研究者基本情報

• 博士（情報学）, 京都大学

• https://researchmap.jp/read0133008

• https://orcid.org/0000-0001-6882-9200
• https://jglobal.jst.go.jp/detail?JGLOBAL_ID=200901087140936495

• 40432215

• https://orcid.org/0000-0001-6882-9200

• 200901087140936495

• 計算機シミュレーション
• 数値スキーム
• ハイパフォーマンスコンピューティング
• プラズマ科学
• 宇宙科学
• 電磁界

• 情報通信, 高性能計算, ハイパフォーマンスコンピューティング
• 情報通信, 計算科学, 計算機シミュレーション
• 自然科学一般, 宇宙惑星科学, 宇宙プラズマ
• エネルギー, プラズマ科学, プラズマ物理

• 修士課程, 情報科学院
• 博士課程, 情報科学院

研究活動情報

• 2023年11月, Division of Plasma Physics, Association of Asia Pacific Physical Societies, 7th Asia-Pacific Conference on Plasma Physics (AAPPS-DPP2023) Poster Prize
  Reduction of Anisotropy in Numerical Dispersion in the Explicit Finite-Difference Time-Domain Method with Laplacian
  H. Sekido;T. Umeda;Y. Miyoshi
• 2018年11月16日, Division of Plasma Physics, Association of Asia Pacific Physical Societies, 2nd Asia-Pacific Conference on Plasma Physics (AAPPS-DPP2018) Poster Prize
  Non-MHD effects in the nonlinear development of the MHD-scale Rayleigh-Taylor instability
  T. Umeda;Y. Wada, 国内外の国際的学術賞
• 2015年04月15日, 文部科学省, 科学技術分野の文部科学大臣表彰 若手科学者賞
  先端的宇宙プラズマ計算機シミュレーション手法の研究
  日本国
• 2012年10月22日, 地球電磁気・地球惑星圏学会, 大林奨励賞
  計算機シミュレーション手法の開発とその宇宙プラズマ現象への応用
  国際学会・会議・シンポジウム等の賞, 日本国
• 2008年11月29日, Frontiers in Computational Science 2008 Program Committee, Best Presentations Award for International Conference of Frontiers in Computational Science 2008 Grant Prix
  Vlasov code simulation of GEM reconnection challenge
  K. Togano;T. Umeda;T. Ogino, 国内外の国際的学術賞, 日本国
• 2005年10月23日, 国際電波科学連合, 国際電波科学連合若手研究者賞
  国内外の国際的学術賞

• Generation of normal distributions revisited
  Takayuki Umeda
  Computational Statistics, Springer Science and Business Media LLC, 2024年02月23日, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）, Abstract
  
  Normally distributed random numbers are commonly used in scientific computing in various fields. It is important to generate a set of random numbers as close to a normal distribution as possible for reducing initial fluctuations. Two types of samples from a uniform distribution are examined as source samples for inverse transform sampling methods. Three types of inverse transform sampling methods with new approximations of inverse cumulative distribution functions are also discussed for converting uniformly distributed source samples to normally distributed samples., 40535275
• Relaxation of the Courant Condition in the Explicit Finite-Difference Time-Domain(2,6) Method with Third- and Fifth-degree Differential Terms
  Harune Sekido; Takayuki Umeda
  Progress In Electromagnetics Research M, 123, 83, 93, The Electromagnetics Academy, 2024年01月23日, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）, 40535275
• A novel high accuracy finite-difference time-domain method
  Harune Sekido; Takayuki Umeda
  Earth, Planets and Space, 76, 1, Springer Science and Business Media LLC, 2024年01月05日, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）, 40535275
• Advanced numerical techniques for time integration of relativistic equations of motion for charged particles
  Takayuki Umeda; Riku Ozaki
  Earth, Planets and Space, 75, 1, Springer Science and Business Media LLC, 2023年10月10日, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）, 40535275
• New Aspects of Energy Conversion in Magnetic Island Dynamics: Particle-in-cell Simulation of Multiple Island Coalescence and MMS Observations
  W.-L. Teh; T. K. M. Nakamura; S. Zenitani; T. Umeda; R. Nakamura
  The Astrophysical Journal, 947, 1, 4, 4, American Astronomical Society, 2023年04月01日, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Relaxation of the Courant Condition in the Explicit Finite-Difference Time-Domain Method With Higher-Degree Differential Terms
  Harune Sekido; Takayuki Umeda
  IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 71, 2, 1630, 1639, Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), 2023年02月, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）, 40535275
• Spatial and time scaling of coalescing multiple magnetic islands
  T. K. M. Nakamura; W.-L. Teh; S. Zenitani; T. Umeda; M. Oka; H. Hasegawa; A. M. Veronig; R. Nakamura
  Physics of Plasmas, 30, 2, AIP Publishing, 2023年02月01日, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• A new integrator for relativistic E-cross-B motion of charged particles
  Takayuki Umeda
  Journal of Computational Physics, 472, 111694, 111694, Elsevier BV, 2023年01月, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）, 40535275
• Multicolor reordering for computing moments in particle-in-cell plasma simulations
  Takayuki Umeda
  Computer Physics Communications, 281, 108499, 108499, Elsevier BV, 2022年12月, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）, 40535275
• High-power laser experiment forming a supercritical collisionless shock in a magnetized uniform plasma at rest
  R. Yamazaki; S. Matsukiyo; T. Morita; S. J. Tanaka; T. Umeda; K. Aihara; M. Edamoto; S. Egashira; R. Hatsuyama; T. Higuchi; T. Hihara; Y. Horie; M. Hoshino; A. Ishii; N. Ishizaka; Y. Itadani; T. Izumi; S. Kambayashi; S. Kakuchi; N. Katsuki; R. Kawamura; Y. Kawamura; S. Kisaka; T. Kojima; A. Konuma; R. Kumar; T. Minami; I. Miyata; T. Moritaka; Y. Murakami; K. Nagashima; Y. Nakagawa; T. Nishimoto; Y. Nishioka; Y. Ohira; N. Ohnishi; M. Ota; N. Ozaki; T. Sano; K. Sakai; S. Sei; J. Shiota; Y. Shoji; K. Sugiyama; D. Suzuki; M. Takagi; H. Toda; S. Tomita; S. Tomiya; H. Yoneda; T. Takezaki; K. Tomita; Y. Kuramitsu; Y. Sakawa
  Physical Review E, 105, 2, American Physical Society (APS), 2022年02月11日, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Multi-scale evolution of Kelvin–Helmholtz waves at the Earth's magnetopause during southward IMF periods
  T. K. M. Nakamura; K. A. Blasl; H. Hasegawa; T. Umeda; Y.-H. Liu; S. A. Peery; F. Plaschke; R. Nakamura; J. C. Holmes; J. E. Stawarz; W. D. Nystrom
  Physics of Plasmas, 29, 1, AIP Publishing, 2022年01月01日, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Paradigm Shift in Program Structure of Particle-in-Cell Simulations
  Takayuki Umeda
  Parallel Computing: Technology Trends, Advances in Parallel Computing, 36, 455, 464, IOS Press, 2020年03月20日, ［査読有り］
  英語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）, 40535275
• Evaluating higher moments in the transverse Kelvin–Helmholtz instability by full kinetic simulation
  Takayuki Umeda
  Physics of Plasmas, 27, 3, AIP Publishing, 2020年03月01日, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Stability of Contact Discontinuities in Electrostatic Hybrid- and Full-Vlasov Simulations
  Naru TSUJINE; Takayuki HARUKI; Takayuki UMEDA; Yasuhiro NARIYUKI; Masahiro SATO
  Plasma and Fusion Research, 15, 1401002, 1401002, Japan Society of Plasma Science and Nuclear Fusion Research, 2020年02月17日, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Disturbance of the Front Region of Magnetic Reconnection Outflow Jets due to the Lower-Hybrid Drift Instability
  T. K. M. Nakamura; T. Umeda; R. Nakamura; H. S. Fu; M. Oka
  Physical Review Letters, 123, 23, American Physical Society (APS), 2019年12月02日, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Mach number and plasma beta dependence of the ion temperature perpendicular to the external magnetic field in the transition region of perpendicular collisionless shocks
  Ryo Yamazaki; Ayato Shinoda; Takayuki Umeda; Shuichi Matsukiyo
  AIP Advances, 9, 12, AIP Publishing, 2019年12月01日, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Vlasov code simulation of contact discontinuities
  Takayuki Umeda; Naru Tsujine; Yasuhiro Nariyuki
  Physics of Plasmas, 26, 10, AIP Publishing, 2019年10月01日, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• 宇宙プラズマの基礎理論およびその計算機シミュレーション手法
  梅田 隆行
  混相流, 33, 3, 249, 257, The Japanese Society for Multiphase Flow, 2019年09月15日, ［招待有り］, ［筆頭著者］
  日本語, 研究論文（学術雑誌）
• Multi-step Boris rotation schemes for Lorentz force equation of charged particles
  Takayuki Umeda
  Computer Physics Communications, 237, 37, 41, Elsevier BV, 2019年04月, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）, 13835065
• Full particle-in-cell simulation of the interaction between two plasmas for laboratory experiments on the generation of magnetized collisionless shocks with high-power lasers
  Takayuki Umeda; Ryo Yamazaki; Yutaka Ohira; Natsuki Ishizaka; Shin Kakuchi; Yasuhiro Kuramitsu; Shuichi Matsukiyo; Itaru Miyata; Taichi Morita; Youichi Sakawa; Takayoshi Sano; Shuto Sei; Shuta J. Tanaka; Hirohumi Toda; Sara Tomita
  Physics of Plasmas, 26, 3, 2019年03月01日, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）, 13835065
• Magnetosonic/whistler mode turbulence influences on ion dynamics
  S. Saito; Y. Nariyuki; T. Umeda
  Physics of Plasmas, 25, 12, AIP Publishing, 2018年12月01日, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）, 45398882
• On the Boris solver in particle-in-cell simulation
  Seiji Zenitani; Takayuki Umeda
  Physics of Plasmas, 25, 11, AIP Publishing, 2018年11月01日, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Performance Comparison of Eulerian Kinetic Vlasov Code Between Xeon Phi KNL and Xeon Broadwell
  Takayuki Umeda; Keiichiro Fukazawa
  Methods and Applications for Modeling and Simulation of Complex Systems, AsiaSim 2018, Communications in Computer and Information Science, 946, 143, 150, Springer Singapore, 2018年10月18日, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）
• Oblique Ion‐Scale Magnetotail Flux Ropes Generated by Secondary Tearing Modes
  Wai‐Leong Teh; Takuma Nakamura; Rumi Nakamura; Takayuki Umeda
  Journal of Geophysical Research: Space Physics, 123, 10, 8122, 8130, American Geophysical Union (AGU), 2018年10月08日, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）, Abstract
  
