Observations of mid-latitude F-region structures
     with an all-sky imager and the Arecibo IS radar in Puerto Rico

猪原 智昭[1]、塩川 和夫[1]、大塚 雄一[1]、小川 忠彦[1]
斎藤 昭則[2]、Michael C. Kelley [2]、Nestor Aponte[3]

名古屋大学太陽地球環境研究所[1]
Cornell University, Ithaca, NY[2]
National Astronomy and Ionosphere Center, Arecibo, PR[3]

　　We have studied seasonal variations of mid-latitude TID activity using all-sky
ariglow images at 630nm. However, it is not still clear whether the gravity waves
or the Perkins instability cause the TIDs. Three-dimensional measurement of
TIDs is crucially important to distinguish these two possible mechanisms.
　　During July 9-22, 2001, observations of TIDs were conducted using an
all-sky imager and the Arecibo IS radar in Puerto Rico. In this presentation,
we show detailed analysis of these data that can give three-demensional
structure of mid-latitude TIDs.

　名古屋大学太陽地球環境研究所では、複数の光学観測機器による超高層
大気イメージングシステム（Optical Mesosphere Thermosphere Imagers : OMTI）
を開発し、北海道陸別観測室（43.5°N, 143.8°E）と滋賀県の京都大学信楽
MU観測所（34.9°N, 136.1°E）において、1998年10月より夜間大気光の連
続観測を行っている。その一部である全天大気光イメージャーから、OI（630nm）
大気光の２次元イメージングデータを得ることができる。OI（630nm）の発光領
域は高度200-300kmに分布するため、そのデータを解析することによって、日
本上空の移動性電離圏擾乱 (TID) の２次元的な様子がわかる。これまでに
1998年10月から2000年9月までのデータについて統計的に解析を行い、TID
の季節変化が明らかになった。
　現在、TIDの生成機構として２つの機構が考えられている。大気重力波とプ
ラズマ不安定の一種であるPerkins不安定である。しかし、この両者の間には
プラズマの運動に違いがあり、つくられる電子密度変動の分布も異なる。大気
重力波が電離圏中を伝搬するとき、中性大気が振動することによって電離圏プ
ラズマは沿磁力線方向に動かされる。これまでに、全天イメージャの観測で得
られた TIDの周期（0.5-1.5時間）と水平波長（100-300km）から分散関係式を
使って鉛直波長を予想すると50km程度になる。そのため、TIDの波面は磁力
線の傾き（約45度）よりも水平に近い。このため、磁力線方向のプラズマの速
度は磁力線方向にシアーをもち、電子密度の収束、発散が起こる。その結果、
電子密度の空間変動がつくられる。一方、Perkins不安定が起こるとき、分極
電場によって電離圏プラズマが磁力線直行方向に動かされる。分極電場は磁
力線に沿って伝わるため、磁力線直行方向のプラズマの速度は、磁力線に沿
って一様となるはずである。この両者の違いから、 TIDをつくるプラズマの運動
を三次元的に捉えることによって、電子密度変動が大気重力波によるものか
Perkins不安定によるものかを明らかにすることができる。プエルトリコのアレシ
ボ観測所 (18.2°N, 66.5°W)の非干渉性レーダー(IS radar)は、プラズマのド
リフト速度と電子密度の高度分布を数％以下の高精度で観測することができる。
大気光の水平二次元分布と合わせることによって、電子密度変動の三次元構造
を明らかにできる。そのため、2001年7月9日から22日の13晩、アレシボ観測所
から約200km東に位置するプエルトリコ・クレブラ島に名古屋大学太陽地球環境
研究所の全天イメージャを持ち込み、アレシボのISレーダーと電離圏同時観測を
行った。全天イメージャの観測は13晩87.7時間行った。観測中の晴天時間は50.7
時間であり、そのうち5晩20.4時間に大気光波状構造を確認することができた。
その多くは、南西方向にほぼ一定の速度で伝搬するTIDの波状構造であった。
また、7月 18日0:30LTから3:15LTにかけて、Midnight Temperature Maximum
(MTM)に関係すると思われる南から北への大気光の増光を観測することに成功
した。この間、アレシボのISレーダーは7月15日から19日にかけて、観測を行っ
ている。本講演では、全天イメージャとISレーダーのデータからTIDの三次元構
造を詳しく調べ、その結果を報告する。