高校生スプライト観測ネットワークを発展させるための観測測器の展開と連携

观测仪器的部署和协作以开发高中精灵观测网络

基本信息

批准号：
25909061
负责人：
鈴木智幸
金额：
$ 0.32万
依托单位：
防衛省
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Scientists
财政年份：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013-04-01 至 2014-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-25909061/
关键词：
スプライト中和電荷位置・量電界観測教材

项目摘要

スプライトは、落雷によって雷雲内から大きな正電荷が中和される際に副次的に、高高度(成層圏から電離圏下部)で発生する放電発光現象であり、高校生がカメラ観測ネットワークによる観測を行っている。一方で、スプライトの発生は、雷雲内の「電気」が原因であり、現象全体を理解するためには積乱雲と電気といった多面性に注目する必要がある。このため、高校生スプライト観測ネットワークをより発展させるために必要な教材を開発、多数の高校に展開し、その問題点及び改善点、並びに教材(データ)の高校教育への活用方法の検討を目的とする。本研究では、雷雲内の「電気」と高校電磁気学とを結びつけるために必要な静電界観測教材を作成し、スプライトの発生原因となる落雷や雷雲が上空を通過する際に生じる静電界変化を自動かつ連続観測する。東京都下の高校に5～10㎞離して多数展開することにより、雷雲下での静電界分布マップや落雷に伴い中和される中和電荷量推定を可能とする。また、多数の教材展開を視野に置き、計測用コンピュータをLAN経由でのリモート制御可能なものとする。教材が出力する地上電界観測データを気象データやスプライトの観測データと組み合わせることで、現象の多面性理解につなげるための資料を作成し教育に活用する。さらに、スプライト観測に参加している高校生に連携を呼びかけることで、高校生同士の議論が活発化することを狙う。25年8月から都下の高校1校に教材を展開、観測を開始し、約8ヶ月間の連続観測を行った。この間、雷雲通過時の地上電界観測に成功した。これらの成果と気象庁が配信している気象レーダー画像とを対応させ、雷雲と雷雲通過時の地上電界がどのような対応関係にあったのかについて、教材を展開した高校の生徒への説明やスプライト観測を行っている高校生への講演時に紹介した。その結果、現象の多面性理解の必要性について認識してもらうことができたと考える。一方で、実展開によって、次のような観測上の改善点も明らかとなった。(1)電源の確保等の設置環境を整えることが難しいため、電源には太陽電池パネル等を用いることが望ましい。(2)静電センサは、風雨対策用ケース開口部までセンサ面を出す必要があり、風雨対策との両立のため、半密封式に変えることが望ましい。

精灵是当高海拔（从平流层到较低电离层）中发生的电致发球现象，当时大型正电荷被雷击中和，并使用摄像头观察网络观察到高中生。另一方面，精灵的产生是由雷云中的“电力”引起的，为了理解整体现象，有必要关注Cumulonimbus云和电力的多方面性质。因此，开发和部署所必需的教材，以进一步发展到许多高中的高中学生Sprite观察网络，并考虑改进的问题和领域，以及如何在高中教育中使用教材（数据）。在这项研究中，我们创建了在雷云和高中电磁层中连接“电”所必需的静电现场观察材料，并自动且连续地观察当闪电袭击和引起闪电般的雷云的静电场的变化发生。通过以5至10公里的距离部署东京的大量高中，可以在雷云下绘制静电场分布，并估计由于雷击而被中和的中和电荷的量。此外，考虑到许多教材的开发，可以通过LAN远程控制测量计算机。通过将教材的地面电场观测数据与天气数据和精灵观察数据相结合，将创建材料，以帮助您了解现象的多方面性质并用于教育。此外，目的是鼓励参加精灵观察的高中生进行协作，高中生之间的讨论将变得更加活跃。 2013年8月，将教材部署到东京的一所高中，并开始观察，并进行了大约八个月的观察。在这段时间里，当雷霆云通过时，我们成功地观察了地面电场。这些结果与日本气象局分发的天气雷达图像相对应，并向高中生解释了雷云和地面电场之间的对应关系，这些高中生向开发教材并向进行精灵观察的高中生提供了讲座。结果，我们相信我们能够认识到需要了解对现象的多方面理解的必要性。另一方面，通过实际发展揭示了以下观察性改进。（1）很难设置安装环境，例如保护电源，因此希望使用太阳能电池板或类似的电源。（2）静电传感器必须具有一个传感器表面，直到风和雨壳的打开状态，并且希望将其更改为半密封的类型，以与风和雨水对抗平衡。