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雷嵐の電波観測と高速気象レーダ観測との融合による極端気象雷災害の監視と予測

研究課題

研究課題/領域番号 19H01979
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分17030:地球人間圏科学関連
研究機関電気通信大学

研究代表者

芳原 容英  電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (10303009)

研究分担者 菊池 博史  電気通信大学, 宇宙・電磁環境研究センター, 助教 (40783105)
牛尾 知雄  大阪大学, 工学研究科, 教授 (50332961)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円)
2021年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2020年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2019年度: 12,480千円 (直接経費: 9,600千円、間接経費: 2,880千円)
キーワードトータル雷 / 極端気象 / 電波観測 / フェーズドアレイレーダ / 災害監視・予測 / フェーズドアレーレーダー
研究開始時の研究の概要

近年、全地球的な気候変動の影響により、国内外で豪雨や竜巻、ダウンバースト等の極端気象が多数報告されている。被害が甚大である大電荷量を伴う落雷の電荷量の遠隔推定についても低周波電波観測を用いて実施してきた。しかし、極端気象、大電荷量雷を発生する雷雲の特性把握は、発達が時間的に極めて速いため、現在データが一般公開されている気象レーダー観測における時間分解能では不十分かつ未解明のままである。そこで本研究では、現在日本最高の高時空間分解能を有するフェーズドアレーレーダによる雷雲観測と、雷放電の多周波電波の同時観測により、電荷量の大きな雷放電と雷嵐の気象学的特性を導出しその発生機構に迫る。

研究成果の概要

本研究期間では、日本最高の高時空間分解能を有するフェーズドアレーレーダやXバンドMP レーダデータによる雷雲観測と、雷放電の多周波電波の同時観測により、極端気象や電荷量の大きな雷放電と雷嵐の気象学的特性の導出を目指した。コロナ禍により、雷観測ネットワークの構築と観測開始にかなりの遅延が生じたが、いずれの極端事象に関しても期間中に事例を捉えることに成功し、初期解析を行うことができたことから、当初の研究目的は達成され、世界初の研究成果も得られた。今後も本研究に関連する学術論文等が発表されるとともに、本研究期間にて構築/整備された機材群による連続観測も鋭意継続しており,さらなる研究成果が見込まれる。

研究成果の学術的意義や社会的意義

地球温暖化のため、全世界的に豪雨やそれらに伴う強力な雷放電をはじめとした極端気象災害が頻発しており、我々の社会生活への大きな脅威となっている。本事象は、短時間に発達するため予測が困難である。本研究では、事象の発生機構や短時間予測への有効性が示されている、雷放電との関係性を世界最高の観測速度を有する気象レーダを用いて詳細に調査した。その結果、雷と気象条件の間に有意な関連性が得られたことから、将来の極端気象災害の軽減が大いに期待されるとともに、本観測の今後の重要性が明確に認識された。

報告書

(4件)
  • 2021 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (36件)

すべて 2022 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 2件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (29件) (うち国際学会 6件)

  • [雑誌論文] Spatio-Temporal Distributions of Lightning Stroke Charge Using ELF and Meteorological Data2022

    • 著者名/発表者名
      Y. Hobara, T. Ohashi, T. Shiraishi and K. Shiokawa
    • 雑誌名

      Proceedings of the 6th International Conference on Electrical, Control and Computer Engineering InECCE2021

      巻: * ページ: 329-337

    • DOI

      10.1007/978-981-16-8690-0_30

    • ISBN
      9789811686894, 9789811686900
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spatio-Temporal Characteristics of Energetic Lightning in Southeast Asia: Preliminary Statistical Results2022

    • 著者名/発表者名
      S. Akama, Y. Hobara, A. Izzani Mohamed, C. Gomes, K. Shiokawa, S.Hirai, H. Kikuchi & M. Stock
    • 雑誌名

      Proceedings of the 6th International Conference on Electrical, Control and Computer Engineering InECCE2021

      巻: * ページ: 317-327

    • DOI

      10.1007/978-981-16-8690-0_29

    • ISBN
      9789811686894, 9789811686900
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Validation of X-band multi-parameter phased array weather radar by comparing data from Doppler weather radar with a parabolic dish antenna2021

    • 著者名/発表者名
      Asai Keitaro、Kikuchi Hiroshi、Ushio Tomoo、Hobara Yasuhide
    • 雑誌名

      Journal of Atmospheric and Oceanic Technology

      巻: 38(9) ページ: 1561-1570

    • DOI

      10.1175/jtech-d-20-0213.1

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Adaptive Beamforming Using Steering Vector Correction for Phased-Array Weather Radar2021

