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ミューオン観測による雷予知技術の開発

研究課題

研究課題/領域番号 22K14453
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分25030:防災工学関連
研究機関大阪大学

研究代表者

和田 有希  大阪大学, 大学院工学研究科, 助教 (40879144)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2024年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2023年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2022年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
キーワード雷放電 / ミューオン / 電場 / 雷雲 / 気象観測 / 雷予知
研究開始時の研究の概要

激しい雨とともに発生する雷放電は、生命や社会インフラなどに大きな被害を与えうる脅威である。これまで電波による雷放電の監視、大気中の電場計測などが行われ、雷放電に対する理解は飛躍的に進んできたが、依然として雷放電がいつどこで発生するかという「雷予知」は確立していない。一方で近年、雷雲の中に存在する強電場領域が電荷を持つ高エネルギー粒子を加速・減速しているということが明らかになりつつある。本研究課題では雷放電の直前に雷雲で加速・減速されるミューオンの観測で、雲内の強電場の有無を明らかし、最新の気象レーダーの観測とも組み合わせながら、ミューオンの観測が雷の直前予知に有効かを検証する。

研究実績の概要

落雷は積乱雲における降水粒子の帯電によって形成される強電場によって引き起こされるため、雷雲内の電場をあらかじめ検知できれば、落雷の予知予測へとつながる。本研究課題では雷雲内の電場によって荷電粒子であるミューオンが加減速される効果を観測し、落雷予知への有効性を探る。
昨年度制作した1台に加え、本年度はさらに2台のミューオン検出器を制作し、石川県金沢市、茨城県つくば市、大阪府吹田市での観測を実施、継続している。また2022年度に石川県金沢市の冬における運用で、上空を雷雲が通過した事例が検知されたため、解析を行った。このとき地上の電場計は雷雲通過時特有の変動を示し、さらに併設している放射線検出器にてガンマ線グローと呼ばれる雷雲由来の高エネルギー現象も検知した。このときミューオンの検知数が一時的に12%の増加を示し、強電場によるミューオンの変化である可能性が示された。この結果は大気電気学会にて発表した。
また雷雲通過時の高エネルギー現象について、これまでの観測データの解析も実施した。ガンマ線グロー検出時に雷放電が発生してグローが途絶した事象について、長波帯電波観測との比較を行い、グローの発生領域ではなく、その上部の電荷領域が放電され、間接的に途絶に至ったと結論付けた。またガンマ線グロー発生時の大気電場および気象レーダーの系統的な解析を実施し、ガンマ線グローを発生させる局所的な電場構造が地上で観測される強い負の大気電場に対応することを明らかにした。これらは2篇の論文として掲載された。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

計画通り合計3台の検出器を制作して各所で運用をしている。取得したデータについても、主に2022年度の観測結果について解析を進めて学会発表できており、今年度については概ね順調に進展している。加えて過去の観測事例の解析から2本の論文を出版できており、観測実験と科学的成果の創出を両立できている。

今後の研究の推進方策

最終年度に当たるため、現在の観測網を維持しつつ、これまでの観測結果の解析を継続し、まとめる予定である。

報告書

(2件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 研究成果

    (22件)

すべて 2024 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 2件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 7件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 8件、 招待講演 3件)

  • [国際共同研究] チェコ科学アカデミー原子核物理研究所(チェコ)

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [国際共同研究] パリ・シテ大学/原子力代替エネルギー庁(フランス)

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Termination of Downward‐Oriented Gamma‐Ray Glow by Normal‐Polarity In‐Cloud Discharge Activity2023

    • 著者名/発表者名
      Wada Y.、Wu T.、Wang D.、Enoto T.、Nakazawa K.、Morimoto T.、Nakamura Y.、Shinoda T.、Tsuchiya H.
    • 雑誌名

      Journal of Geophysical Research: Atmospheres

      巻: 128 号: 15 ページ: 1-9

    • DOI

      10.1029/2023jd038606

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Negative Excursion of Surface Electric Fields During Gamma‐Ray Glows in Winter Thunderstorms2023

    • 著者名/発表者名
      Wada Y.、Kamogawa M.、Kubo M.、Enoto T.、Hayashi S.、Sawano T.、Yonetoku D.、Tsuchiya H.
    • 雑誌名

      Journal of Geophysical Research: Atmospheres

      巻: 128 号: 21 ページ: 1-20

    • DOI

      10.1029/2023jd039354

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Lightning Mapping as a Probe of Electron Accelerator in Thunderclouds2023

    • 著者名/発表者名
      Wada Y., Wu T., Wang D., Enoto T., Nakazawa K., Morimoto T., Nakamura Y., Shinoda T., Tsuchiya H.
    • 雑誌名

      Proceedings of 38th International Cosmic Ray Conference

      巻: ICRC2023 ページ: 317-317

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Ambient conditions to reproduce gamma-ray glow energy spectra assuming cosmic ray as source2023

    • 著者名/発表者名
      Diniz G. D., Wada Y., Ohira Y., Nakazawa K., Tsurumi M., Enoto T.
    • 雑誌名

      Proceedings of 38th International Cosmic Ray Conference

      巻: ICRC2023 ページ: 209-209

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Ambient Conditions of Winter Thunderstorms in Japan to Reproduce Observed Gamma‐Ray Glow Energy Spectra2023