  We examine Magnetospheric Multiscale observations of three ion‐scale magnetic flux ropes (diameter ~6–9 ion inertial lengths) in the Earth's magnetotail reconnection diffusion region with a small guide field. During the event, the electron reconnection exhaust reversed direction together with the reversal of normal magnetic field component. After that, the three ion‐scale flux ropes were observed near the ion diffusion region, in which flat‐top distributions were found at the field‐aligned electrons (<2 keV). The axis orientation and motion velocity of the flux ropes are determined by minimum variance analysis of the electric field component along the flux rope axis, using single‐spacecraft measurements. Results show that the three flux rope axes form 13°, 55°, and 55° to the guide field direction and are mostly tilted toward the direction of the reconnecting field. These results are also validated by multiple‐spacecraft analysis methods. It is found that the tilted angles agree reasonably well with the predicted angles for secondary tearing modes, suggesting that these ion‐scale flux ropes are likely generated by secondary tearing instabilities as those recently found in the three‐dimensional kinetic simulations of turbulent magnetic reconnection.
• Electromagnetic linear dispersion relation for plasma with a drift across magnetic field revisited
  Takayuki Umeda; Takuma K. M. Nakamura
  Physics of Plasmas, 25, 10, AIP Publishing, 2018年10月01日, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）, A current across the magnetic field is formed in various situations in plasma. The relative drift between ions and electrons due to the cross-field current becomes a source of various microscopic instabilities. A fully electromagnetic and kinetic linear dispersion relation for plasma with a drift across magnetic field is derived by assuming a uniform background plasma. The dielectric permittivity tensor for shifted Maxwellian velocity distributions is also presented. Linear dispersion relations obtained by using the new dielectric permittivity tensor were confirmed by comparison with the previous studies and with particle-in-cell simulation results., 13835064;13835065
• Periodic self-reformation of rippled perpendicular collisionless shocks in two dimensions
  Takayuki Umeda; Yuki Daicho
  Annales Geophysicae, 36, 4, 1047, 1055, Copernicus GmbH, 2018年08月01日, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）, Abstract. Large-scale two-dimensional (2-D) full particle-in-cell (PIC) simulations arecarried out for studying periodic self-reformation of a supercriticalcollisionless perpendicular shock with an Alfvén–Mach number MA∼6. Previous self-consistent one-dimensional (1-D) hybrid and full PICsimulations have demonstrated that the periodic reflection of upstream ionsat the shock front is responsible for the formation and vanishing of theshock-foot region on a timescale of the local ion cyclotron period, which wasdefined as the reformation of (quasi-)perpendicular shocks. The present 2-D full PIC simulations with different ion-to-electron massratios show that the dynamics at the shock front is strongly modified bylarge-amplitude ion-scale fluctuations at the shock overshoot, which areknown as ripples. In the run with a small mass ratio, the simultaneous enhancement of the shockmagnetic field and the reflected ions take place quasi-periodically, which isidentified as the reformation. In the runs with large mass ratios, thesimultaneous enhancement of the shock magnetic field and the reflected ionsoccur randomly in time, and the shock magnetic field is enhanced on atimescale much shorter than the ion cyclotron period. These results indicate a coupling between the shock-front ripples andelectromagnetic microinstabilities in the foot region in the runs with largemass ratios. Keywords. Space plasma physics (wave–particle interactions)
• Decay of nonlinear whistler mode waves: 1D versus 2D
  Takayuki Umeda; Shinji Saito; Yasuhiro Nariyuki
  Physics of Plasmas, 25, 7, AIP Publishing, 2018年07月01日, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）, Direct comparison between one-dimensional (1D) and two-dimensional (2D) models for the development of a nonlinear, short-wavelength, and monochromatic electromagnetic whistler mode wave is made by means of fully electromagnetic particle-in-cell simulations. The 1D and 2D simulations are performed for low beta conditions in which the plasma pressure is much lower than the magnetic pressure, although the plasma kinetic energy in the direction perpendicular to the ambient magnetic field is highly dominant due to the velocity field of the imposed parent whistler mode wave. A three-wave parametric decay of the parent whistler mode wave was reconfirmed in the 1D simulation. On the other hand, a rapid decay of the parent whistler mode wave thorough a five-wave interaction or double three-wave interactions was seen in the 2D simulation. Electron heating processes in the 2D simulation are also different from those in the 1D simulation. It is suggested that the present 2D decay process is a new instability which is quite different from velocity space instabilities driven by temperature/energy anisotropy., 13835065
• A three-step Boris integrator for Lorentz force equation of charged particles
  Takayuki Umeda
  Computer Physics Communications, 228, 1, 4, Elsevier BV, 2018年07月, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）, 13835065
• Performance Analysis of CPU and DRAM Power Constrained Systems with Magnetohydrodynamic Simulation Code
  Keiichiro Fukazawa; Masatsugu Ueda; Yuichi Inadomi; Mutsumi Aoyagi; Takayuki Umeda; Koji Inoue
  2018 IEEE 20th International Conference on High Performance Computing and Communications; IEEE 16th International Conference on Smart City; IEEE 4th International Conference on Data Science and Systems (HPCC/SmartCity/DSS), 626, 631, IEEE, 2018年06月, ［査読有り］
  英語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）
• 宇宙プラズマの運動論シミュレーション
  梅田 隆行
  計算数理工学レビュー, 2018, 1, 27, 35, 日本計算数理工学会, 2018年03月, ［招待有り］, ［筆頭著者］, ［国内誌］
  日本語, 研究論文（学術雑誌）
• Performance Evaluation and Optimization of MagnetoHydroDynamic Simulation for Planetary Magnetosphere with Xeon Phi KNL
  Keiichiro Fukazawa; Takeshi Soga; Takayuki Umeda; Takeshi Nanri
  Parallel Computing is Everywhere, Advances in Parallel Computing, 32, 178, 187, IOS Press BV, 2018年, ［査読有り］
  英語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）
• Non-MHD effects in the nonlinear development of the MHD-scale Rayleigh-Taylor instability
  Takayuki Umeda; Yasutaka Wada
  Physics of Plasmas, 24, 7, 2017年07月01日, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）, 13835064
• Generation of intermittent ion acoustic waves in whistler-mode turbulence
  S. Saito; Y. Nariyuki; T. Umeda
  Physics of Plasmas, 24, 7, 2017年06月29日, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）, 45398882
• Rapid decay of nonlinear whistler waves in two dimensions: Full particle simulation
  Takayuki Umeda; Shinji Saito; Yasuhiro Nariyuki
  Physics of Plasmas, 24, 5, 2017年04月26日, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）, 13835064;13835065
• Secondary instabilities in the collisionless Rayleigh-Taylor instability: Full kinetic simulation
  Takayuki Umeda; Yasutaka Wada
  Physics of Plasmas, 23, 11, 2016年11月01日, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）, 13835064;13835065
• Performance comparison of Eulerian kinetic Vlasov code between flat-MPI parallelism and hybrid parallelism on Fujitsu FX100 supercomputer
  Takayuki Umeda; Keiichiro Fukazawa
  Proceedings of the 23rd European MPI Users' Group Meeting, 218, 221, 2016年09月25日, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）
• Three‐dimensional development of front region of plasma jets generated by magnetic reconnection
  T. K. M. Nakamura; R. Nakamura; W. Baumjohann; T. Umeda; I. Shinohara
  Geophysical Research Letters, 43, 16, 8356, 8364, 2016年08月26日, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Evaluating gyro-viscosity in the Kelvin-Helmholtz instability by kinetic simulations
  Takayuki Umeda; Natsuki Yamauchi; Yasutaka Wada; Satoshi Ueno
  Physics of Plasmas, 23, 5, 2016年05月01日, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）, 13835064
• Toward the Generation of Magnetized Collisionless Shocks with High-Power Lasers
  Yoshitaka SHOJI; Ryo YAMAZAKI; Sara TOMITA; Yushiro KAWAMURA; Yutaka OHIRA; Satoshi TOMIYA; Yoichi SAKAWA; Takayoshi SANO; Yukiko HARA; Sarana KONDO; Hiroshi SHIMOGAWARA; Shuichi MATSUKIYO; Taichi MORITA; Kentaro TOMITA; Hitoki YONEDA; Kazunori NAGAMINE; Yasuhiro KURAMITSU; Toseo MORITAKA; Naofumi OHNISHI; Takayuki UMEDA; Hideaki TAKABE
  Plasma and Fusion Research, 11, 3401031, 3401031, Japan Society of Plasma Science and Nuclear Fusion Research, 2016年, ［査読有り］
  英語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）
• Hybrid parallelization of hyper-dimensional Vlasov code with OpenMP loop collapse directive
  Takayuki Umeda; Keiichiro Fukazawa
  Parallel Computing: On the Road to Exascale, Advances in Parallel Computing, 27, 265, 274, Elsevier B.V., 2016年, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）
• Performance Comparison of Open-Source Parallel Sorting with OpenMP
  Takayuki Umeda; Shuhei Oya
  2015 Third International Symposium on Computing and Networking (CANDAR), 334, 340, 2015年12月, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）
• Note on one-fluid modeling of low-frequency Alfvénic fluctuations in a solar wind plasma with multi-ion components
  Y. Nariyuki; T. Umeda; T. K. Suzuki; T. Hada
  Physics of Plasmas, 22, 12, 2015年12月01日, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Nonlinear damping of a finite amplitude whistler wave due to modified two stream instability
  Shinji Saito; Yasuhiro Nariyuki; Takayuki Umeda
  Physics of Plasmas, 22, 7, 2015年07月01日, ［査読有り］
  研究論文（学術雑誌）
• A high-resolution global Vlasov simulation of a small dielectric body with a weak intrinsic magnetic field on the K computer
  Takayuki Umeda; Keiichiro Fukazawa
  Earth, Planets and Space, 67, 1, 2015年04月11日, ［査読有り］, ［招待有り］, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• ELECTRON ACCELERATION DURING THE DECAY OF NONLINEAR WHISTLER WAVES IN LOW-BETA ELECTRON-ION PLASMA
  Takayuki Umeda; Shinji Saito; Yasuhiro Nariyuki
  The Astrophysical Journal, 794, 1, 63, 63, 2014年09月24日, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）, 45398882;13835065
• Ion kinetic effects on nonlinear processes of the Kelvin–Helmholtz instability
  Takayuki Umeda; Satoshi Ueno; Takuma K M Nakamura
  Plasma Physics and Controlled Fusion, 56, 7, 075006, 075006, 2014年05月08日, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）, 13835066;13835067
• Entry of solar-wind ions into the wake of a small body with a magnetic anomaly: A global Vlasov simulation
  Takayuki Umeda; Yosuke Ito
  Planetary and Space Science, 93-94, 35, 40, 2014年04月, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）, 13835066;13835067
• Some remarks on the diffusion regions in magnetic reconnection
  Seiji Zenitani; Takayuki Umeda
  Physics of Plasmas, 21, 3, 2014年03月01日, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Ion acceleration by parallel propagating nonlinear Alfvén wave packets in a radially expanding plasma
  Y. Nariyuki; T. Umeda; T. K. Suzuki; T. Hada
  Nonlinear Processes in Geophysics, 21, 1, 339, 346, 2014年02月27日, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Dynamics and microinstabilities at perpendicular collisionless shock: A comparison of large-scale two-dimensional full particle simulations with different ion to electron mass ratio
