H24 - 太陽地球環境研究所 - 名古屋大学

ジオスペース研究センター・プロジェクト２
グローバル地上・衛星観測に基づく宇宙プラズマ−電離大気−中性大気結合の研究
平成２４年度報告書
プロジェクトメンバー：塩川和夫（プロジェクトリーダー）、野澤悟徳、大塚雄一、大山伸一郎、関華
奈子、三好由純、家田章正、西谷望
太陽からやってくる宇宙プラズマと地球の電離大気・中性大気の間の相互作用は、地球のまわりの身近
な宇宙空間（ジオスペース）で発生する諸現象を作り出す。本プロジェクトでは、地上観測を有機的に
結合させてネットワーク化し、人工衛星観測と組み合わせることにより、地球周辺の宇宙プラズマ−電
離大気−中性大気間の結合過程とその間のエネルギー・物質のやりとりを研究する。また、長期モニタ
リングが可能な地上観測の特性を生かして、極大期・極小期を包括する長期的な観測を行い、太陽活動
が地球大気に与える影響を明らかにする。
平成 24 年度の代表的な研究活動
１．カナダでのオーロラ・大気光の光学観測
カナダ・レゾリュートベイ及びアサバスカに設置
された全天カメラ、掃天分光フォトメータ、誘導
型磁力計の観測は継続的に行っている。これらの
データはホームページを開設して公開している。
ア
ド
レ
ス
は
、
http://stdb2.stelab.nagoya-u.ac.jp/omti/canada.
html である。平成 24 年 9 月にはアサバスカの
VLF アンテナを観測所建物から 200m 離した位置
に移設し、低ノイズの定常観測を開始した。また
平成 24 年度の冬期に、EMCCD カメラによる
100Hz の高時間分解能のオーロラ観測を実施した。
VLF 観測で得られるスペクトルは、名大 STE 研
の
ホ
ー
ム
ペ
ー
ジ
図１．カナダ・アサバスカ観測点に設置された
http://stdb2.stelab.nagoya-u.ac.jp/vlf/で公開して
VLF アンテナ。
いる。
図２．移設後のアサバスカ観測点で観測された
VLF 波動スペクトル。上から波形、ループアン
テナのスペクトル、同時に試験的に設置したサ
ーチコイル磁力計で得られたスペクトル、リオ
メータの出力、GPS の 1 秒パルス。横軸は 10 分
間。20 秒程度の周期で変換する Q-P emission が
みられる。
２．ジオスペース探査プロジェクト ERG の推進
宇宙科学研究所が進めるジオスペース探査衛星プロジェクト ERG に参加し、本プロジェクトのメン
バーはサイエンスマネージャ、連携地上観測 PI 等としてプロジェクトの推進に中心的な役割を果たし
ている。ERG 衛星プロジェクトは 2012 年 8 月にプロジェクト化され、2015 年 12 月の打ち上げに向け
て準備が進められている。
３．北海道陸別短波レーダーの観測
平成 18 年 12 月より定常観測を開始した北海道-陸別短波レーダーは、平成 24 年度も定常観測を継
続した。この観測から、惑星間空間衝撃波の伝搬に伴う中緯度電離圏へ擾乱が伝わる様子を明らかにし
た。また、2011 年東北太平洋沖地震後に観測された電離圏擾乱の詳細な解析を行い、地震後 10-20 分
後に最大 6.7 km/s の速度で伝搬する、GPS 受信機網では捕らえられない 1 分程度の周期を持つ変動が
存在することを明らかにした。
４．ナトリウムライダーによる極域下部熱圏・中間圏の観測
2012 年 10 月から 2013 年 2 月まで、トロムソナトリウムライダーを用いて、5 方向観測を実施した。
高度 80 km から 105 km までの高度領域で、大気温度の空間構造および風速の約 500 時間分のデータ
を取得した。
2010 年 10 月から 2011 年 3 月にトロムソナトリウムライダーで取得された 255 時間分の温度データ
を解析し、半日潮汐波と大気重力波を導出し、それらの高度変動を調べた。そして、EISCAT レーダー
との同時観測データを用いて、中性大気温度とイオン温度の比較を行い、中性大気加熱について議論し
た。また、TIMED/SABER との同時観測イベントを用いて、両者の大気温度の比較を行い、おおむね
良い一致を得た。
さらに、スポラディックナトリウム層(SSL)の生成機構に関する新しいモデルを提案した。SSL は、低
緯度および極域で観測されるが、中緯度および赤道帯ではほとんど観測報告がない。この理由について
これまで十分に説明されてこなかった。我々が提案するモデルでは、SSL の成因に、磁気圏と結合した
沿磁力線電流が重要であることを初めて指摘した。このモデルにより、トロムソナトリウムライダーで
2011 年 1 月 11 日に観測された SSL イベントのナトリウム原子密度の増加が定量的に説明できること
を示した。
５．CAWSES-II TG4 の推進
