル付けを行った画像426枚を用いて機械学習モデルの学習を行い，このモデルにより得られた信楽でのfoF2 の値を国分寺の値と比較した．国分寺の値と信楽の値には相関係数0.952 の強い相関が見られた．また平均二乗誤差には時刻や月の依存関係が見られ，特に4月から8月にかけて誤差が大きくなる傾向が見られた．この差はスポラディックE層の影響によるものと考えられる．開発されたイオノグラムの自動読み取りシステムから得られた結果は，国分寺の結果と異なる部分も見られるが，その相関から概ねfoF2 の値が一致していると言える．国分寺と信楽でのfoF2の強い相関が確認されたことで，国分寺の結果を使った電子密度解析の妥当性が保証された．また開発した手法を用いることで，信楽と同じように電離圏パラメータの読み取りが行われていない他の地点でのイオノゾンデシステムへの応用が期待できる．