トンガ海底火山噴火による地球大気振動の観測成功

我々が暮らしている地球大気圏の上部（高度：80 km以上）は、太陽から常時地球に向かって降り注ぐ太陽放射によって一部が電離し、電離圏が形成されています。我々の生活に欠かせない全地球測位衛星システム（GPS）や衛星放送・通信で使われている電波は、必ずこの領域を通過することになります。ひとたび電離圏の擾乱が発生すると、GPS衛星を用いた位置情報の誤差などが生まれることがあります。逆に、この誤差情報を逆手にとって、これまで全球測位衛星システム（GNSS）受信機網データを活用した電離圏擾乱の研究が進められ、現在では、宇宙天気予報といった応用研究にも利用されています。一方、電離圏は太陽活動による影響を受けるだけでなく、地震、火山噴火、津波、台風などの気象現象といった下層大気で発生した大気擾乱の影響も受けています。2011年3月11日午後2時46分（日本時間）に発生した東北地方太平洋沖地震後に、震央付近を中心とした同心円状の電離圏電子密度擾乱が観測され、その構造が時間の経過とともに広がっていく様相が捉えられました。これは、地震で発生した津波が下層大気を揺さぶることによって大気振動（音波）や大気波動が生成され、それらが上空の電離圏に伝わることで、電離圏電子密度擾乱を引き起こしたと考えられています。また、2021年8月13〜15日、小笠原諸島の硫黄島の南方約60 kmに位置する福徳岡ノ場火山噴火は、1,300 km離れた南西諸島に多量の軽石が漂着したことは記憶に新しいですが、この噴火時にも電離圏電子密度擾乱が観測されています。これまでは、GNSS受信機網がカバーできる領域が狭く、火山噴火後に観測される電離圏擾乱の地球規模にわたる時間・空間変化が分かっておりませんでした。ところが、1,000年に1度と言われている大規模海底火山噴火が南太平洋トンガ沖で発生し、その噴火後に全球にわたって電離圏擾乱が観測されました。この電離圏擾乱の特徴や発生メカニズムを解明することを目的として本研究が開始されました。

本研究グループは、全球にわたる電離圏の変動を高時間・高空間分解能で観測するために世界各地に設置されている約9,000台に及ぶGNSS受信機データを収集し、それらのデータから全電子数（TEC）に変換し、TECデータベースを作成しています。また、トンガ火山噴火によって発生した気圧波や電離圏擾乱の原因となる荷電粒子の動きの情報を得るために、気象衛星ひまわり8号の赤外輝度温度データと北海道陸別町に設置された電離圏観測用レーダー（SuperDARN（Super Dual Auroral Radar Network）レーダー）データを使用しています。これらのデータ解析には、2009年度から開始された大学間連携プロジェクト「IUGONET」で開発された解析ツールを使用しています。