  Takayuki Umeda; Yoshitaka Kidani; Shuichi Matsukiyo; Ryo Yamazaki
  Physics of Plasmas, 21, 2, 022102, 022102, 2014年02月, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）, 13835065
• Performance Tuning of Vlasov Code for Space Plasma on the K Computer
  Takayuki Umeda; Keiichiro Fukazawa
  AsiaSim 2014, Communications in Computer and Information Science, 474, 127, 138, Springer Berlin Heidelberg, 2014年, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）
• Performance measurements of MHD simulation for planetary magnetosphere on peta-scale computer FX10
  Keiichiro Fukazawa; Takeshi Nanri; Takayuki Umeda
  Parallel Computing: Accelerating Computational Science and Engineering (CSE),Advances in Parallel Computing, 25, 387, 394, IOS Press BV, 2014年, ［査読有り］
  英語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）
• Global Vlasov simulation on magnetospheres of astronomical objects
  Takayuki Umeda; Yosuke Ito; Keiichiro Fukazawa
  Journal of Physics: Conference Series, 454, 012005, 012005, IOP Publishing, 2013年08月12日, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）
• A primitive kinetic-fluid model for quasi-parallel propagating magnetohydrodynamic waves
  Y. Nariyuki; S. Saito; T. Umeda
  Physics of Plasmas, 20, 7, 2013年07月01日, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Performance Measurement of Parallel Vlasov Code for Space Plasma on Scalar-Type Supercomputer Systems with Large Number of Cores
  Takayuki Umeda; Keiichiro Fukazawa
  AsiaSim 2013, Communications in Computer and Information Science, 402, 561, 569, Springer Berlin Heidelberg, 2013年, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）
• Performance Evaluation of Magnetohydrodynamics Simulation for Magnetosphere on K Computer
  Keiichiro Fukazawa; Takeshi Nanri; Takayuki Umeda
  AsiaSim2013, Communications in Computer and Information Science, 402, 570, 576, Springer Berlin Heidelberg, 2013年, ［査読有り］
  英語, 論文集(書籍)内論文
• A numerical electromagnetic linear dispersion relation for Maxwellian ring-beam velocity distributions
  Takayuki Umeda; Shuichi Matsukiyo; Takanobu Amano; Yoshizumi Miyoshi
  Physics of Plasmas, 19, 7, 2012年07月01日, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Vlasov simulation of electrostatic solitary structures in multi‐component plasmas
  Takayuki Umeda; Maha Ashour‐Abdalla; Jolene S. Pickett; Melvyn L. Goldstein
  Journal of Geophysical Research: Space Physics, 117, A5, 2012年05月16日, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• A non-oscillatory and conservative semi-Lagrangian scheme with fourth-degree polynomial interpolation for solving the Vlasov equation
  Takayuki Umeda; Yasuhiro Nariyuki; Daichi Kariya
  Computer Physics Communications, 183, 5, 1094, 1100, 2012年05月, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• A Scalable Full-Electromagnetic Vlasov Solver for Cross-Scale Coupling in Space Plasma
  Takayuki Umeda; Keiichiro Fukazawa; Yasuhiro Nariyuki; Tatsuki Ogino
  IEEE Transactions on Plasma Science, 40, 5, 1421, 1428, 2012年05月, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Microinstabilities at perpendicular collisionless shocks: A comparison of full particle simulations with different ion to electron mass ratio
  Takayuki Umeda; Yoshitaka Kidani; Shuichi Matsukiyo; Ryo Yamazaki
  Physics of Plasmas, 19, 4, 2012年04月01日, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Modified two‐stream instability at perpendicular collisionless shocks: Full particle simulations
  Takayuki Umeda; Yoshitaka Kidani; Shuichi Matsukiyo; Ryo Yamazaki
  Journal of Geophysical Research: Space Physics, 117, A3, 2012年03月06日, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Performance measurement of magnetohydrodynamic code for space plasma on typical scalar-type supercomputer systems with a large number of cores
  Keiichiro Fukazawa; Takayuki Umeda
  The International Journal of High Performance Computing Applications, 26, 3, 310, 318, 2012年02月09日, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Effect of ion cyclotron motion on the structure of wakes: A Vlasov simulation
  Takayuki Umeda
  Earth, Planets and Space, 64, 2, 231, 236, 2012年02月, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Performance Measurement of Parallel Vlasov Code for Space Plasma on Various Scalar-Type Supercomputer Systems
  Takayuki Umeda; Keiichiro Fukazawa
  Algorithms and Architectures for Parallel Processing, ICA3PP 2012, Lecture Notes in Computer Science, 7439, 233, 240, Springer Berlin Heidelberg, 2012年, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）
• RELATIVISTIC ELECTRON SHOCK DRIFT ACCELERATION IN LOW MACH NUMBER GALAXY CLUSTER SHOCKS
  S. Matsukiyo; Y. Ohira; R. Yamazaki; T. Umeda
  The Astrophysical Journal, 742, 1, 47, 47, 2011年11月03日, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• SUPPRESSION OF REFLECTED ELECTRONS BY KINETIC ALFVÉN TURBULENCE IN A QUASI-PERPENDICULAR SHOCK: PARTICLE-IN-CELL SIMULATIONS
  S. Saito; T. Umeda
  The Astrophysical Journal, 736, 1, 35, 35, 2011年07月01日, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）, 13835065
• A new numerical method for simulating the solar wind Alfvén waves: Development of the Vlasov–MHD model
  Y. Nariyuki; T. Umeda; T. Kumashiro; T. Hada
  Planetary and Space Science, 59, 8, 767, 771, 2011年06月, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Cross-scale coupling at a perpendicular collisionless shock
  Takayuki Umeda; Masahiro Yamao; Ryo Yamazaki
  Planetary and Space Science, 59, 7, 449, 455, 2011年05月, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Quasilinear theory and simulation of Buneman instability
  J. Pavan; P. H. Yoon; T. Umeda
  Physics of Plasmas, 18, 4, 2011年04月01日, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Self-consistent kinetic numerical simulation model for ring current particles in the Earth's inner magnetosphere
  Takanobu Amano; Kanako Seki; Yoshizumi Miyoshi; Takayuki Umeda; Yosuke Matsumoto; Yusuke Ebihara; Shinji Saito
  Journal of Geophysical Research: Space Physics, 116, A2, n/a, n/a, 2011年02月24日, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Modeling nonlinear development of Buneman instability with linear dispersion theory
  Neeraj Jain; Takayuki Umeda; Peter H Yoon
  Plasma Physics and Controlled Fusion, 53, 2, 025010, 025010, 2011年01月07日, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Vlasov Code Simulation of Cross-scale Coupling in Space Plasmas
  T. Umeda; Y. Matsumoto; T. K. M. Nakamura; K. Fukazawa; T. Ogino
  5th International Conference of Numerical Modeling of Space Plasma Flows (ASTRONUM 2010), 444, 182, +, 2011年, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）
• Vlasov simulation of the interaction between the solar wind and a dielectric body
  Takayuki Umeda; Tetsuya Kimura; Kentaro Togano; Keiichiro Fukazawa; Yosuke Matsumoto; Takahiro Miyoshi; Naoki Terada; Takuma K. M. Nakamura; Tatsuki Ogino
  Physics of Plasmas, 18, 1, 012908, 012908, 2011年01月, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Nonlinear turbulence theory and simulation of Buneman instability
  P. H. Yoon; T. Umeda
  Physics of Plasmas, 17, 11, 112317, 112317, 2010年11月, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• On the reformation at quasi‐ and exactly perpendicular shocks: Full particle‐in‐cell simulations
  Takayuki Umeda; Yoshitaka Kidani; Masahiro Yamao; Shuichi Matsukiyo; Ryo Yamazaki
  Journal of Geophysical Research: Space Physics, 115, A10, 2010年10月29日, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• The HLLD Approximate Riemann Solver for Magnetospheric Simulation
  Takahiro Miyoshi; Naoki Terada; Yosuke Matsumoto; Keiichiro Fukazawa; Takayuki Umeda; Kanya Kusano
  IEEE Transactions on Plasma Science, 38, 9, 2236, 2242, 2010年09月, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Performance Measurement of Magnetohydrodynamic Code for Space Plasma on the Various Scalar-Type Supercomputer Systems
  Keiichiro Fukazawa; Takayuki Umeda; Takahiro Miyoshi; Naoki Terada; Yosuke Matsumoto; Tatsuki Ogino
  IEEE Transactions on Plasma Science, 38, 9, 2254, 2259, 2010年09月, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Comparative Study of Global MHD Simulations of the Terrestrial Magnetosphere With Different Numerical Schemes
  Yosuke Matsumoto; Naoki Terada; Takahiro Miyoshi; Keiichiro Fukazawa; Takayuki Umeda; Tatsuki Ogino; Kanako Seki
  IEEE Transactions on Plasma Science, 38, 9, 2229, 2235, 2010年09月, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Structures of diffusion regions in collisionless magnetic reconnection
  Takayuki Umeda; Kentaro Togano; Tatsuki Ogino
  Physics of Plasmas, 17, 5, 2010年05月01日, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• On the nonlinearity of the Langmuir turbulence excited by a weak electron beam-plasma interaction
  Y. Nariyuki; T. Umeda
  Physics of Plasmas, 17, 5, 2010年05月01日, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Full electromagnetic Vlasov code simulation of the Kelvin–Helmholtz instability
  Takayuki Umeda; Jun-ichiro Miwa; Yosuke Matsumoto; Takuma K. M. Nakamura; Kentaro Togano; Keiichiro Fukazawa; Iku Shinohara
  Physics of Plasmas, 17, 5, 2010年05月01日, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Electromagnetic plasma emission during beam‐plasma interaction: Parametric decay versus induced scattering
  Takayuki Umeda
  Journal of Geophysical Research: Space Physics, 115, A1, 2010年01月14日, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Vlasov simulation of finite amplitude magnetohydrodynamic waves in the solar wind: Development of Vlasov-Hall-MHD code
  T. Kumashiro; T. Hada; Y. Nariyuki; T. Umeda
  Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, 8, 831, 836, The Japan Society of Plasma Science and Nuclear Fusion Research, 2009年09月, ［査読有り］, ［国内誌］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Implementation of a non-oscillatory and conservative scheme into magnetohydrodynamic equations
  Shin Tanaka; Takayuki Umeda; Yosuke Matsumoto; Takahiro Miyoshi; Tatsuki Ogino
  Earth, Planets and Space, 61, 7, 895, 903, 2009年07月, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Cluster observations and numerical modeling of energy‐dispersed ionospheric H⁺ ions bouncing at the plasma sheet boundary layer
  J. M. Bosqued; M. Ashour‐Abdalla; T. Umeda; M. El Alaoui; V. Peroomian; H. U. Frey; A. Marchaudon; H. Laakso
  Journal of Geophysical Research: Space Physics, 114, A4, 2009年04月28日, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• ELECTRON ACCELERATION AT A LOW MACH NUMBER PERPENDICULAR COLLISIONLESS SHOCK
  Takayuki Umeda; Masahiro Yamao; Ryo Yamazaki
  ASTROPHYSICAL JOURNAL, 695, 1, 574, 579, 2009年04月, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Two-dimensional full-electromagnetic Vlasov code with conservative scheme and its application to magnetic reconnection
  Takayuki Umeda; Kentaro Togano; Tatsuki Ogino
  Computer Physics Communications, 180, 3, 365, 374, 2009年03月, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Vlasov simulation of Langmuir decay instability
  Takayuki Umeda; Tetsuya Ito
  Physics of Plasmas, 15, 8, 2008年08月01日, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• A conservative and non-oscillatory scheme for Vlasov code simulations
  Takayuki Umeda
  Earth, Planets and Space, 60, 7, 773, 779, Springer Science and Business Media LLC, 2008年07月, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）, Abstract
  
