全球雷放電・高高度放電発光現象活動の観測と地球電流系モデルに対する考察

• Project/Area Number: 09J04009
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Space and upper atmospheric physics
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 山下 幸三 東北大学, 大学院・理学研究科, 特別研究員(DC2)
• Project Period (FY): 2009 – 2010
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000); Fiscal Year 2010: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000); Fiscal Year 2009: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
• Keywords: 雷放電 / ELF帯電磁場 / VLF帯電磁場 / 雷雲 / グローバル・サーキット / グローバルサーキット / 落雷 / 大気電気学

Research Abstract

近年の大気電気学分野における重要な研究項目の一つとして、従来から存在が指摘されていたが、その全容が未だ解明されていない大気圏における電流回路(Global Electric Circuit:以下グローバルサーキット)の存在が挙げられる。同回路内においては対流圏下部から電離圏下部に向かって常時1-2kAの上向き方向の電荷移動が存在し、その電流駆動源として雷放電活動、降雨活動などが想定されている。しかし、どのプロセスがどの程度の電荷移動を駆動しているのかという定量的評価は十分に行われていない。本年度、申請者の研究における主目的は、同回路における電流駆動源としての全球落雷活動を実験的見地から評価する事である。
全球落雷活動による電荷移動量を推定する上では、各落雷に対する位置推定と共に、極性・エネルギーに対応する電気的規模(中和電荷モーメント:Qdl)の導出が必要不可欠である。Qdlの導出には、ELF/VLF帯電磁場データの解析が本質的アプローチと言える。従来研究では、巨大雷(|Qdl|>2000C-km)の全球活動が約700kmの位置推定精度で導出されているが、主たる電流の担い手と考えられる非巨大落雷は推定位置・Qdlの計算精度の問題から解析対象とされていない。
そこで申請者は、落雷活動モニタリングに必要な新アルゴリズムの開発を行い、所属グループ保有の世界4観測点による1-100Hz帯磁場観測網データと、申請者が新規構築したアジアVLF帯電磁場計測網データに適用した。結果、前者からは比較的小規模な落雷(|Qdl|>470C-km)の全球分布を、後者からは200C-km以上の落雷活動をアジア域に限って導出する事を可能にした。結果、非巨大雷を含めた落雷活動の詳細な時空間変化に対する考察を可能にしたと共に、世界に先駆けて非巨大落雷を含めた落雷活動による電荷移動量の定量的評価を行った。同結果を第128回地球電磁気・地球惑星圏学会(那覇)にて発表し、優秀発表学生に選出された。

