2013年気象学会春季大会

1. IUGONETメタデータデータベース
2015/05/15 気象学会春季大会
Inter-university Upper atmosphere
Global Observation NETwork
1. 京大生存研, 2．京大理地磁気C, 3.名大STEL研, 4.九大ICSWSE,
5.極地研, 6．京大理天文台, 7. 東北大PPARC
大学間連携事業「超高層大気長期変動の全球地上ネットワーク観測・研究」
谷田貝亜紀代1・小山幸伸2・堀智昭3・阿部修司4・田中良昌5 ・
新堀淳樹1 ・梅村宜生3・上野悟6・佐藤由佳5・八木学6・橋口典子1 ・
IUGONET Team

2. 超高層大気長期変動の全球ネットワーク観測・研究
定常運営にむけ
て画策中

3. 太陽地球系物理学における観測体制
高
度
超
高
層
大
気
（ジ
オ
ス
ペ
ー
ス
）
メタデータ
データベースを
構築
超高層大気の地上観測で世界最先端をゆく5機関が連携し，
全球に広がる観測ネットワークを維持・運用
多様な観測結果
を統合した観測
データベースの
構築の必要
超高層大気分野では気象庁のような現業機関がない
 研究者自身が観測を続けつつ、データベースを維持・運用しなければならない

4. IUGONETの必要性
IUGONETは
機関毎に整備されているデータベースの
相互参照しにくい状況を改善し、メタデータデー
タベースにより、データ流通を進め、複合データ
解析など新課題研究を推進する基盤を構築
【参考】メタデータとは？
データそのもの（実データ）ではなく、
そのデータを説明する付帯した情報。
（例： 観測日時、装置の種類、データの所在）
これまでの問題点
データベースが各機関に分散されてお
り、相互参照に多大な労力が必要
しかし
データベース構築には各観測の専門家
の知識が必要 = 分散管理が不可避

5. プロジェクト概要
京大
理・附属天文台
京大
生存研京大 理・地磁気センター
極地研
名大
STE研
研究コミュニティー
は拠点を通じて観測
データを利用できる
他の地球惑
星科学分野
へ展開
九大
ICSW
SE
MD
MD
MD
MD
MD
MD
超高層大気科学
バーチャル情報拠点
東北大
PPARC
運 営 協 議 会
地磁気WDC
宇宙線WDC
オーロラWDC
大学共同
利用機関
大学共同
利用機関
大学共同
利用機関
ディレクター
議長
メタ情報
システム開発員
各機関の
専任教員
MD

6. IUGONETプロジェクトの主要なプロダクト
http://www.iugonet.org/software.htmlhttp://search.iugonet.org/iugonet
1. メタデータデータベース 2. 解析ソフトウェア
2012年3月より本公開
2012年2月より本公開

7. IUGONETメタデータについて
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<NumericalData>
…
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<DisplayData>
…
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<Catalog>
…
データセットを記述
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<Observatory>
…
地上観測サイト・観測衛星
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<Granule>
…
個々のデータファイル
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<Instrument>
…
観測機器
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<Person>
…
研究者など人的リソース
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<Repository>
…
実データDB
 IUGONET共通メタデータフォーマットに沿ったxmlファイ
ルとして作成
 各研究リソースを別々のメタデータとしてアーカイブ
 XMLスキーマをIUGONETホームページから公開
http://www.iugonet.org/data/schema/
「粒々」という意味

8. メタデータとメタデータ・データベース
 メタデータDBはDSpaceを独
自にカスタマイズしたもの
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<spase lang="en"
xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
xmlns="http://www.iugonet.org/data/schema"
xsi:schemaLocation="http://www.iugonet.org/data/schema
http://www.iugonet.org/data/schema/iugonet.xsd ">
<Version>1.0.0</Version>
<NumericalData>
<ResourceID>spase://IUGONET/NumericalData/STEL/SuperDA
RN/HOK/HFradar/sd_hok_common_ergsccdf</ResourceID>
<ResourceHeader>
<ResourceName>SuperDARN Hokkaido HF radar, common
mode data distributed by
ERG-SC</ResourceName>
<ReleaseDate>2009-04-01T00:00:00</ReleaseDate>
<ExpirationDate>2199-12-31T23:59:59</ExpirationDate>
<Description>Common mode data generated by SuperDARN
Hokkaido HF radar. Data
. Data files are distributed in the CDF format through ERG-
SC</Description>
… ...
… ...
</NumericalData>
 MDは一般的にxmlとして作成
 他DBとデータ交換を容易にするため
IUGONET共通メタデータフォーマット