本プロジェクトは ICSU 傘下の国際組織 SCOSTEP が推進する国際プロジェクト CAWSES-II（太陽
地球系の気候と天気、2009-2013）の協力をうたっている。特にこの CAWSES-II の４つのタスクグル
ープのうちの TG4「What is the geospace response to various inputs from the lower atmosphere?」
は、本プロジェクトと密接な関係にある。本プロジェクトのメンバーはこの TG4 の国際リーダーとし
て TG4 ニュースレターの発行（3 回）、メーリングリストの整備、インド・マイソールでの COSPAR
でのビジネス会合の開催（平成 24 年 7 月）、インド・Pune での ISSTP 会合における CAWSES-II セッ
ションの開催（平成 24 年 11 月）、地球惑星科学連合でのセッションの開催協力などを積極的に推進し
た。また、平成 25 年 11 月に名古屋大学で開催される国際 CAWSES-II シンポジウムの準備を開始した。
６．トロムソにおける多波長フォトメータ観測
2001 年 10 月に自動運用を開始した本装置は現在 3 つの光学フィルター（427.8, 630.0, 557.7 nm)を持
ち、20Hz サンプリングでデータを取得してきた。運用システムの修理（2010 年 10 月）や光学フィル
ターの交換（4-5 年毎）を行いながら、太陽活動周期を超える 12 年間以上の観測を行ってきた。長期に
渡り安定した品質のデータを取得するためには補修以外に装置の校正も必要である。我々は国立極地研
究所の校正実験施設を利用し、春・秋の年 2 回、校正実験を行っている。2012 年度は 9 月に校正実験
を行い、本プロジェクト経費を用いて装置を EISCAT トロムソ観測所に輸送し、自動観測を開始した。
予算・決算
予算額：センター運営経費：680,000 円
支出額：センター運営経費：680,000 円
支出内訳
センター運営経費
ERG 関係旅費・消耗品費：14 万円
北海道レーダー関係旅費：18 万円
ライダー開発経費
：18 万円
EISCAT 受信器関連経費：18 万円
関連する査読付き論文
（2012 年 1 月以降）
Watanabe, D., and N. Nishitani, Study of ionospheric disturbances during solar flare events with
the SuperDARN Hokkaido Radar, Adv. Polar Sci., in press, 2013.
Hori, T., N. Nishitani, Y. Miyoshi, Y. Miyashita, K. Seki, T. Segawa, K. Hosokawa, A. S. Yukimatu, Y.
Tanaka, N. Sato, M. Kunitake, and T. Nagatsuma, An integrated analysis platform merging the
SuperDARN data within the THEMIS tool developed by ERG-Science Center (ERG-SC), Adv.
Polar Sci., in press, 2013.
Ichihara, A., N. Nishitani, T. Ogawa, and T. Tsugawa, Northward-propagating nighttime
medium-scale traveling ionospheric disturbances observed with the SuperDARN Hokkaido HF
radar and GEONET, Adv. Polar Sci., in press, 2013.
Fujii, R., O. Amm, H. Vanhamäki, A. Yoshikawa, and A. Ieda, An application of the finite length
Cowling channel model to auroral arcs with longitudinal variations, J. Geophys. Res., 117,
A11217, doi:10.1029/2012JA017953, 2012.
Vanhamäki, H., A. Yoshikawa, O. Amm, and R. Fujii, Ionospheric Joule heating and Poynting flux
in quasi-static approximation, J. Geophys. Res., 117, A0827, doi:10.1029/2012JA017841, 2012.