  A new numerical positive interpolation technique for conservation laws and its application to Vlasov code simulations are presented. In recent Vlasov simulation codes, the Vlasov equation is solved based on the numerical interpolation method because of its simplicity of algorithm and its ease of programming. However, a large number of grid points are needed in both configuration and velocity spaces to suppress numerical diffusion. In this paper we propose a new high-order interpolation scheme for Vlasov simulations. The current scheme is non-oscillatory and conservative and is well-designed for Vlasov simulations. This is compared with the latest interpolation schemes by performing one-dimensional electrostatic Vlasov simulations.
• Two-dimensional Full Particle Simulation of a Perpendicular Collisionless Shock with a Shock-Rest-Frame Model
  Takayuki Umeda; Masahiro Yamao; Ryo Yamazaki
  The Astrophysical Journal, 681, 2, L85, L88, 2008年06月17日, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Generation of low-frequency electrostatic and electromagnetic waves as nonlinear consequences of beam–plasma interactions
  Takayuki Umeda
  Physics of Plasmas, 15, 6, 2008年06月01日, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Modeling PSBL high speed ion beams observed by Cluster and Double Star
  Maha Ashour-Abdalla; Jean-Michel Bosqued; Mostafa El-Alaoui; Vahé Peroomian; Takayuki Umeda; Raymond J. Walker
  Advances in Space Research, 41, 10, 1598, 1610, 2008年01月, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Numerical study of electrostatic electron cyclotron harmonic waves due to Maxwellian ring velocity distributions
  Takayuki Umeda
  Earth, Planets and Space, 59, 11, 1205, 1210, 2007年11月30日, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Parametric decay of circularly polarized Alfvén waves in the radially expanding solar wind
  Shin Tanaka; Tatsuki Ogino; Takayuki Umeda
  Journal of Geophysical Research: Space Physics, 112, A10, 2007年10月30日, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Vlasov simulation of Langmuir wave packets
  T. Umeda
  Nonlinear Processes in Geophysics, 14, 5, 671, 679, 2007年10月25日, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Turbulent acceleration of superthermal electrons
  C.-M. Ryu; T. Rhee; T. Umeda; P. H. Yoon; Y. Omura
  Physics of Plasmas, 14, 10, 2007年10月01日, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Particle‐in‐cell simulation of Maxwellian ring velocity distribution
  Takayuki Umeda; Maha Ashour‐Abdalla; David Schriver; Robert L. Richard; Ferdinand V. Coroniti
  Journal of Geophysical Research: Space Physics, 112, A4, 2007年04月28日, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Comparison of numerical interpolation schemes for one-dimensional electrostatic Vlasov code
  Takayuki Umeda; Maha Ashour-Abdalla; David Schriver
  Journal of Plasma Physics, 72, 06, 1057, 1057, 2006年12月20日, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Full particle simulation of a perpendicular collisionless shock: A shock-rest-frame model
  Takayuki Umeda; Ryo Yamazaki
  Earth, Planets and Space, 58, 10, e41, e44, 2006年10月13日, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Nonlinear evolution of the electron two‐stream instability: Two‐dimensional particle simulations
  Takayuki Umeda; Yoshiharu Omura; Taketoshi Miyake; Hiroshi Matsumoto; Maha Ashour‐Abdalla
  Journal of Geophysical Research: Space Physics, 111, A10, 2006年10月07日, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Vlasov simulation of amplitude-modulated Langmuir waves
  Takayuki Umeda
  Physics of Plasmas, 13, 9, 2006年09月01日, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）, 13835070
• Cluster observations of energetic ionospheric ion beams in the auroral region: Acceleration and associated energy‐dispersed precipitation
  J. M. Bosqued; M. Ashour‐Abdalla; A. Marchaudon; H. Laakso; T. Umeda; M. El Alaoui; V. Peroomian; H. Rème; G. Paschmann; M. Dunlop; A. Fazakerley
  Geophysical Research Letters, 33, 12, 2006年06月17日, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Study on Nonlinear Processes of Electron Beam Instabilities via Computer Simulations
  Takayuki Umeda
  Ph.D. Thesis, Graduate School of Informatics, Kyoto University, 2004年03月, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  英語, 学位論文（博士）