9. Development of metadata DB
spatial
coverage
search
time range
search
free word
search
http://search.iugonet.org/iugonet ＃ of metadata registered
(as of April 2012)
1.68 million
(* including metadata of data files)
 Metadata DB platform
DSpace - an open source software
to manage digital contents and
their metadata - with
customization depending on our
metadata
 Metadata format
SPASE metadata model with some
modifications according to
characteristics of the ground-
based observational data of the
upper atmosphere
2013年 ２/28現在
7,917,728件
Granule以外（データセット、観測
サイト、装置など）２５５２件
初心者マークの検索入口

12. IUGONETプロジェクトの主要なプロダクト
http://www.iugonet.org/software.htmlhttp://search.iugonet.org/iugonet
1. メタデータデータベース 2. 解析ソフトウェア
2012年3月より本公開
2012年2月より本公開
ここから2の解析ソフトウェアについて、紹介する。

13. UDAS（iUgonet Data Analysis Software）
• IUGONET所属機関が公開している地上観測デー
タを描画、解析するためのソフトウェア。TDAS（
THEMIS Data Analysis Software suite）のプラグインソフト。
• 言語は、IDL（Interactive Data Language）。IDLは
宇宙開発分野等に主に利用され、太陽、地球科学分野で広く普及している。
• UDASをインストールすることで、IUGONETの
所属機関が所有する地上観測データを、TDASの
機能を利用して描画、解析可能。
 特徴
・ データファイルを自動ダウンロード
・ 時系列データの表示・解析に強い。
・ GUIあり。 （フリーのIDL-VMはGUIのみ）
・ 本ツールを使用し、太陽(.fiz)や超高層関係のデー
タをtextに落として慣れた方法で解析できる
・ 自分の解析したい各種format data（netCDF, text,
csv, HDFなど）についてIDL load procedureを書けば
、IUGONET登録データと同時解析できる
※IUGONETでは、ファイルフォーマット統一は行わない。
※UDAS/TDAS
はフリー

14. IUGONET解析ツールの国際STP分野への貢献
THEMIS
衛星
THEMIS
地磁気
THEMIS
カメラ
Wind ACE
NASA
OMNIGOES LANL
Greenland
地磁気
MACCS
地磁気
CARISMA
地磁気
GIMA
地磁気
VAP衛星
EFW
RBSPICE
Stereo
ERG連携地上
210MM,SuperDARN,
誘導磁力計, …
IUGONET
太陽望遠鏡, 太陽惑星電波望遠鏡,
電離圏レーダー, 大気レーダー,
気象観測データ,
地磁気ネットワーク（WDC, MAGDAS,
南極・アイスランド等）
USGS
地磁気
ERG
SOHO IMP-8
衛星データ
地上観測データ
磁気圏
IUGONET観測点
太陽
THEMIS衛星
地球大気
米国と共同開発している本ツールで扱えるデータ
地上観測点
の73%!!
• 解析ツールは、米国の大学（UCLA, UCB）と共同開発している。
• 本解析ツールに登録されている地上観測点のうち、IUGONETが関連している
ものが73%を占める。
• 太陽－磁気圏－超高層大気－下層大気の相互作用を研究するためには、
IUGONETのデータ・人的資源が必要不可欠。
分野横断
的解析
太陽望遠鏡

