衛星直下視観測と数値モデルで迫る大気放電と全球電流回路の生成・駆動機構の解明

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H04055
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 佐藤 光輝 北海道大学, 理学研究院, 講師 (50312541)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 雷放電 / 高高度放電発光現象 / スプライト / グローバルサーキット / 国際宇宙ステーション

研究実績の概要

国際宇宙ステーションからの直下視観測ミッション(GLIMS)で得られた光学観測データ，数値モデル計算，地上雷観測データ，大気電場観測データを駆使することで，(1)雷放電が生起する放射電界と準静電界を統一的に解く数値モデルによってスプライトの水平空間分布を再現し生成機構を明らかにすること，(2)雲内放電と対地雷との比率(Z値)及びその緯度依存性を明らかにし，全球電流回路の数値モデル計算結果と実観測データとを比較することで，大気放電が全球電流回路で担う役割を定量評価することを目的とする。
平成30年度は，GLIMSで観測した約8360例の雷発光データから推定したZ値の緯度・季節・地域依存性の結果と，地上雷放電観測データ・全球降水分布データ(GPM)などを組み込んだ，高度範囲0-100 km，空間分解能0.2°×0.2°，時間分解能1分という世界最高レベルの全球三次元グローバルサーキット数値モデルを開発した。この数値モデルから南極昭和基地における大気電場強度を計算し，同基地での大気電場の実観測データとの比較を行った。その結果，雷放電はグローバルサーキットにおける電流駆動源として約20%程度しか担っていないことを定量的に明らかにした。この成果をまとめた査読論文がJournal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics誌に受理された。
一方，スプライトの発生メカニズムを解明するための，雷放電上空における放射電界と電子密度の時空間変化を数値モデル計算に関しては，大きな進捗を得ることができなかった。この原因は共同研究者が研究期間中に民間企業に就職したことが大きいが，そうなることも含めたリスク管理とその後の対応が甘かったことが反省点である。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] ジョンズホプキンス大学/マサチューセッツ工科大学(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: ジョンズホプキンス大学/マサチューセッツ工科大学
• [国際共同研究] スウェーデン宇宙公社(スウェーデン)
  • 国名: スウェーデン
  • 外国機関名: スウェーデン宇宙公社
• [国際共同研究] 中国科学院(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: 中国科学院
• [国際共同研究] アンダルシア天体物理研究所(スペイン)
  • 国名: スペイン
  • 外国機関名: アンダルシア天体物理研究所
• [国際共同研究] 先端科学技術研究所(ASTI)/大気地球物理天文局(PAGASA)(フィリピン)
  • 国名: フィリピン
  • 外国機関名: 先端科学技術研究所(ASTI)/大気地球物理天文局(PAGASA)
• [国際共同研究]
  • 他の国数: 3
• [雑誌論文] Optical Properties of Intracloud and Cloud-to-Ground Discharges Derived from JEM-GLIMS Lightning Observations (2019)
  • 著者名/発表者名: Bandholnopparat, K., M. Sato, T. Ushio, T. Adachi, and Y. Takahashi
  • 雑誌名: Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spectroscopic Diagnostic of Halos and Elves Detected From Space‐Based Photometers (2018)
  • 著者名/発表者名: Perez‐Invernon F. J., A. Luque, F. J. Gordillo‐Vazquez, M. Sato, T. Ushio, T. Adachi, and A. B. Chen
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Atmospheres 巻: 123 ページ: 12,917～12,941
  • DOI: 10.1029/2018JD029053
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Characteristics of Thunderstorm Structure and Lightning Activity Causing Negative and Positive Sprites (2018)
  • 著者名/発表者名: Jing, Y., N. Liu, M. Sato, G. Lu, Y. Wang, and G. Feng
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Atmospheres 巻: 123 ページ: 12917-12941
  • DOI: 10.1029/2017JD026759
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Initiation of a lightning search using the lightning and airglow camera onboard the Venus orbiter Akatsuki (2018)
  • 著者名/発表者名: Takahashi Y., M. Sato, M. Imai, R. Lorenz, Y. Yair, K. Aplin, G. Fischer, M. Nakamura, N. Ishii, T. Abe, T. Satoh, T. Imamura, C. Hirose, M. Suzuki, G. Hashimoto, N. Hirata, A. Yamazaki, T. Sato, M. Yamada, S. Murakami, Y. Yamamoto, T. Fukuhara, K. Ogohara, H. Ando, K. Sugiyama, H. Kashimura, and S. Ohtsuki
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 70 ページ: 88
  • DOI: 10.1186/s40623-018-0836-2
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Relation between Lightning and Typhoon Activities in the Western Pacific Region (2018)
  • 著者名/発表者名: Sato, M., Y. Takahashi, H. Kubota, K. Yamashita, J. Hamada, and J. J. Marciano
  • 学会等名: AGU Fall Meeting 2018
  • 国際学会
• [学会発表] High-Energy Radiation Phenomena from Winter Thunderstorms and Lightning in Japan (2018)
  • 著者名/発表者名: Enoto, T., Y. Wada, Y. Furuta, K. Nakazawa, T. Yuasa, K. Makishima, M. Sato, Y. Sato, D. Umemoto, H. Tsuchiya, G. S. Bowers, M. Kamogawa, Y. Nakamura, T. Morimoto, and D. Smith