  
  プレプリント・著者最終稿
• Two‐dimensional particle simulation of electromagnetic field signature associated with electrostatic solitary waves
  Takayuki Umeda; Yoshiharu Omura; Hiroshi Matsumoto
  Journal of Geophysical Research: Space Physics, 109, A2, American Geophysical Union (AGU), 2004年02月13日, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• A new charge conservation method in electromagnetic particle-in-cell simulations
  T Umeda; Y Omura; T Tominaga; H Matsumoto
  Computer Physics Communications, 156, 1, 73, 85, 2003年12月, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Two-Dimensional Particle Simulation of Electrostatic Solitary Waves with an Open Boundary Condition
  T. Umeda; Y. Omura; H. Matsumoto; H. Usui
  PLASMA PHYSICS: 11th International Congress on Plasma Physics: ICPP2002, AIP Conference Proceedings, 669, 735, 738, 2003年06月11日, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（国際会議プロシーディングス）
• Particle simulation of plasma response to an applied electric field parallel to magnetic field lines
  Y. Omura; W. J. Heikkila; T. Umeda; K. Ninomiya; H. Matsumoto
  Journal of Geophysical Research: Space Physics, 108, A5, 2003年05月17日, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Harmonic Langmuir waves. I. Nonlinear dispersion relation
  P. H. Yoon; R. Gaelzer; T. Umeda; Y. Omura; H. Matsumoto
  Physics of Plasmas, 10, 2, 364, 372, 2003年02月01日, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Harmonic Langmuir waves. II. Turbulence spectrum
  R. Gaelzer; P. H. Yoon; T. Umeda; Y. Omura; H. Matsumoto
  Physics of Plasmas, 10, 2, 373, 381, 2003年02月01日, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）
• Harmonic Langmuir waves. III. Vlasov simulation
  T. Umeda; Y. Omura; P. H. Yoon; R. Gaelzer; H. Matsumoto
  Physics of Plasmas, 10, 2, 382, 391, 2003年02月01日, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）, 44606004
• Formation of electrostatic solitary waves in space plasmas: Particle simulations with open boundary conditions
  T. Umeda; Y. Omura; H. Matsumoto; H. Usui
  Journal of Geophysical Research: Space Physics, 107, A12, American Geophysical Union (AGU), 2002年12月18日, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）, 44606004
• An improved masking method for absorbing boundaries in electromagnetic particle simulations
  Takayuki Umeda; Yoshiharu Omura; Hiroshi Matsumoto
  Computer Physics Communications, 137, 2, 286, 299, 2001年06月, ［査読有り］, ［筆頭著者］
  英語, 研究論文（学術雑誌）, 44606004
• Observational evidence of dissipative small scale processes: Geotail spacecraft observation and simulation of electrostatic solitary waves
  Y Omura; H Kojima; T Umeda; H Matsumoto
  Astrophysics and Space Science, 277, 1-2, 45, 57, 2001年, ［査読有り］
  英語, 研究論文（学術雑誌）