Oyama, S., J. Kurihara, B. J. Watkins, T. T. Tsuda, and T. Takahashi, Temporal variations of the
ion-neutral collision frequency from EISCAT observations in the polar lower ionosphere during
periods of geomagnetic disturbances, J. Geophys. Res., 117, A05308, doi:10.1029/2011JA017159,
2012.
Shiokawa, K., Y. Otsuka, S. Oyama, S. Nozawa, M. Satoh, Y. Katoh, Y. Hamaguchi, Y. Yamamoto
and J. Meriwether, Development of low-cost sky-scanning Fabry-Perot interferometers for
airglow and auroral studies, Earth Planets Space, vol.64, no.11, 1033-1046, 2012.
Shiokawa, K., M. Mori, Y. Otsuka, S. Oyama, and S. Nozawa, Motion of high-latitude nighttime
medium-scale traveling ionospheric disturbances associated with auroral brightening, J.
Geophys. Res., 117, A10316, doi:10.1029/2012JA017928, 2012.
Shiokawa, K., Y. Miyoshi, P. C. Brandt, D. S. Evans, H. U. Frey, J. Goldstein, and K. Yumoto,
Ground and satellite observations of low-latitude red auroras at the initial phase of magnetic
storms, J. Geophys. Res., 118, doi:10.1029/2012JA018001, 2013.
Otsuka, Y., K. Shiokawa, M. Nishioka, and Effendy, VHF Radar Observations of Post-Midnight
F-Region Field-Aligned Irregularities over Indonesia during Solar Minimum, Indian Journal of
Radio and Space Physics, 41, 199-207, 2012. (April 2012)
Nomura, R., K. Shiokawa, K. Sakaguchi, Y. Otsuka, and M. Connors, Polarization of Pc1/EMIC
waves and related proton auroras observed at subauroral latitudes, J. Geophys. Res., 117,
A02318, doi:10.1029/2011JA017241, 2012.
Nakajima, A., K. Shiokawa, K. Sakaguchi, Y. Miyoshi, S. Lee, V. Angelopoulos, O. Le Contel, J. P.
McFadden, J. W. Bonnell, K.-H. Fornacon, and E. Donovan, Electron and wave characteristics
observed by the THEMIS satellites near the magnetic equator during a pulsating aurora, J.
Geophys. Res., 117, A03219, doi:10.1029/2011ja017066, 2012.
Dahlgren, H., J. L. Semeter, K. Hosokawa, M. J. Nicolls, T. W. Butler, M. G. Johnsen, and K.
ターの交換（4-5 年毎）を行いながら、太陽活動周期を超える 12 年間以上の観測を行ってきた。長期に
渡り安定した品質のデータを取得するためには補修以外に装置の校正も必要である。我々は国立極地研
究所の校正実験施設を利用し、春・秋の年 2 回、校正実験を行っている。2012 年度は 9 月に校正実験
を行い、本プロジェクト経費を用いて装置を EISCAT トロムソ観測所に輸送し、自動観測を開始した。
予算・決算
予算額：センター運営経費：680,000 円
支出額：センター運営経費：680,000 円
支出内訳
センター運営経費
ERG 関係旅費・消耗品費：14 万円
北海道レーダー関係旅費：18 万円
ライダー開発経費
：18 万円
EISCAT 受信器関連経費：18 万円
関連する査読付き論文
（2012 年 1 月以降）
Watanabe, D., and N. Nishitani, Study of ionospheric disturbances during solar flare events with
the SuperDARN Hokkaido Radar, Adv. Polar Sci., in press, 2013.
Hori, T., N. Nishitani, Y. Miyoshi, Y. Miyashita, K. Seki, T. Segawa, K. Hosokawa, A. S. Yukimatu, Y.
Tanaka, N. Sato, M. Kunitake, and T. Nagatsuma, An integrated analysis platform merging the
SuperDARN data within the THEMIS tool developed by ERG-Science Center (ERG-SC), Adv.
Polar Sci., in press, 2013.
Ichihara, A., N. Nishitani, T. Ogawa, and T. Tsugawa, Northward-propagating nighttime
medium-scale traveling ionospheric disturbances observed with the SuperDARN Hokkaido HF
radar and GEONET, Adv. Polar Sci., in press, 2013.
