まえがき地球の大気圏は下から対流圏、成層圏、中間圏、熱圏に分けられる。熱圏は高度約90km以上の領域で、非常に希薄なため、大気成分の混合度合いや熱の伝わり方など物理的な性質が下の大気とは変わってくる。熱圏の原子・分子の一部は太陽からの紫外線によって電離し、イオンと電子に分かれた状態になる。この電離した大気が電離圏である。熱圏・電離圏は地球大気と宇宙空間の境界領域であり、下の大気からは大気波動が伝搬して到来し、上からは太陽紫外線やX線、さらに高緯度地域では地球磁力線に沿って磁気圏の粒子や電流が流入する。この下層大気や太陽、磁気圏からのエネルギー流入によって熱圏・電離圏領域の密度や温度などの状態に変動や乱れが生じる（図１）。そして、熱圏と電離圏の間では、電離や化学反応、粒子同士の衝突を通じて互いの変動が影響し合っている。熱圏と電離圏は我々の生活圏から遠く離れた上空にあるものの、そこで起きる大気の変動や乱れは地上の生活に影響を及ぼし得る。電離圏の変動は幅広い周波数域の電波の伝搬に影響を及ぼす。電離圏での反射を利用する短波通信は、船舶・航空通信や放送などの用途に利用されており、電離圏の状態によって回線の品質、利用できる周波数が変わる。また、人や物の位置を把握するために、カーナビやスマートフォンなどに衛星測位システム（GNSS：Global Navigation Satellite System）が使われているが、GNSSで用いるUHF帯の電波も電離圏の影響を受ける。電離圏の変動・乱れは、測位衛星から地上受信機に信号を伝える電波に対して遅延やシンチレーションを生じ、測位誤差の拡大や信号の受信不可の要因となる。一方、熱圏大気はそこを通る人工衛星やスペースデブリに対して大気抵抗（大気ドラッグ）として作用し、それらの軌道や姿勢に影響を及ぼす。低軌道（LEO：Low Earth Orbit）の衛星やスペースデブリの数は増加の一途をたどっており、特に近年では通信やリモートセンシングなどのICT分野において衛星コンステレーションの計画が続出し、今後更なる増加が見込まれる。このような状況の下、熱圏の変動や乱れはLEO衛星やスペースデブリの衝突リスク等に影響する[1]。1地球大気と宇宙空間の境界領域である熱圏と電離圏では、下層大気や太陽面、磁気圏で起きる現象の影響を受けて、大気状態に変動や乱れが生じる。その変動や乱れは、通信や測位等に利用する電波の伝搬状況や、低軌道の人工衛星やスペースデブリの軌道などを変え得るため、宇宙空間を利用する社会活動に影響を及ぼす。我々は、熱圏及び電離圏の状態について現況を把握し、定量的に予測を行うことを目的として、全大気圏及び電離圏の全球領域を対象とする物理モデルGAIAを開発している。本稿ではGAIAの概要について紹介し、その実用化の一環として、リアルタイム・予測シミュレーションやウェブを通じた情報提供について紹介する。Thermosphere and ionosphere are the boundary regions between the Earth’s atmosphere and geospace, where the atmospheric state varies and is sometimes disturbed due to the influences from various phenomena in the lower atmosphere, on the solar surface and/or in the magneto-sphere. The variations and disturbances in the ionosphere and thermosphere can affect human social activities by changing the radio propagation condition and the air drag against low earth orbit-ing satellites and space debris. We have developed a global physics-based model of whole atmo-sphere and ionosphere, called GAIA, for the purpose of nowcasting and forecasting global condition of thermosphere and ionosphere. In this paper, an overview of GAIA is introduced as well as its applications including the real-time and forecast simulation and the data service.2-3 全球大気圏-電離圏シミュレーション2-3Whole Atmosphere-ionosphere Coupled Simulation陣 英克 垰 千尋JIN Hidekatsu and TAO Chihiro292 電離圏研究
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