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。

精灵是在高海拔地区（从平流层到较低的电离层）发生的放电发光现象，是雷云内的大量正电荷被雷击中和时的二次效应。另一方面，精灵的产生是由雷云中的“电”引起的，为了理解整个现象，有必要关注积雨云和电的多方面。为此，我们开发了进一步发展高中精灵观察网络所需的教材，分发给大量高中，研究其中存在的问题和需要改进的地方以及教材的利用方法（数据））在高中教育中。在这项研究中，我们创建了将雷云中的“电”与高中电磁学连接起来所必需的静电场观测材料，并研究了雷击和雷云经过天空时发生的静电场变化，从而导致精灵自动观测。并持续不断。通过在东京的高中部署多个相距 5 至 10 公里的单元，将可以绘制雷雨云下的静电场分布图，并估计被雷击中和的中和电荷量。此外，为了开发大量的教育材料，测量计算机将能够通过局域网进行远程控制。通过将教材输出的地面电场观测数据与气象数据和精灵观测数据相结合，创建材料并将其用于教育，以帮助理解现象的多方面本质。此外，通过邀请参与精灵观察的高中生进行合作，目的是激发高中生之间的讨论。 2015 年 8 月，向东京的一所高中分发了教材，并开始观察，持续约八个月。在此期间，我们成功观测到穿过雷雨云时的地面电场。我们将这些结果与日本气象厅分发的气象雷达图像相关联，并向高中生提供有关雷雨云与穿过雷雨云时地面电场之间关系的教育材料和精灵。这是在高中讲座中介绍的。学生进行观察。因此，我们相信我们能够提高人们对理解现象多方面本质的必要性的认识。另一方面，实际部署显示了以下观察到的改进。 (1)由于难以准备确保电源等设置环境，因此优选使用太阳能电池板等作为电源。 (2)对于静电传感器，需要将传感器表面暴露在外壳开口处以防风防雨，因此最好改为半密封型，以兼容防风防雨。