15. まとめ
1. IUGONETでは、地上からの超高層大気、太陽、気象（レーダー）観測を実
施している機関を中心に、メタデータデータベース（ＭＤＤＢ）とその解
析ツール（ＵＤＡＳ）を構築している。
2. IUGONET メタデータフォーマットは、超高層大気分野で国際的に標準的
に用いられているSPASEに準拠。登録件数は現在約800万件。
3. IUGONET ＭＤＤＢ（検索システム）はDspaceを用いており、横断検索
の準備は出来ている。分野外の利用者のため登録データテーブルを作成、
連想検索への取り組みを開始している。
4. 解析ソフトウェアとして、IDL/TDASと共に働くUDASを開発してきた。
IDL-VM環境で走るTDASを開発し、β公開した。今後、新しいデータのロー
ドプロシジャの公開、メタデータデータベースとの連携ツールの開発、 2
次元データのロード、可視化・解析ツールの開発等を計画。
5. ＭＤＤＢ，UDASのチュートリアル・データ解析講習会を定期的に開催し、
MDDB,解析ソフトの普及に努めている。メーリングリストも開始した。
6. ヨーロッパの同様の目的をもつプロジェクト（ESPAS）とオントロジーを
用いてデータベースをつなぐ試みを開始した。
7. IUGONETシステムが他の分野横断的データベース作成（福島放射能事故関
連のメタデータ・データベース等）に応用されようとしている。

16. For further information ----
http://www.iugonet.org
MDDB, UDAS, パンフレット（日・英）, ニュースレター, ML

17. IUGONET: 国内超高層大気データベースを結集し国際連携へ
ICSU - WDS
ICSU - CODATA
(国際連携の枠組)
WDC
海外の
大規模
DC
国内超高層大気
科学分野
他の国内地球科学分野
中規模DC
IUGONETが基盤となり、ネット
ワーク型データセンターを構成
大データセンターの機能を効
率的に実現できる
気象・地震・測地・海洋
…
国際連携に参加するための基
盤として、IUGONETの長期運
営が求められている
IUGONETはWDSメン
バーを3機関含む
・極地研究所（オーロラ)
・京大理学研究科（地磁気）
・名大STEL（宇宙線）申請準備中
世界科学データシステム
科学技術データ委員会
VMO VEPO
VHO VITMO
ViRBOVSPO
バーチャル
オブザーバトリー
(米国の太陽地球系物理分野)
NSSDC
…
NGDC
…
(欧州の太陽地球
系物理分野)

18. Number of registered metadata
Data set Data files Total
H22.8 260 28,179 28,439
H23.2 1,714 258,646 260,360
H23.8 2,188 514,925 517,113
H24.2 2,261 1,637,273 1,639,534
H24.5 2,263 1,678,900 1,681,163
H24.7 2,326 3,369,503 3,371,829
H24.9 2,337 6,412,126 6,414,483
H25.1
2,623
(NICT:40, NAOJ: 13)
7,844,856 7,847,479
H25.4
2501
(JMA:50, NICT:40, NAOJ: 13)
8,067,181 8,069,682
RISH 144 5,666,022 5,666,166

19. 太陽地球系科学委員会による1957-8 (IGY)以来継続
されている国際共同研究プロジェクトの経緯
1957 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2014
～
国内・
赤道域
研究
極域
研究
太陽地球系科学委員会（ICSU/SCOSTEP）国際共同研究プログラム
STEP 1990-97
Post STEP
1998-2002 CAWSES 2004-08 CAWSES-II 2009-13
赤道大気レーダー
(2001)
EISCAT UHF
レーダー
(1981)
スバールバル
ISレー ダー
(1996)
IUGONET・大学間連携
(2009-2015)
MAGDAS (地磁気観測網) ・大気光観測を展開グローバル観測へ
日本（極地研・名大STE研）
EISCAT加盟(1996)
MUレーダー
(1984)
PANSYレー
ダー (2011)
大型研究予算
アジアアフリカ学術
基盤形成事業
振興調整費／戦略推進研究
「インドネシア宇宙天気」
研究拠点形成事業
アジアアフリカ学術基盤形成型
MAP 1982-85
太陽地球系の気候と天気中層大気観測計画 太陽地球系
エネルギー研究計画
EPIC(赤道大気結合)/
PSMOS/ISCS/S-RAMP
赤道レーダー
現地調査中断 設計・調査概算要求
ESFRI採択設計概算要求
次期大型
共同研究
計画
新プロ・学術創成
「アジア・太平洋地域を中心
とする地球環境変動の研究」途上国研究支援
プログラム
(May 7-8,
Bern で
計画会議）
EISCAT ス
バールバル固
定アンテナ
(1999)
特定領域研究
「赤道大気上下結合」
特定領域研究
「北極圏気候・環境変動」
赤道ＭＵ
レーダー
EISCAT_3
D
レーダー
IGY,
IQSY,
IASY,
IMS
EISCAT VHF
レーダー
(1985)
超高層分野では大学等観測実施機関が
データ保管・整理を独自に行ってきた
観測・データ
ネットワーク

