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

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H01116
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 15020:Experimental studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
• Research Institution: Japan Atomic Energy Agency
• Principal Investigator: Tsuchiya Harufumi 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 原子力基礎工学研究センター, 研究副主幹 (70415230)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 川田 和正 東京大学, 宇宙線研究所, 助教 (10401291) ; 和田 有希 大阪大学, 大学院工学研究科, 助教 (40879144) ; 小井 辰巳 中部大学, 工学部, 教授 (60831774)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 放射線観測 / 雷雲 / 制動放射 / 宇宙線

Outline of Final Research Achievements

This study aimed to understand how radiation (gamma-ray glow) is produced from thunderclouds. For this aim, we used small radiation devices installed in the Hokuriku region and a cosmic ray detector placed on the Tibetan plateau (4300 meters above sea level). The research was conducted during the winter season when thunderstorms frequently occur in the Hokuriku region. Radio wave and electric field observations in the Hokuriku region during winter revealed that when gamma-ray glow occurs, ice crystals and hail within thunderclouds are distributed in such a way that they generate an electric field accelerating electrons toward to the ground. Observations in the Tibetan plateau showed that, unlike in the Hokuriku region, gamma-ray glow is more likely to be observed during the summer rainy season, with durations ranging from 10 to 40 minutes.

Free Research Field

宇宙線物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

放射線観測とともに、電波や電場観測との連携により、ガンマ線グローの生成メカニズムの解明に重要となる電子加速を決定する雷雲内の電荷分布や構造を評価した。
チベット高山（高度４３００ m）では、北陸地域とは異なるガンマ線グローの描像が得られた。とくに、チベット高山の長期観測データからガンマ線グローの発生が太陽活動あるいは宇宙線と関連があるかもしれない可能性が示された。今後、得られた新たな描像の解明のため、宇宙線分野や気象分野との連携が進むことが期待できる。