    • 著者名/発表者名
      Diniz G. S.、Wada Y.、Ohira Y.、Nakazawa K.、Tsurumi M.、Enoto T.
    • 雑誌名

      Journal of Geophysical Research: Atmospheres

      巻: 128 号: 10

    • DOI

      10.1029/2022jd038246

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Relativistic Runaway Electron Avalanche Development Near the Electric Field Threshold in Inhomogeneous Air2023

    • 著者名/発表者名
      Diniz G. S.、Wada Y.、Ohira Y.、Nakazawa K.、Tsurumi M.、Enoto T.
    • 雑誌名

      Geophysical Research Letters

      巻: 50 号: 20 ページ: 1-8

    • DOI

      10.1029/2023gl105087

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Synoptic meteorological conditions of gamma-ray glows in winter thunderstorms2023

    • 著者名/発表者名
      Wada Yuuki、Tsurumi Miwa、Hayashi Syugo、Michimoto Koichiro
    • 雑誌名

      Progress in Earth and Planetary Science

      巻: 10 号: 1 ページ: 1-21

    • DOI

      10.1186/s40645-023-00538-2

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] ミューオンの地上観測による雷予知手法の検討2024

    • 著者名/発表者名
      中村悠, 和田有希, 林修吾, 牛尾知雄
    • 学会等名
      日本大気電気学会第102回研究発表会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Multi-Frequency Observation of Downward Terrestrial Gamma-ray Flashes in Winter Thunderstorms2023

    • 著者名/発表者名
      Wada Y., Morimoto T., Nakamura Y., Enoto T., Kikuchi H., Yoshikawa E., Ushio T.
    • 学会等名
      URSI-GASS2023
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Electric-field variations associated with gamma-ray glows in winter thunderstorms of Japan2023

    • 著者名/発表者名
      Wada Y., Kamogawa M., Kubo M., Enoto T., Hayashi S., Sawano T., Yonetoku D., Tsuchiya H.
    • 学会等名
      AGU Annual Meeting 2023
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Lightning Mapping as a Probe of Electron Accelerator in Thunderclouds2023

    • 著者名/発表者名
      Wada Y., Wu T., Wang D., Enoto T., Nakazawa K., Morimoto T., Nakamura Y., Shinoda T., Tsuchiya H.
    • 学会等名
      38th International Cosmic Ray Conference
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Ambient conditions to reproduce gamma-ray glow energy spectra assuming cosmic ray as source2023

    • 著者名/発表者名
      Diniz G. D., Wada Y., Ohira Y., Nakazawa K., Tsurumi M., Enoto T.
    • 学会等名
      38th International Cosmic Ray Conference
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 北陸冬季雷におけるガンマ線グロー発生時の大気電場変動2023

    • 著者名/発表者名
      和田有希, 鴨川仁, 久保守, 榎戸輝揚, 林修吾, 澤野達哉, 米徳大輔, 土屋 晴文
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 北陸冬季雷での地球ガンマ線フラッシュの多波長観測2023

    • 著者名/発表者名
      和田有希, 森本健志, 中村佳敬, 榎戸輝揚, 菊池博史, 吉川栄一, 牛尾知雄
    • 学会等名
      日本大気電気学会第101回研究発表会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] High-energy Atmospheric Physics in Winter Thunderstorms of Japan2022

    • 著者名/発表者名
      Y. Wada
    • 学会等名
      AGU Fall Meeting 2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Observation of two downward terrestrial gamma-ray flashes with very-high-frequency waveform recordings2022

    • 著者名/発表者名
      Y. Wada, T. Morimoto, Y. Nakamura, T. Enoto, H. Kikuchi, E. Yoshikawa, T. Ushio
    • 学会等名
      AGU Fall Meeting 2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Catalog analysis of gamma-ray glows in winter thunderstorms of Japan2022

    • 著者名/発表者名
      Y. Wada, T. Enoto, K. Nakazawa, M. Kubo, T. Yuasa, D. Yonetoku, T. Sawano, G. Okada, H. Nanto, T. Ushio, G. S. Diniz, K. Makishima, H. Tsuchiya
    • 学会等名
      Thunderstorms and Elementary Particle Acceleration (TEPA) 2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Gamma-Ray Glows in Winter Thunderstorms: Catalog Analysis and Multi-Sensor Observation2022

    • 著者名/発表者名
      Y. Wada, T. Enoto, K. Nakazawa, M. Kubo, T. Yuasa, D. Yonetoku, T. Sawano, G. Okada H. Nanto, T. Shinoda, Y. Sato, T. Ushio, G. S. Diniz, K. Makishima, H. Tsuchiya
    • 学会等名
      17th International Conference on Atmospheric Electricity
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ガンマ線を発生させる北陸冬季雷の総観場解析2022

    • 著者名/発表者名
      和田有希, 鶴見美和, 道本光一郎
    • 学会等名
      日本気象学会2022年秋季大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 北陸冬季雷で発生した地球ガンマ線フラッシュと同期する雷放電の長波帯観測による分類2022

    • 著者名/発表者名
      和田有希, 森本健志, 中村佳敬, Ting Wu, 榎戸輝揚, 中澤知洋, 牛尾知雄, 湯浅孝行, 土屋晴文
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書

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公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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