• プラズマの計算科学 : 宇宙・核融合のマクロとミクロ描像を解き明かすMHDとPICシミュレーション
  梅田 隆行(編); 金田 行雄; 笹井 理生(監修)
  共立出版, 2024年11月, 9784320122734, xi, 315p, 図版 [2] p (ページ付なし), 日本語
• Computer Physics
  Takayuki Umeda, Simulation of collisionless plasma with the Vlasov method
  Nova Science, 2012年12月, 9781613247907, 315-332, 英語, 学術書, Numerical schemes for solving the Vlasov-Maxwell system of equations are presented. Our Universe is filled with collisionless plasma, which is a dielectric medium with nonlinear interactions between charged particles and electromagnetic fields. Thus computer simulations play an essential role in studies of such highly nonlinear systems. The full kinetics of collisionless plasma is described by the Vlasov-Maxwell equations. Since the Vlasov equation treats charged particles as position-velocity phase-space distribution functions in hyper dimensions, huge supercomputers and highly-scalable parallel codes are essential. Recently, a new parallel Vlasov-Maxwell solver is developed by adopting a stable but less-dissipative scheme for time integration of conservation laws, which has successfully achieved a high scalability on massively parallel supercomputers with multi-core scalar processors. The new code has applied to 2P3V (two dimensions for position and three dimensions for velocity) problems of cross-scale plasma processes such as magnetic reconnection, Kelvin-Helmholtz instability and the interaction between the solar wind and an asteroid. © 2012 Nova Science Publishers, Inc. All rights reserved., ［分担執筆］
• Wave Propagation
  Takayuki Umeda, Electromagnetic waves in plasma
  In Tech, 2011年03月, 9789533072753, 311-330, 英語, 学術書, ［分担執筆］
• Space Plasma Simulation, Lecture Notes in Physics, Volume 615
  Yoshiharu Omura; Takayuki Umeda; Hiroshi Matsumoto, Simulation of electron beam instabilities and nonlinear potential structures
  Springer Berlin Heidelberg, 2003年03月20日, 9783540006985, 79-92, 英語, 学術書, ［査読有り］, ［分担執筆］