    • 著者名/発表者名
      H. Kikuchi, E. Yoshikawa, T. Ushio, and Y. Hobara
    • 雑誌名

      IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing

      巻: - ページ: 8419-8426

    • DOI

      10.1109/jstars.2021.3106002

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Clutter Reduction for Phased-Array Weather Radar Using Diagonal Capon Beamforming With Neural Networks2020

    • 著者名/発表者名
      Kikuchi H., Yoshikawa E., Ushio T., Hobara Y.
    • 雑誌名

      IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters

      巻: 17 号: 12 ページ: 2065-2069

    • DOI

      10.1109/lgrs.2019.2962558

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Initial observations for precipitation cores with X-Band dual polarized phased array weather radar2020

    • 著者名/発表者名
      H. Kikuchi, T. Suezawa, T. Ushio, N. Takahashi, H. Hanado, K. Nakagawa, M. Osada, T. Maesaka, K. Iwanami, K. Yoshimi, F. Mizutani, M. Wada, and Y. Hobara
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing

      巻: 58 号: 5 ページ: 3657-3666

    • DOI

      10.1109/tgrs.2019.2959628

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Low latitude VLF radio signal disturbances due to the Extremely Severe Cyclone Fani of May, 2019 and associated mesospheric response2020

    • 著者名/発表者名
      S. Pal, S. Sarkar, S. K. Midya, S. K. Mondal, and Y. Hobara
    • 雑誌名

      JGR Space Physics

      巻: 125 号: 5

    • DOI

      10.1029/2019ja027288

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] 複合電波観測を用いた台風に伴う大気圏と電離圏の関連性に関する研究2021

    • 著者名/発表者名
      平井 周,芳原 容英,菊池 博史,M. Stock
    • 学会等名
      電子情報通信学会EMCJ研究会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 気象用二重偏波フェーズドアレイ気象レーダとLF帯雷放電標定装置を用いた夏季積乱雲の観測2021

    • 著者名/発表者名
      菊池博史,及川夏依,芳原容英, 中村佳敬,吉川栄一,森本健志,牛尾知雄
    • 学会等名
      第100回日本大気電気学会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] マルチパラメータフェーズドアレイ気象レーダを用いた3次元降水コアトラッキング手法の検討2021

    • 著者名/発表者名
      浅井 啓太郎,菊池 博史,芳原 容英,牛尾 知雄
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2021年大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 台風に伴う大規模気象擾乱の電離圏への結合過程に関する研究2021

    • 著者名/発表者名
      平井 周,芳原 容英,菊池 博史,M. Stock
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2021年大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] LF帯3次元雷放電標定装置と二重偏波フェーズドアレイ気象レーダを用いた夏季積乱雲の観測事例2021

    • 著者名/発表者名
      菊池 博史, 亀井 悠平, 中村 佳敬, 吉川 栄一, 森本 健志, 牛尾 知雄, 芳原 容英
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2021年大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 東南アジアにおけるエネルギー別落雷の時空間特性に関する初期解析2021

    • 著者名/発表者名
      赤間 俊介, 平井 周, 芳原 容英, 菊池 博史, A. Mohamed, C. Gomes, 塩川 和夫, M. Stock
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2021年大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Global Distributions of Lightning Electrical Properties Obtained from International Space Station2021

    • 著者名/発表者名
      Y. Hobara, H. Kikuchi, R. Kitamura, M. Sato, Y. Takahashi, T. Adachi, T. Ushio, and M. Suzuki
    • 学会等名
      URSI GASS 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Total Lightning Activity associated with Extreme Meteorological Events in Japan a View from X-band Radar and Meteorological Satellite2021

    • 著者名/発表者名
      Y. Hobara, H. Kikuchi, R. Aoyagi and M. Stock
    • 学会等名
      URSI GASS 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Relationship between Atmospheric Electric Fields and Lower Ionospheric Disturbances Associated with Earthquakes2021

    • 著者名/発表者名
      Y. Hobara, K. Matsuki, M. Watanabe, H. Kikuchi, and A. Setiwan
    • 学会等名
      IAGA- IASPEI 2021 Virtual conference
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 二十偏波フェーズドアレイレーダを用いた粒子判定結果とTotal Lightning Networkによる雷観測結果の比較2021

    • 著者名/発表者名
      及川夏依,菊池博史,芳原容英,牛尾智雄
    • 学会等名
      第99回日本大気電気学会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 雷嵐特性のアンサンブル学習を用いた突風発生の予測2021

    • 著者名/発表者名
      宮下志保,平井周,芳原容英,菊池博史,Michael Stock
    • 学会等名
      第99回日本大気電気学会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 機械学習を用いた静止軌道上における電子フラックスの多点同時予測モデルの構築と評価2021