Fujii, R., O. Amm, H. Vanhamäki, A. Yoshikawa, and A. Ieda, An application of the finite length
Cowling channel model to auroral arcs with longitudinal variations, J. Geophys. Res., 117,
A11217, doi:10.1029/2012JA017953, 2012.
Vanhamäki, H., A. Yoshikawa, O. Amm, and R. Fujii, Ionospheric Joule heating and Poynting flux
in quasi-static approximation, J. Geophys. Res., 117, A0827, doi:10.1029/2012JA017841, 2012.
Oyama, S., J. Kurihara, B. J. Watkins, T. T. Tsuda, and T. Takahashi, Temporal variations of the
ion-neutral collision frequency from EISCAT observations in the polar lower ionosphere during
periods of geomagnetic disturbances, J. Geophys. Res., 117, A05308, doi:10.1029/2011JA017159,
2012.
Shiokawa, K., Y. Otsuka, S. Oyama, S. Nozawa, M. Satoh, Y. Katoh, Y. Hamaguchi, Y. Yamamoto
and J. Meriwether, Development of low-cost sky-scanning Fabry-Perot interferometers for
airglow and auroral studies, Earth Planets Space, vol.64, no.11, 1033-1046, 2012.
Shiokawa, K., M. Mori, Y. Otsuka, S. Oyama, and S. Nozawa, Motion of high-latitude nighttime
medium-scale traveling ionospheric disturbances associated with auroral brightening, J.
Geophys. Res., 117, A10316, doi:10.1029/2012JA017928, 2012.
Shiokawa, K., Y. Miyoshi, P. C. Brandt, D. S. Evans, H. U. Frey, J. Goldstein, and K. Yumoto,
Ground and satellite observations of low-latitude red auroras at the initial phase of magnetic
storms, J. Geophys. Res., 118, doi:10.1029/2012JA018001, 2013.
Otsuka, Y., K. Shiokawa, M. Nishioka, and Effendy, VHF Radar Observations of Post-Midnight
F-Region Field-Aligned Irregularities over Indonesia during Solar Minimum, Indian Journal of
Radio and Space Physics, 41, 199-207, 2012. (April 2012)
Nomura, R., K. Shiokawa, K. Sakaguchi, Y. Otsuka, and M. Connors, Polarization of Pc1/EMIC
waves and related proton auroras observed at subauroral latitudes, J. Geophys. Res., 117,
A02318, doi:10.1029/2011JA017241, 2012.
Nakajima, A., K. Shiokawa, K. Sakaguchi, Y. Miyoshi, S. Lee, V. Angelopoulos, O. Le Contel, J. P.
McFadden, J. W. Bonnell, K.-H. Fornacon, and E. Donovan, Electron and wave characteristics
observed by the THEMIS satellites near the magnetic equator during a pulsating aurora, J.
Geophys. Res., 117, A03219, doi:10.1029/2011ja017066, 2012.
Dahlgren, H., J. L. Semeter, K. Hosokawa, M. J. Nicolls, T. W. Butler, M. G. Johnsen, and K.
Shiokawa, Direct Three-dimensional Imaging of Polar Ionospheric Structures with the Resolute
Bay Incoherent Scatter Radar, Geophys. Res. Lett., Vol. 39, No. 5, L05104,
doi:10.1029/2012GL050895, 2012.
Koustov, A. V., K. Hosokawa, N. Nishitani, K. Shiokawa, and H. Liu, Signatures of moving polar cap
arcs in the F-region PolarDARN echoes, Ann. Geophys., 30, 441-455, 2012.
Keiling, A., K. Shiokawa, V. Uritsky, V. Sergeev, E. Zesta, L. Kepko, and N. Ostgaard, Auroral
signatures of the dynamic plasma sheet, in Auroral Phenomenology and Magnetospheric
Processes: Earth and Other Planets, Geophys. Monogr. Ser., vol. 197, edited by A. Keiling, E.
Donovan, F. Bagenal, and T. Karlsson, 317-335, AGU, Washington, D. C.,
doi:10.1029/2012GM001231, 2012.