• 情報理工学実験Ⅱ, 2024年, 学士課程, 工学部
• コンピュータシステム, 2024年, 学士課程, 工学部
• 情報理工学演習Ⅰ, 2024年, 学士課程, 工学部

• 2024年01月 - 現在
  アジア太平洋物理学会連合 プラズマ物理学領域
• 2021年02月 - 現在
  アイ・トリプル・イー
• 2009年 - 現在
  日本地球惑星科学連合
• 2003年 - 現在
  アメリカ地球物理学連合
• 2000年 - 現在
  地球電磁気・地球惑星圏学会

• Fortran90 wrapper for HDF5
  Takayuki Umeda, 2024年03月01日 - 現在, Fortran90 wrapper subroutines and sample codes for writing/reading HDF5 datasets, ［コンピュータソフト］
• VLASOV1m
  Takayuki Umeda, 2013年07月27日 - 現在, One-dimensional electrostatic Vlasov code in MATLAB, ［コンピュータソフト］

• 「ポスト富岳」時代に向けた新たな電磁流体シミュレーションコードの研究開発
  科学研究費助成事業
  2024年04月01日 - 2029年03月31日
  梅田 隆行
  日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 24K00603
• 流体シミュレーションで運動論的物理過程はどこまで再現できるか？
  科学研究費助成事業
  2019年04月 - 2024年03月
  梅田 隆行
  宇宙プラズマ環境変動の予測において計算機シミュレーションは今後不可欠な手段となる。既存の磁気流体力学(MHD)方程式に基づくプラズマ流体シミュレーションでは、慣性効果、圧力テンソルの非対角成分、熱輸送テンソルや四次以上の高次モーメント量などの非MHD項は無視されている。本研究では、第一原理運動論プラズマシミュレーションと流体ミュレーションとの直接比較によって、非MHD項である高次モーメント量が従来のMHD量に対してどのくらいの強度を持つのかを定量的に評価し、非MHD項の各項の重要性を議論する。また高次モーメント量を導入した新たな電磁流体方程式系を導出し、その数値シミュレーション手法を開発する。
  Thompson [1961]のジャイロ平均した速度分布関数の近似式に基づいて、三次及び四次モーメント量の近似式を導出した。また、ケルヴィン・ヘルムホルツ不安定性の2次元full-Vlasovシミュレーション結果より三次及び四次モーメント量を計算し、導出した近似式との直接比較を行った。その結果、四次モーメント量はよく近似できていることに対し、三次モーメント量はほどんど近似できていないことを示した。本研究グループの過去の研究において二次モーメント量もよく近似できていることを示した[Umeda et al. 2016]ため、この結果はThompson [1961]の奇数モーメント量の近似式を見直す必要があることを示唆する。
  1次元full-Vlasovシミュレーションによる接触不連続のパラメータサーベイを行い、Maxwell速度分布を持つプラズマ中ではMHD平衡解としての接触不連続が存在しないことを示唆した。更に、full-Vlasovシミュレーションと全く同一パラメータを用いた1次元hybrid-Vlasovシミュレーションとの直接比較を行い、接触不連続の崩壊の要因が三次モーメント量である熱輸送量であることを示した。この結果は、流体と運動論の差を作る要因の１つが三次モーメント量であることを示唆する。
  高次モーメント量を含む電磁流体方程式を導出し、差分化のための格子系の検討を行った。また、staggered格子系の方程式についての高次精度化スキームの検討を行い、1次元Maxwell方程式について従来のFDTD法を四次精度に拡張した。
  令和元年度の課題として設定した３つのうち、境界層の多次元full-Vlasovシミュレーションは順調に進んでいる。また磁場に沿った円柱座標系の回転方向に平均化したVlasov方程式を用いたThompson[1961]のモーメント近似法について、3次モーメント量である熱輸送テンソルの近似精度が悪いことを示した研究結果を出版した。4次モーメントまでを含んだ電磁流体方程式を導出し、計算手法の検討を行っている最中である。
  Vlasovシミュレーションについては計算を継続する。また磁場に沿った円柱座標系の回転方向に平均化したVlasov方程式を用いたThompson 1961のモーメント近似法について、平均化したVlasov方程式そのものについて、導出過程から見直す。四次モーメントまでを含んだ電磁流体方程式については、計算手法の検討を引き続き行い、また磁場に対するガウスの法則（磁場の無発散）を満たすため、staggered格子系の導入を試みる。
  日本学術振興会, 基盤研究(B), 名古屋大学, 研究代表者, 19H01868
• 運動論的乱流形成とその散逸に伴うプラズマ加熱・粒子加速機構
  科学研究費助成事業
  2014年04月01日 - 2019年03月31日
  齊藤 慎司; 成行 泰裕; 梅田 隆行
  本研究課題では、プラズマ中の個々の荷電粒子の運動の性質が重要になる運動論的プラズマ乱流の複雑な発展過程について研究を行った。運動論的乱流の散逸によって生じるプラズマの加熱や加速機構について注目し、どのようにして運動論的乱流からプラズマ粒子にエネルギーを輸送するのかについて研究を進めた。本研究ではホイッスラー波動と呼ばれるプラズマ波動によって構成される波動乱流に注目し、プラズマ粒子、特にイオンの散乱過程について新しい知見を得た。これまでこの波動乱流では加熱や加速が起こりにくいと考えられてきたイオンが、乱流中に生じる不安定性や非線形発展に伴う局所的な性質によって、加速や加熱を受けることがわかった。
  日本学術振興会, 基盤研究(B), 名古屋大学, 26287119
• 電磁プラズマ流体シミュレーションの共通数値解法の開発：MHDから多流体まで
  科学研究費助成事業
  2015年04月 - 2018年03月
  梅田 隆行
  ケルヴィン・ヘルムホルツ不安定性およびレイリー・テイラー不安定性の非線形発展について、2次元ブラソフシミュレーションにより研究を行った。初期勾配層の幅に対するイオン慣性長やイオンジャイロ半径を変化させたシミュレーションを行い、ホール効果およびジャイロ運動効果などの非MHD効果の寄与を議論した。非MHD効果があまり効かない場合にはMHDシミュレーションと同様の対称的な不安定性の発達が見られ、ホール効果が影響する場合には、非対称に発達することが分かった。またジャイロ運動効果が影響する場合には、イオンジャイロ半径スケールの新たな不安定性が生じ、不安定性の構造の成長を阻害することが分かった。
  日本学術振興会, 萌芽研究, 名古屋大学, 研究代表者, 競争的資金, 15K13572
• ハイブリッド粒子コードを用いた無衝突衝撃波における宇宙線陽子の生成過程の研究
  科学研究費助成事業
  2014年04月 - 2018年03月
  梅田 隆行
  計数ソートを用いた粒子データの並べ替えと座標配列に従属した粒子データ構造への変更により、Particle-In-Cell型のプラズマ粒子コードの高速化を行った。高速化したコードによる大規模２次元粒子シミュレーションにより、垂直衝撃波の非定常性である再形成について研究を行い、その存在が衝撃波遷移層における微視的不安定性の成長モードに依存することを示唆した。
  衝撃波遷移層における大振幅ホイッスラーモード波の発展について、1次元および2次元粒子シミュレーションを行った。1次元では波の発展ともなって電子が相対論的に加速されたが、2次元では新たな不安定性により波が急速に減衰し、電子加速は起こらなかった。
  日本学術振興会, 基盤研究(B), 名古屋大学, 研究代表者, 競争的資金, 26287041
• パルサー終端衝撃波における新しい粒子加速過程の探求
  科学研究費助成事業
  2013年04月01日 - 2016年03月31日
  銭谷 誠司; 篠原 育; 長井 嗣信; 梅田 隆行; 和田 智秀
  磁気リコネクションと衝撃波のそれぞれの素過程について、基礎的な研究を行った。磁気リコネクション系を議論するために必要な重要領域の定義を提案し、さらに粒子軌道との関係について考察した。次に、粒子シミュレーションで相対論的高速で流れる粒子分布を扱うためのアルゴリズムを提案し、相対論的磁気リコネクションの重要領域の電磁流体的な力学関係を議論した。公開磁気流体コードを開発してシミュレーション研究を行い、リコネクションと衝撃波との相互作用を議論した。磁気流体コードを併用して、かにパルサー系で起きるガンマ線爆発（フレア）現象を説明するモデルを考案した。
  日本学術振興会, 若手研究(B), 国立天文台, 25871054
• 6次元プラズマシミュレーション
  科学研究費助成事業
  2013年04月 - 2015年03月
  梅田 隆行
  6次元電磁ブラソフコードの開発を行った。実空間の移流計算の際に、６次元分布関数のデータの並びを速度－位置から位置－速度に転置することにより、使用メモリ量を大幅に削減した。また転置により、インテル系Xeonプロセッサにおいては、従来のコードよりも大幅に性能向上できた。一方で、富士通FX10及び京コンピュータにおいては、従来の5次元コードに比べて1割ほど実効効率が落ちたため、今後更なるチューニングを施す必要がある。
  本研究ではさらに、ケルビン・ヘルムホルツ不安定性や弱磁化小天体の大規模シミュレーションを行い、磁気流体スケールとイオンスケール及び電子スケールについて、物理過程の分離を行った。
  日本学術振興会, 萌芽研究, 名古屋大学, 研究代表者, 競争的資金, 25610144
• 大規模ブラソフシミュレーションによる宇宙プラズマのスケール間結合の研究
  科学研究費助成事業
  2011年 - 2012年
  梅田 隆行
  ポストペタフロップスコンピュータ用プラズマシミュレーション技術である第一原理ブラソフコードの研究開発を行った。超多次元保存則である無衝突ボルツマン(ブラソフ)方程式を高精度かつ安定に解き進めることかできる数値解法を開発し、10,000コア以上のスカラ型超並列計算機に向けた並列化を行った。また宇宙プラズマ中の様々なマルチスケール現象に対して適用を行い、世界で初めて磁化天体のグローバルブラソフシミュレーションに成功するとともに、速度シア層におけるケルビン-ヘルムホルツ不安定性において、流体スケールの境界層渦構造の発展が、粒子スケールのイオンジャイロ運動に大きく影響を受ける結果を得た。
  日本学術振興会, 若手研究(B), 名古屋大学, 研究代表者, 競争的資金, 23740367
• 磁気流体波による太陽風非平衡プラズマの生成過程
  科学研究費助成事業
  2010年 - 2012年
  成行 泰裕; 梅田 隆行; 齊藤 慎司; 鈴木 建; 羽田 亨; 成田 康人
  本研究では、太陽風中の非平衡な速度分布が磁気流体波によって生成される過程について、数値計算・理論解析を用いた議論を行った。その結果、(1)磁気流体波が存在する場合に現れる「見かけの」非平衡速度分布が磁気流体系の平衡状態に対応していること、(2)太陽コロナから伝搬する磁気流体波が伝搬過程で生じる急峻化の過程で非平衡な速度分布が生成されること、(3)非平衡な速度分布によって励起される短波長の波動によって低周波の磁気流体波の減衰が促進されること、などが明らかになった
  日本学術振興会, 若手研究(B), 22740324
• 次世代第一原理粒子シミュレーションによる無衝突衝撃波の粒子加速機構の解明
  科学研究費助成事業
  2009年 - 2011年
  梅田 隆行
  大規模な2次元全粒子シミュレーションにより、垂直衝撃波の非定常性について研究を行い、以下の成果を得た。衝撃波面におけるイオンの反射によってイオンと電子に相対速度が生じ、電子スケールの変形不安定性によって電磁ホイッスラー波動が励起する。このホイッスラー波動はリップルと呼ばれるイオンスケールの衝撃波面の変動と磁気的相互作用し、互いに強め合う。その結果、衝撃波面に入射する上流イオンと波面で反射するイオンが激しく散乱され、周期的かつコヒーレントなイオンの反射を抑制し、衝撃波の再形成が消滅する。以上により、垂直衝撃波の非定常性の1つである再形成の存在の有無が、電子スケールの微視的不安定性にコントロールされていることを明らかにし、電子-イオン-流体間のスケール間結合過程が存在することを示した。
  日本学術振興会, 新学術領域研究(研究課題提案型), 名古屋大学, 研究代表者, 競争的資金, 21200050
• 実証型ジオスペースモデリングに向けた内部磁気圏基本モデルの構築による宇宙嵐の研究
  科学研究費助成事業
  2008年 - 2011年
  関 華奈子; 三好 由純; 天野 孝伸; 齊藤 慎司; 梅田 隆行; 松本 洋介; 海老原 祐輔; 高田 拓
  本研究では、マクスウェル方程式とボルツマン方程式とを同時に数値的に解くことで、内部磁気圏の場と粒子の時間発展を自己無撞着にシミュレートすることが可能な数値コードを開発した。具体的には、内部磁気圏の環電流粒子のグローバルなダイナミクスを現実的な計算機リソースで再現するために、本研究では粒子軌道をドリフト近似したブラソフ方程式(ドリフト運動論的方程式)とマクスウェル方程式を連立させ、場と粒子の自己無撞着な時間発展を追跡する方程式系を新たに導いた。またこの連立方程式系を数値的に解く3次元(分布関数は5次元)のシミュレーションコードを開発し、実際に磁気流体波動が伝播する様子を再現することを確認した。本研究で開発した新モデルにより、宇宙嵐時の粒子加速に重要な役割を果たすと思われている低周波波動や惑星間空間衝撃波到達に伴う磁気圏の急激な圧縮現象SC等の速い現象を、物理モデルに基づき自己無撞着にシミュレートしその物理機構を詳細に研究することが可能となった。
  日本学術振興会, 基盤研究(B), 名古屋大学, 20340134
• 次世代スーパーコンピュータに向けたブラソフシミュレーション手法の研究
  科学研究費助成事業
  2009年 - 2010年
  梅田 隆行
  次々世代宇宙プラズマシミュレーション技術である第一原理ブラソフコードの研究開発を行った。超多次元保存則である無衝突ボルツマン(ブラソフ)方程式を高精度かつ安定に解き進めることかできる数値解法を開発した。スカラ型超並列計算機に向けた並列化を行い、1,000以上のコアを用いた場合でも80%を超える並列計算効率を得ることに成功した。また宇宙プラズマ中の様々なマルチスケール現象に対して適用を行い、流体スケールと粒子スケール間の結合を示唆する結果を得た。
  日本学術振興会, 若手研究(B), 名古屋大学, 研究代表者, 競争的資金, 21740352
• 革新的なブラソフシミュレーション手法の研究
  科学研究費助成事業
  2007年 - 2008年
  梅田 隆行
  次世代宇宙プラズマシミュレーション技術である第一原理ブラソフコードの研究開発を行った。連続体の多次元発展方程式である無衝突ボルツマン(ブラソフ)方程式を高精度かつ安定に解き進めることかできる数値解法を開発し、宇宙プラズマ中の様々なマルチスケール現象に対してベンチマークテストを行った。その結果、新たに開発したコードは従来のブラソフコードよりもはるかにロバストであることがわかった。次世代スーパーコンピュータに向けた高速化および超並列化が今後の課題である
  日本学術振興会, 若手研究(スタートアップ), 名古屋大学, 研究代表者, 競争的資金, 19840024
• 開放系プラズマモデルによる静電孤立波の計算機実験
  科学研究費助成事業
  2001年 - 2003年
  梅田 隆行
  本年度の研究によって得られた以下の成果を国内・国際会議および学会誌に論文発表をしたとともに、膨大なデータの保存のためにハードディスク等を購入した。
  1.二次元及び、三次元電磁粒子コードにおいて、電流密度の計算を従来の方法より高速に行う計算アルゴリズムを開発し、コンピュータ科学雑誌に発表した。この手法を用いて、数値的熱雑音がより少なく計算効率の良い三次元電磁粒子コードを新たに開発した。
  2.従来電磁界を無視した静電粒子コードを用いて行われていた電子ビーム不安定性の計算機実験を、世界に先駆けて電磁粒子モデルへ拡張した。背景磁場と二次元構造を持つ静電孤立波の磁場に垂直な電界を受けて電子がE×Bドリフトすることにより二次元静電孤立波の垂直方向の端において電流が生じ、二次元静電孤立波の周辺に電磁界が励起することを明らかにした。また、計算機実験結果がオーロラ領域で観測されている静電孤立波に伴った電磁界成分の特性とよく一致していることを示した。さらに、孤立した静電ポテンシャル内において形成された電流構造が電磁波の放射源となり得るという新しい物理過程について明らかにした。これは、従来の電子ビームや連続的な波動からの直接的な電磁放射とは全く異なる物理過程であり、宇宙プラズマ物理のみならず、実験室プラズマや天体プラズマへの適応が可能な新たな電磁放射過程である。この成果を、2件の国内会議、国際測地学・地球物理学連合会札幌大会及びアメリカ地球物理学連合秋大会において研究発表を行い、論文としてJGR誌に発表した。また、上記の最新の結果を含む静電孤立波の国内外の研究に関して、実験室及び宇宙空間におけるプラズマ実験に関する国際研究集会において招待講演を行った。
  日本学術振興会, 特別研究員奨励費, 京都大学, 01J03821

