Nonthermal processes in lightning and thunderclouds revealed by observations at ground and high mountains

地面和高山观测揭示闪电和雷雨云中的非热过程

基本信息

批准号：
21H01116
负责人：
土屋晴文
金额：
$ 10.98万
依托单位：
Japan Atomic Energy Agency
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

雷や雷雲の中で電子が電場により高エネルギーに加速され、10 MeVを超える制動放射線を発生させることがある。電場があるとはいえ地球大気中で　10 MeVを超える電子が作り出されるメカニズムは、まだ明確には理解されていない。その理由の一つに、放射線が発生する際の気象学的要因がこれまで十分に検証されていなかったことが挙げられる。2015年より金沢近郊にて雷や雷雲からの放射線の観測を続けてきており、2020年までに70例の雷雲からの放射線（ガンマ線グロー）を捉えて、カタログとして発表していた。カタログにあるガンマ線グローの検出時における地上及び500 hPa面の気象状況を検証したところ、500 hP面において気圧の谷であるトラフが形成されているとともに、西よりあるいは西南西よりの風が吹く状況が多いことが分かった。この結果は、気圧配置の状況とガンマ線グローの発生との間に関連があることを示唆している。また、雷雲とともに移動するガンマ線グローを追跡するため、北陸地方には50台以上の小型放射線検出器が配置され、観測を続けている。この連続観測のなかで、5台の放射線検出器が同じガンマ線グローを捉えた事象を解析した。その結果、捉えられたガンマ線グローが雷の発生に合わせて消失したことが分かり、ガンマ線グローを引き起こす雷雲中の電子が雷の発生に寄与している可能性を示した。高山でのガンマ線グローの時間特性を評価するため、チベット高山にて宇宙線観測に使われる装置で得られたデータを解析した。その結果、チベット高山のガンマ線グローは、夏の雨季の時期に観測されやすいこと、及び継続時間が10－40分ほどであることが分かった。この継続時間は、北陸地方の冬に観測されるガンマ線グローの継続時間が数分であることと比較すると、大きく異なり、ガンマ線グローの継続時間が高度や観測時期に依存することが分かった。

闪电和雷云中的电子被电场加速到高能量，并能产生超过 10 MeV 的轫致辐射。即使存在电场，地球大气层中产生超过 10 MeV 电子的机制仍不清楚。造成这种情况的原因之一是引起辐射发生的气象因素尚未得到充分研究。自2015年以来，我们一直在观测金泽附近的闪电和雷云辐射，到2020年，我们已经捕获了70例雷云辐射（伽马射线辉光），并将它们发布在目录中。当我们核实目录中伽马射线辉光探测时的地面和500 hPa平面的气象条件时，我们发现在500 hP平面上形成了一个槽，即压力谷。，风从西风或西南偏西方向吹来。这一结果表明大气压力结构与伽马射线辉光的发生之间存在关系。此外，北陆地区还安装了 50 多个小型辐射探测器，持续观测随雷云移动的伽马射线辉光。在连续观察过程中，对五个辐射探测器检测到相同伽马射线辉光的事件进行了分析。结果发现，捕获的伽马射线辉光随着闪电的发生而消失，这表明雷云中引起伽马射线辉光的电子可能促成了闪电的发生。为了评估高山伽马射线辉光的时间特征，我们对西藏高山宇宙线观测设备获得的数据进行了分析。结果表明，夏季雨季期间，西藏高山地区很容易观测到伽马射线辉光，持续时间约为10至40分钟。这个持续时间与北陆地区冬季观测到的伽马射线辉光明显不同，后者仅持续几分钟，并且发现伽马射线辉光的持续时间取决于海拔高度和观测时间。

项目成果

期刊论文数量（18）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Characteristics of Low‐Frequency Pulses Associated With Downward Terrestrial Gamma‐Ray Flashes

与向下地面伽马射线闪光相关的低频脉冲的特征

DOI：
10.1029/2021gl097348
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
5.2
作者：
Wada Y.;Morimoto T.;Nakamura Y.;Wu T.;Enoto T.;Nakazawa K.;Ushio T.;Yuasa T.;Tsuchiya H.
通讯作者：
Tsuchiya H.

Broadband Low-Frequency Views of Downward Terrestrial Gamma-ray Flashes

向下地面伽马射线闪光的宽带低频视图