地球磁気圏シミュレーションへのデータ同化の導入
【研究の経過】
グローバル電磁流体力学的(MHD)シミュレーションによる太陽風の変動に対する地球磁気圏や電離圏の応答を調べる研究は、サブストームと呼ばれる太陽風から取り込まれた磁気圏のエネルギーが突然開放されオーロラが発生する様子を再現し、そのときの地球磁気圏のダイナミクスを議論できる程度にまで成長してきました。
シミュレーションモデルは磁気圏モデルと電離圏モデルで構成されており、磁気圏モデルは電離圏の計算とのカップル部分を内部境界、太陽風のデータへの接続部分を外部境界としています。しかしながら、磁気圏-電離圏相互作用過程は現在も十分に解明されておらず、内部境界において磁気圏と電離圏の物理量を交換する関係式にもいくつかシミュレーション実行の経験とカンで任意に決定されている定数があります。
これらの定数がどのような値をとるかによって、オーロラの形や動きは大きく異なるため、データ同化手法を用いて最適な組み合わせの定数を推定し、従来のシミュレーションコードを改良することで、現実と限りなく近い電磁気現象を再現することを本研究の目標の１つにしています。
【研究の成果】
現行の非同化モデルによるシミュレーションの結果、オーロラ発生時の磁気圏におけるプラズマ圧の増加、背景磁場の減少、電流の急激な増加、などの複合的な効果が地球の磁力線を大きく歪めていることが明らかになった（図１）。今後は地球周辺の磁場や電流の変化に注意しながらデータ同化研究を進める。この結果はJournal of Geophysical Researchに“Displacement of conjugate point during a substorm in a global MHD simulation”というタイトルで発表されました。