20. IUGONET参加機関による観測ネットワーク
スバールバル
ISレーダー
流星レーダー
オーロラ観測 飯館・女川観測所
SuperDARNレーダー
昭和基地
SuperDARNレーダー２台
MFレーダー
オーロラ観測
地磁気多点観測網
昭和・女川ELF 同時観測
飛騨天文台
ペルー国立イカ大学
北海道HFレーダー
（観測範囲）
トロムソ
ISレーダー
流星レーダー
MFレーダー
アイスランド
オーロラ観測所 （２点）
地磁気観測所 （３点）
フレアモニタ望遠鏡
太陽磁場活動望遠鏡
惑星シンクロトロン電波望遠鏡
Equatorial Atmosphere Radar
EISCATレーダー
フラックスゲート磁力計システム
MAGDAS観測点
赤道大気観測所
赤道大気レーダー

21. MD リポジトリー
メタデータ登録・管理システム
IUGONET
メタデータDB
by DSpace
登録待ちメタデータ
用リポジトリー
ドラフトメタデータ
リポジトリー
研究機関から提出された
メタデータの一時集積場
自動スクリプトで書式、内
容を簡易チェック
(メタデータ・チェッカー)
IUGONET機関1
IUGONET機関2
自動実行
スクリプト
で登録
検索ユーザー
@internet
その他国内外の研究
機関
クエリー 検索結果
エラー無しメタデータ
修正済みメタデータ
2010年度より運用中
2010年度後期にメタデータ・チェッカーを実装・運用中
NAOJ太陽観測所,
NICT, 気象庁地磁気
観測所、, …

22. WDC, Kyoto
Dst, AU/AL
SSL, Berkeley
THEMIS, GBO
(ISASで大部分をミ
ラー中)
CDAWeb
OMNI, ACE,
Wind etc.
データのダウンロード～読み込みが簡単。
TDAS
on IDL
データサーバー群
インターネット越し
に自動ダウンロード
(by http)
新データ１
新データ２…
ローカ
ルHDD
ユーザーのPC
自動でディレク
トリを作成、整
理して保存
1
2
データをIDL上
にtplot変数と
してロード
3 日時、欲しいデータ種を指定する
だけで、①,②,③ を自動実行
> timespan, ‘yyyy-mm-dd’
> thm_load_○○○
> tplot, ○○○
TDAS の特徴
３つのコマンドだけでプロットまでできる。
ユーザーは、データファイルがどこにあるか、どんなデータなのか、ファイル形
式が何か等を気にせず、解析ができる。

23. TDASの概要
 開発元
・ 米国UCB, UCLA
 言語
・ IDL
 データのファイルフォーマット
・ CDF（Common Data Format）
一部、それ以外も有り。
※IUGONETでは、ファイルフォーマット
統一は行わない。
 特徴
・ データファイルを自動ダウンロード
・ 時系列データの表示・解析に強い。
・ GUIあり。
・ ERG衛星ミッションの解析ソフトウェ
アとして正式採用。
TDAS（THEMIS Data Analysis Software suite）
THEMIS衛星観測、地上観測データを可視化・解析するための統合解析ツール
http://themis.ssl.berkeley.edu/index.shtml

24. IUGONET関連データのプロットの例
地磁気指数
複数の電離圏・
大気圏レー
ダー
グローバルな地
磁気ネットワーク
のデータ
SuperDARN radar at HOK
AE index
EISCAT radar
at TRO
Equatorial Atmosphere Radar
Magnetometer at Syowa
様々なデータのス
タックプロットを作
成可能。

25. メタデータ・データベースとの連携
クライアント側
(IDL+TDAS)
(4b)データダウンロード
要求
(1) 検索クエリー
(2) メタデータ
(5)観測データ
(4) ロード
プログラム
(6) プロット
IUGONETメタデータ・データベース
(OpenSearch)
(3) 構文解析。
（URL取得） XML
 UDASからMDDBを参照して、データのURL
を取得する機能を実装した。
 MDDBを利用した解析ツールの開発につい
て、検討中。実データ・データベース