• FDTD解析方法
  特許権, 梅田 隆行; 関戸 晴宇, 国立大学法人東海国立大学機構
  特願2022-082029, 2022年05月19日
  特開2023-170345, 2023年12月01日
• 相対論的運動方程式に基づく荷電粒子の運動解析方法
  特許権, 梅田 隆行, 国立大学法人東海国立大学機構
  特願2022-032260, 2022年03月03日
  特開2023-128129, 2023年09月14日
• 磁場のローレンツ力による荷電粒子の運動解析方法
  特許権, 梅田 隆行, 国立大学法人名古屋大学
  特願2017-118277, 2017年06月16日
  特開2019-003457, 2019年01月10日

• 宇宙プラズマの第一原理ブラソフシミュレーション
  2017年03月
  講師
  神戸大学計算科学教育センター
  KOBE HPC Spring School 2017
  神戸大学計算科学教育センター
• 宇宙プラズマの第一原理ブラソフコードの性能評価
  2015年12月
  講師
  高度情報科学技術研究機構
  平成27年度「京」における高速化ワークショップ
  秋葉原UDX
  大学院生, 研究者, 学術団体, 企業
  宇宙プラズマの第一原理ブラソフコードの性能評価
• 京コンピュータを用いた宇宙プラズマの第一原理ブラソフシミュレーション
  2013年10月
  講師
  サイエンティフィック・システム研究会
  科学技術計算分科会 2013年度会合「ペタからエクサへの課題」
  ホテルオークラ神戸
  教育関係者, 研究者, 社会人・一般, 学術団体, 企業, 行政機関
• 宇宙科学とコンピュータシミュレーション
  2010年08月
  講師
  高知工業高等専門学校
  STP教育研究セミナー公開講座
  高知工業高等専門学校
• STPシミュレーションの過去・現在・未来
  2009年09月
  講師
  名古屋大学太陽地球環境研究所
  宇宙地球惑星科学若手会 2009年夏の学校
  伊勢青少年研修センター
  大学生, 大学院生, 研究者

• 青山学院大学ら8大学の共同研究グループが「大型レーザー装置で実験室に宇宙プラズマ衝撃波を生成 -- 宇宙線の生成メカニズム解明に向け新たな研究手段を確立 -- 」
  2020年08月30日
  青山学院大学
  ［インターネットメディア］