Jayachandran, P. T., K. Hosokawa, K. Shiokawa, Y. Otsuka, C. W. Watson, S. C. Mushini, J. W.
MacDougall, P. Prikryl, R. Chadwick, and T. D. Kelly, GPS total electron content variations
associated with poleward moving sun aligned arcs, J. Geophys. Res., 117, A5,
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Otsuka, Y., K. Shiokawa, and T. Ogawa, Disappearance of equatorial plasma bubble after
interaction with mid-latitude medium-scale traveling ionospheric disturbance, Geophys. Res.
Lett., 39, L14105, doi:10.1029/2012GL052286, 2012.
Ozaki, M., S. Yagitani, K. Ishizaka, K. Shiokawa, Y. Miyoshi, A. Kadokura, H. Yamagishi, R.
Kataoka, A. Ieda, Y. Ebihara, N. Sato, and I. Nagano, Observed correlation between pulsating
aurora and chorus waves at Syowa Station in Antarctica: a case study, J. Geophys. Res., 117,
A08211, doi:10.1029/2011JA017478, 2012.
Nishioka, M., Y. Otsuka, K. Shiokawa, T. Tsugawa, Effendy, P. Supnithi, T. Nagatsuma, and K. T.
Murata, On post-midnight field-aligned irregularities observed with a 30.8-MHz radar at a low
latitude: Comparison with F-layer altitude near the geomagnetic equator, J. Geophys. Res., 117,
A8, A08337, doi:10.1029/2012JA017692, 2012.
Miyoshi, Y., T. Ono, T. Takashima, K. Asamura, M. Hirahara, Y. Kasaba, A. Matsuoka, H. Kojima, K.
Shiokawa, K. Seki, M. Fujimoto, T. Nagatsuma, C.Z. Cheng, Y. Kazama, S. Kasahara, T. Mitani,
H. Matsumoto, N. Higashio, A. Kumamoto, S. Yagitani, Y. Kasahara, K. Ishisaka, L. Blomberg, A.
Fujimoto, Y. Katoh, Y. Ebihara, Y. Omura, M. Nose, T. Hori, Y. Miyashita, Y. Tanaka, T. Segawa,
and ERG working group, The Energization and Radiation in Geospace (ERG) Project, in
Dynamics of the Earth's Radiation Belts and Inner Magnetosphere, Geophys. Monogr. Ser., vol
199, edited by D.Summers, I.R. Mann,D.N.Baker,and M.Schulz, pp.103-116, AGU, Washington,
D.C. doi:10.1029/2012BK001304, 2012.
Ogawa, T., N. Nishitani, T. Tsugawa, and K. Shiokawa, Giant ionospheric disturbances observed
with the SuperDAN Hokkaido HF radar and GPS netwoork after the 2011 Tohoku earthquake,
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Kim, K.-H., J.-S. Park, H.-J. Kwon, D.-H. Lee, E. Lee, V. Angelopoulos, Y.-D. Park, J. Hwang, N.
Nishitani, T. Hori, K. Shiokawa, K. Koga, T. Obara, K. Yumoto, and D. G. Baishev,
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Sakaguchi, K., Y. Miyoshi, E. Spanswick, E. Donovan, I. R. Mann, V. Jordanova, K. Shiokawa, and
M. Connors, J. C. Green, Visualization of ion cyclotron wave and particle interactions in the
inner
magnetosphere
via
THEMIS-ASI
observations,
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A10204,
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Fukushima, D., K. Shiokawa, Y. Otsuka, and T. Ogawa (2012), Observation of equatorial nighttime
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Geophys. Res., 117, A11310, doi:10.1029/2012ja018151, 2012.
Suzuki, S., K. Shiokawa, Y. Otsuka, S. Kawamura, and Y. Murayama, Evidence of gravity wave
ducting in the mesopause region from airglow network observations, Geophys. Res. Lett., in
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Otsuka, Y., K. Suzuki, S. Nakagawa, M. Nishioka, K. Shiokawa, and T. Tsugawa, GPS Observations
of Medium-Scale Traveling Ionospheric Disturbances over Europe, Ann. Geophys., in press,
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Nishioka, M., T. Maruyama, Y. Otsuka, T. Tsugawa, H. Ishibashi, K. Shiokawa, and M. Ishii,
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iterferometers (in Japanese), Antarctic Record, in press, 2013.
