広帯域ディジタル干渉計を用いた冬季雷放電現象の解明

利用宽带数字干涉仪阐明冬季闪电放电现象

基本信息

批准号：
10J00537
负责人：
秋田学
金额：
$ 0.9万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2011
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10J00537/
关键词：
雷放電冬季雷リモートセンシング落雷電磁波到来方向推定

项目摘要

前年度の冬季雷観測において広帯域ディジタル干渉計で雲内雷放電進展路を可視化することにより、電荷構造の観点から冬季雷特有の放電現象発生要因は夏季にはあまり見られない高度数百メートル程度の低高度の電荷領域の存在であることが明らかとなった。このような雷放電進展様相を決定付ける電荷位置の測定はこれまでゾンデに搭載された電界測定装置によって行われてきたが、測定可能範囲は狭く、これに代わる電荷分布測定技術が求められている。米国ニューメキシコ鉱工科大学のグループが開発するLMA(Lightning Mapping Array)は到達時間差法を用いて雷放電路を可視化する装置である。同グループはこれまでにこれを用いて、リーダが負電荷領域と正電荷領域を通過する際の放射パルスの頻度の違いから、雲内の負電荷領域と正電荷領域の推定を行っている。筆者は米国ニューメキシコ州にて広帯域ディジタル干渉計とLMAを用いて雷放電観測を実施した。その結果、放電諸過程のうち、比較的進展速度の遅い過程(10^5m/sオーダ)は、ほぼ同じ放電進展様相を可視化でき、高速で進展する放電現象(10^6m/s-10^7m/sオーダ)については広帯域ディジタル干渉計でのみ可視化することができた。LMAを用いて求めたリーダ極性(電荷領域の極性)と広帯域ディジタル干渉計で受信した電磁波パルスの周波数スペクトルの平均値を比較すると、負リーダ(正電荷領域)からは高周波数、正リーダ(負電荷領域)からは低周波数成分を多く含む電磁波をそれぞれ受信しており、放電諸過程において放射される電磁波の周波数スペクトルに違いが見られた。この受信電磁波の違いを雷雲内電荷分布のリモートセンシングに応用し、ゾンデによって行われてきた電荷分布測定よりも広範かつリアルタイムで電荷分布の情報が得られることが期待され、将来の落雷対策における重要な知見となりうる。

在去年的冬季闪电观测中，我们利用宽带数字干涉仪对云层中闪电放电的进展路径进行可视化，从电荷结构的角度发现，冬季闪电特有的放电现象的成因在海拔高度为数百米，夏季罕见的低空冲锋区域的存在被揭露。迄今为止，电荷位置的测量决定了雷电放电的进展，是使用安装在探空仪上的电场测量装置进行的，但可测量的范围很窄，需要替代的电荷分布测量技术。 LMA（Lightning Mapping Array）是由美国新墨西哥理工学院的一个小组开发的一种利用到达时间差法可视化雷电放电路径的设备。该小组之前曾使用它来根据读取器穿过负电荷和正电荷区域时辐射脉冲频率的差异来估计云内的负电荷和正电荷区域。作者利用宽带数字干涉仪和LMA在美国新墨西哥州进行了闪电放电观测。因此，在各种放电过程中，对于进展相对缓慢的过程（大约 10^5 m/s）和高速进展的放电现象，可以可视化几乎相同的放电进展模式（ 10^6 m/s-10^)。7m/s 量级）只能使用宽带数字干涉仪进行可视化。将LMA获得的先导极性（电荷区域的极性）与宽带数字干涉仪接收到的电磁波脉冲的频谱平均值进行比较，发现负先导（正电荷区域）的频率较高、正先导（负）从各个电荷区域接收到包含许多低频成分的电磁波，并且观察到在不同放电过程中发射的电磁波的频谱存在差异。通过将接收到的电磁波的这种差异应用于雷云中电荷分布的遥感，预计将获得比使用探空仪进行的电荷分布测量更广泛的范围和实时的电荷分布信息，这将这对于未来的雷击对策非常重要。