Research Products

• [Journal Article] Improvement in lightning geolocation by time of arrival method using global ELF network data (2011)
  • Author(s): Yamashita K., Y.Takahashi, M.Sato, H.Kase
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research Volume: 116 A00E61
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Detection of transient ELF emission caused by the extremely intense cosmic gamma-ray flare of 27 December 2004 (2011)
  • Author(s): Tanaka, Y.T., M.Hayakawa, Y.Hobara, A.P.Nickolaenko, K.Yamashita, M.Sato, Y.Takahashi, T.Terasawa, T.Takahashi
  • Journal Title: Geophys.Res.Lett.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Global distribution and characteristics ofintense lightning discharges as deduced from ELF ansients observed at Moshiri (Japan) (2009)
  • Author(s): Yamashita K., T.Otsuyama, Y.Hobara, M.Sekiguchi, Y.Matsumoto, M.Hayakawa, V.Korepanov
  • Journal Title: Journal of Atmospheric Electricity Vol.29 Pages: 71-80
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ground-Based Detection of Sprites and their Parent Lightning Flashes over Africa during the 2006 AMMA Campaign (2009)
  • Author(s): Williams, E., W.Lyons, Y.Hobara, V.Mushtak, N.Asencio, R.Boldi, J.Bor, S.Cummer, E.Greenberg, M.Hayakawa, R.Holzworth, V.Kotroni, J.Li, C.Morales, T.Nelson, C.Price, B.Russell, G.Satori, K.Shirahata, Y.Takahashi, K.Yamashita
  • Journal Title: Q.J.Roy.Met.Soc
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ELFトランジェントとシューマン共振の計測に基づいた全球落雷活動の評価 (2010)
  • Author(s): 山下幸三, 高橋幸弘, 佐藤光輝
  • Organizer: 2010秋:第128回 SGEPSS総会および講演会
  • Place of Presentation: 沖縄、日本
  • Year and Date: 2010-11-02
• [Presentation] Construction of Asia VLF observation network and its initial results (2010)
  • Author(s): Yamashita, K., Y.Takahashi, F.Tsuchiya, H.Ohya, T.Adachi
  • Organizer: AP-RASC 2010
  • Place of Presentation: Toyama, Japan
  • Year and Date: 2010-09-25
• [Presentation] Measurements for seasonal variation of global cloud-to-ground lightning activity using global ELF network data (2010)
  • Author(s): Yamashita, K., Y.Takahashi, M.Sato
  • Organizer: AP-RASC 2010
  • Place of Presentation: Toyama, Japan
  • Year and Date: 2010-09-24
• [Presentation] Seasonal variation of global cloud-to-ground lightning activity using ELF network data (C02-0045-10) (2010)
  • Author(s): Yamashita, K., Y.Takahashi, M.Sato
  • Organizer: 38th COSPAR Scientific Assembly
  • Place of Presentation: Bremen, Germany
  • Year and Date: 2010-07-20
• [Presentation] Lightning and TLE observation by university micro-satellite RISING-2 (C02-0013-10) (2010)
  • Author(s): Takahashi, Y., T.Fukuhara, J.Kurihara, M.Sato, K.Yamashita, Y.Sakamoto, K.Yoshida
  • Organizer: 38th COSPAR Scientific Assembly
  • Place of Presentation: Bremen, Germany
  • Year and Date: 2010-07-18
• [Presentation] Monitoring of Lightning Activity in Southeast Asia using VLF Observation Network (AS07-A025) (2010)
  • Author(s): Yamashita, K., Y.Takahashi, F.Tsuchiya, H.Ohya, T.Adachi
  • Organizer: AOGS (Asia Oceania Geophysical Science)
  • Place of Presentation: Hyderabad, India
  • Year and Date: 2010-07-07
• [Presentation] Evaluation of net-current by cloud-to-ground lightning discharges using global ELF network data (AEM012-05) (2010)
  • Author(s): Yamashita, K., Y.Takahashi, M.Sato
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting 2010
  • Place of Presentation: Makuhari Messe International Conference Hall
  • Year and Date: 2010-05-28
• [Presentation] 雷雲関連現象のwave-4 (2010)
  • Author(s): 山下幸三, 高橋幸弘
  • Organizer: Wave-4ミニ研究会
  • Place of Presentation: 京都大学(日本・京都)
• [Presentation] ELF帯磁場観測綱データを用いた全球雷放電分布の導出 (2009)
  • Author(s): 山下幸三, 高橋幸弘, 佐藤光輝, 嘉瀬裕美
  • Organizer: 雷活動に関わる高エネルギー物理現象の新しい展開
  • Place of Presentation: 東京大学(日本・東京)
  • Year and Date: 2009-10-09
• [Presentation] Global lightning mapping with time of arrival method using ELF network data (2009)
  • Author(s): Yamashita K., Y.Takahashi, M.Sato, H.Kase
  • Organizer: American Geophysical Union 2009 Fall Meeting
  • Place of Presentation: San Francisco(米国)
• [Presentation] Estimation of net Current Due to Lightning Discharge in the Global Electric Circuit (2009)
  • Author(s): Yamashita K., Y.Takahashi, M.Sato, H.Kase
  • Organizer: American Geophysical Union, Chapman Conference on Effects of Thunderstorms and Lightning in the Upper Atmosphere
  • Place of Presentation: Pennsylvania(米国)
• [Presentation] Improvement of lightning geolocation by time of arrival method using global ELF network data (2009)
  • Author(s): 山下幸三, 高橋幸弘, 佐藤光輝, 嘉瀬裕美
  • Organizer: 第126回地球電磁気・地球惑星圏学会
  • Place of Presentation: 金沢大学(日本・金沢)
• [Presentation] グローバルサーキットにおける雷放電電流量の推定 (2009)
  • Author(s): 山下幸三, 高橋幸弘, 佐藤光輝, 嘉瀬裕美
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2009年大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ(日本・千葉)
• [Remarks]
  • URL: http://www.ep.sci.hokudai.ac.jp/~kozo/