27. メタデータ・データベース利用状況
検索キーワード例
超高層物理分野の例
DST, MAGDAS, magnetometer, SUPERDARN, MU,
EISCAT, MF Radar, smart, magnetogram 等
超高層物理分野以外の例
Jupiter, CO2, O3, rain, Sun Prominence, dellinger,
adelie, ocean, Ca K, radiosonde, Wind Profiler 等
超高層物理分野のワードが多数を占めている一方で、隣接分野や他分野のワードも
入力されており、様々な分野のユーザから利用されていることが分かる。
日本を除いた国別アクセス比率グラフ
• ユニークユーザー数は右肩上がりで増加傾向
• アメリカ・ヨーロッパ方面に加え、アジア地域からの多数の利用実績
• インドネシア・オーストリアからの高いアクセス数
 国際アウトリーチの成果
利用海外機関の例：
ドイツ・ライプニッツ大気物理研究所（ドイツ）
オーストリア科学アカデミー宇宙研究所（オーストリア）
インド宇宙庁国立大気科学研究所（インド）
インドネシア国立航空宇宙研究所（インドネシア）
モスクワ大学（ロシア） 等
ユニークユーザー数
月ごとのユニークユーザ数の推移
1000
ユニークユーザー数の補足：
同一ユーザと思われる場合は
1月に何度アクセスしても1カウント

28. TG1: 太陽活動の
気候変動への影響
TG4: 下層大気 から
の入力に よるジオス
ペ ースの応答
TG2: 気候変動
に対するジオ
スペースの応答
CAWSES-II
4つの
タスクグループ
人材育成
データベース
発展途上国
支援／人材
育成
ジオスペース：中層大気・電離圏・磁気圏
Sss
Sss
国際プログラムCAWSESの目的と研究課題構成
CAWSES (太陽地球系の気候と天気)のプロジェクトSCOSTEPの
国際協力プログラム（2004-2013）における日本（IUGONET)の役割
IUGONET
IUGONETネットワーク
観測域＝ジオスペース。
国際的には
・地上観測
・アジア・アフリカ
を中心に観測分担。
IUGONET
Eサイエンスと
情報連携

29. 超高層大気の特徴
特徴① 地表から宇宙空間に渡る
グローバルな現象を反映
太陽からの
エネルギー注入
特徴③ 様々な周期の変動が存在
長期データの解析が必要
地球的規模の物質と
エネルギーの循環
下層大気からの
エネルギーの注入
様々なスケールの現象が絡み合う
複雑系で、宇宙空間に開いた系。
特有の方程式系で記述される。
特徴② 取り扱う物理量が極めて多種
右図： 太陽黒点数の変動（太陽の11年
周期に関係する長周期変動の例として）

30. IUGONET解析ツールの国際STP分野への貢献
THEMIS
衛星
THEMIS
地磁気
THEMIS
カメラ
Wind ACE
NASA
OMNIGOES LANL
Greenland
地磁気
MACCS
地磁気
CARISMA
地磁気
GIMA
地磁気
VAP衛星
EFW
RBSPICE
Stereo
ERG連携地上
210MM,SuperDARN,
誘導磁力計, …
IUGONET
太陽望遠鏡, 太陽惑星電波望遠鏡,
電離圏レーダー, 大気レーダー,
気象観測データ,
地磁気ネットワーク（WDC, MAGDAS,
南極・アイスランド等）
USGS
地磁気
ERG
SOHO IMP-8
衛星データ
地上観測データ
磁気圏
IUGONET観測点
太陽
THEMIS衛星
地球大気
米国と共同開発している本ツールで扱えるデータ
地上観測点
の73%!!
• 解析ツールは、米国の大学（UCLA, UCB）と共同開発している。
• 本解析ツールに登録されている地上観測点のうち、IUGONETが関連している
ものが73%を占める。
• 太陽－磁気圏－超高層大気－下層大気の相互作用を研究するためには、
IUGONETのデータ・人的資源が必要不可欠。
分野横断
的解析
太陽望遠鏡