    • 著者名/発表者名
      野本博樹,芳原容英,菊池博史,飯淵隼人, Michael Balikhin
    • 学会等名
      第99回日本大気電気学会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 二重偏波フェーズドアレイ気象レーダの偏波パラメータに関する精度検証2021

    • 著者名/発表者名
      浅井啓太郎,菊池博史,牛尾知雄,芳原容英
    • 学会等名
      第99回日本大気電気学会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 台風に由来する大気圏-電離圏結合に関する研究2021

    • 著者名/発表者名
      平井周,星野龍一,芳原容英,菊池博史,M. Stock
    • 学会等名
      第99回日本大気電気学会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 関東圏における3次元雷放電標定装置を用いた初期観測結果2021

    • 著者名/発表者名
      亀井悠平,菊池博史,芳原容英,中村佳敬,吉川栄一,森本健志,牛尾知雄
    • 学会等名
      第99回日本大気電気学会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 東南アジアにおける落雷エネルギー別雷嵐の時空間特性2021

    • 著者名/発表者名
      赤間俊介,平井周,芳原容英,菊池博史,Amir Izzani Mohamed, Chandima Gomes, 塩川和夫,Michael Stock
    • 学会等名
      第99回日本大気電気学会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 二重偏波フェーズドアレイ気象レーダを用いた2019年台風15号の3次元観測2021

    • 著者名/発表者名
      菊池博史,牛尾知雄,芳原容英
    • 学会等名
      第99回日本大気電気学会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 地震に関連する大気電界変動2021

    • 著者名/発表者名
      芳原容英,宮島理紗, 渡辺真子,松木翔,菊池博史
    • 学会等名
      第99回日本大気電気学会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 北海道女満別における地震に伴う大気電界変動の調査2021

    • 著者名/発表者名
      渡辺真子,芳原容英,菊池博史,松木翔
    • 学会等名
      第99回日本大気電気学会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 地震に伴う大気電界と下部電離層擾乱の関連性に関する研究2021

    • 著者名/発表者名
      松木翔,宮島理紗,芳原容英,菊池博史
    • 学会等名
      第99回日本大気電気学会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Global distributions of lightning charge moment changes obtained from ISS2020

    • 著者名/発表者名
      北村 隆之介, 芳原 容英, 菊池 博史, 佐藤 光輝, 高橋 幸弘, 足立 透, 牛尾 知雄, 鈴木 睦
    • 学会等名
      JpGU-AGU Joint Meeting 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] MP-PAWRを用いた粒子判別と降雨推定の可能性の調査2020

    • 著者名/発表者名
      及川 夏依, 菊池 博史,中村 賢人, 牛尾 知雄, 芳原 容英
    • 学会等名
      JpGU-AGU Joint Meeting 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 気象用二重偏波フェーズドアレイレーダを用いた高時間分解能降雨観測2020

    • 著者名/発表者名
      菊池 博史, 及川 夏衣, 中村 賢人,牛 尾 知雄, 芳原 容英
    • 学会等名
      JpGU-AGU Joint Meeting 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Meteorological conditions for lightning jump associated with downburst and heavy precipitation in Japan inferred from from X-band radar and Himawari-8 satellite data2020

    • 著者名/発表者名
      芳原 容英, 菊池 博史, 青柳 理紗子, Stock Michael
    • 学会等名
      JpGU-AGU Joint Meeting 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Response of the mesosphere and lower ionosphere to an extremely severe cyclone Fani of May, 2019 over the Indian Ocean2020

    • 著者名/発表者名
      S. Pal, S. Sarkar, S. K. Midya, S. K. Mondal and Y. Hobara
    • 学会等名
      Versim2020 virtual meeting
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Monitoring energetic lightning in Southeast Asia using ELF magnetic field observations in Malaysia2020

    • 著者名/発表者名
      Y. Hobara, H. Kikuchi, C. Gomes, A. Mohamed, M. Stock and K. Shiokawa
    • 学会等名
      Versim2020 virtual meeting
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] F- Layer critical frequency deduced from lightning whistlers2020

    • 著者名/発表者名
      S. Hirai, Y. Hobara, S. Kanazawa and J. L. Pinson
    • 学会等名
      Versim2020 virtual meeting
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 台風 15 号および 19 号の発生から消滅までの雷特性2020

    • 著者名/発表者名
      T. C. Kok, 芳原容英, 平井周, 菊池博史
    • 学会等名
      第98回日本大気電気学会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 国際宇宙ステーションからの光学観測に基づく世界雷の空間分布と電気的特性に関する研究2019

    • 著者名/発表者名
      北村隆之介,芳原容英,菊池博史,佐藤光輝,高橋幸弘,足立透,牛尾知雄,鈴木睦
    • 学会等名
      環境電磁工学研究会(EMCJ)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2023-01-30  

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