地上ネットワーク観測大型共同研究
以下の 1 件の地上ネットワーク観測共同研究（重点）が、プロジェクト２に関連して実施された。
代表
タイトル
1. 尾花由紀（大阪電気通信大学）ニュージーランド地磁気観測網における地磁気ベクトルデータを
用いた 1/4 波長モード磁力線共鳴振動の研究
また、以下の 12 件の地上ネットワーク観測共同研究が、プロジェクト２に関連して実施された。
代表
タイトル
1. 巻田和男
ブラジル磁気異常帯におけるイメージングリオメータ・データの収集と光学観測
2. 藤原均
ﾚｰﾀﾞｰおよびﾗｲﾀﾞｰ観測と大気圏・電離圏統合ﾓﾃﾞﾙ・ｼﾐｭﾚｰｼｮﾝによる極域熱圏・電離圏
変動の研究
3. 坂野井健
酸素原子 630 nm オーロラの全天偏光観測によるオーロラ光学研究の新展開
4. 齋藤享
ﾌﾟﾗｽﾞﾏﾊﾞﾌﾞﾙに伴う電離圏不規則構造の衛星航法に対する影響とその発生の日々変動
に関する研究
5. 新堀淳樹
地磁気観測および中間圏・下部熱圏における風速観測データに見られる長期変動の
解析
6. 柴田一成
国際協同太陽地上ネットワーク観測データを用いた太陽活動の地球磁気圏への影響
に関する国際学術交流・共同研究の推進
7. 片岡龍峰
オーロラの高時間分解能モニタリング
8. 齊藤昭則
国際宇宙ステーション搭載 ISS-IMAP と地上光学ネットワークによる同時観測
9. 川原琢也
トロムソのナトリウムライダーを用いた超高時間分解能観測
10. 谷森達
気球による北極での高エネルギー電子降下によるガンマ線バースト定点観測
11. 尾崎光紀高感度サーチコイル磁力計を用いた VLF 帯ホイスラモード波の地上観測
12. 大矢浩代東南ｱｼﾞｱ VLF/LF 帯電磁波観測ﾈｯﾄﾜｰｸｼｽﾃﾑを用いた中低緯度帯下部電離圏変動の
研究
共同研究（一般）
以下の 18 件の共同研究が、プロジェクト２に関連して実施された。
代表
タイトル
1. 巻田和男磁気異常帯における大気電場観測
2. 大矢浩代磁気嵐期間におけるトウィーク反射高度変動の統計解析
3. 細川敬祐レーダー・光学観測を組み合わせた極冠域電磁圏現象の解析
4. 魚住禎司 Pi2 インデックス構築に向けた Pi2 自動検出システムに関する開発研究
5. 行松彰
SuperDARN 北海道・陸別レーダーでの IQ 時系列観測手法による超高層大気研究
6. 湯元清文全球的な ULTIMA 地磁気観測網を用いた太陽地球系電磁場擾乱の解析研究
7. 小川泰信 EISCAT レーダーを中心とした中間圏ー熱圏ー電離圏ー磁気圏結合の研究
8. 芳原容英低周波電磁波動と雷活動総合観測を用いた落雷の電気的特性に関する研究
9. 中田裕之赤道プラズマバブルの発達に伴う電子密度擾乱の空間スケールの変化について
10. 尾花由紀地磁気と北海道ー陸別 HF レーダーデータを用いた磁力線共鳴振動モード遷移の観測
11. 鈴木臣
光学観測による中間圏大気重力波の周期特性
12. 江尻省
Ca＋ライダーとの光学・電波複合観測による MLT 領域の鉛直輸送の研究
13. 中村卓司全天大気光イメージャによる南極中層大気の大気波動研究
14. 西山尚典地上複合観測から得られた脈動オーロラの形態及び生成過程とその MLT 依存性
15. 栗田怜
地上̶衛星観測に基づく内部磁気圏における高エネルギー電子の波動粒子相互作用を
介した消失過程の解明
16. 森岡昭
沿磁力線加速域の発達とｻﾌﾞｽﾄｰﾑｵﾝｾｯﾄ

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