  • 学会等名: AGU Fall Meeting 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Estimation of the IC/CG Ratio Using JEM-GLIMS and Ground-based Lightning Network Data and Its Effect on the Global Electric Circuit (2018)
  • 著者名/発表者名: Kittanapat, B., M. Sato, T. Adachi, T. Ushio, and Y. Takahashi
  • 学会等名: AGU Fall Meeting 2018
  • 国際学会
• [学会発表] アジア域雷放電検出網で観測された雷活動と台風強度発達との関係 (2018)
  • 著者名/発表者名: 佐藤光輝, 高橋幸弘, 山下幸三, 久保田尚之, 浜田純一, Joel J. Marciano
  • 学会等名: 第144回地球電磁気・地球惑星圏学会
• [学会発表] 惑星大気対流構造の解明にむけた雷放電探査観測計画 (2018)
  • 著者名/発表者名: 佐藤光輝, 高橋幸弘, 春山純一, 今井正尭
  • 学会等名: 気象学会2018年度秋季大会
• [学会発表] Development of Lightning Observation Network in the Western Pacific Region for the Intensity Prediction of Severe Weather and Tropical Cyclone (2018)
  • 著者名/発表者名: Sato, M., Y. Takahashi, H. Kubota, K. Yamashita, J. Hamada, and J. J. Marciano
  • 学会等名: 16th International Conference on Atmospheric Electricity
  • 国際学会
• [学会発表] The Ranking of Africa in Daily Global Lightning Activity (2018)
  • 著者名/発表者名: Williams, E., A. Guha, Y. Liu, R. Boldi, E. Pracser, R. Said, G. Satori, T. Bozoki, J. Bor, M. Atkinson, C. Beggan, S. Cummer, F. Lyu, B. Fain, Y. Hobara, A. Koloskov, A. Kulak, R. McCraty, J. Mlynarczyk, J. Montanya, R. Moore, M. Neska, P. Ortega, C. Price, R. Rawat, M. Sato, A. Sinha, and Y. Yampolski
  • 学会等名: 16th International Conference on Atmospheric Electricity
  • 国際学会
• [学会発表] Multi-point Measurement Campaigns of Gamma Rays from Thunderclouds and Lightning in Japan (2018)
  • 著者名/発表者名: Enoto, T., Y. Wada, Y. Furuta, K. Nakazawa, T. Yuasa, K. Okuda, K. Makishima, M. Sato, Y. Sato, T. Nakano, D. Umemoto, H. Tsuchiya, M. Kamogawa, G. Bowers, D. Smith, T. Morimoto, Y. Nakamura, and D. Wang
  • 学会等名: 16th International Conference on Atmospheric Electricity
  • 国際学会
• [学会発表] Latitudinal, Regional, and Seasonal Dependences of IC/CG Ratio Derived from JEM-GLIMS and Ground-based Lightning Network Data (2018)
  • 著者名/発表者名: Kittanapat, B., M. Sato, T. Adachi, T. Ushio, and Y. Takahashi
  • 学会等名: 16th International Conference on Atmospheric Electricity
  • 国際学会
• [学会発表] Simple Models of Lightning Clustering at the Planetary Scale: Implications for Remote Sensing Surveys (2018)
  • 著者名/発表者名: Lorenz, R., Y. Takahashi, M. Sato, and K. Yamashita
  • 学会等名: 16th International Conference on Atmospheric Electricity
  • 国際学会
• [学会発表] ULAT Project: Lightning Observations in the Philippines and Western Pacific Region for the Intensity Prediction of Severe Weather (2018)
  • 著者名/発表者名: Sato, M., Y. Takahashi, H. Kubota, K. Yamashita, J. Hamada, and J. J. Marciano
  • 学会等名: Asia Oceania Geosciences Society (AOGS) 15th Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Observation study for understanding the relationship between lightning activity and tropical cyclone intensity in the Philippine Sea (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Kubota, Y. Takahashi, Sato, M., K. Yamashita, and J. Hamada
  • 学会等名: Asia Oceania Geosciences Society (AOGS) 15th Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Lightning Observations in the Philippines and Western Pacific Region for the Intensity Prediction of Severe Weather (2018)
  • 著者名/発表者名: Sato, M., Y. Takahashi, K. Yamashita, H. Kubota, J. Hamada, and J. J. Marciano
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [学会発表] Latitudinal, Regional, and Seasonal Dependences of the IC to CG Ratio Derived from JEM-GLIMS and the Ground-based Lightning Network Data (2018)
  • 著者名/発表者名: Kittanapat, B., M. Sato, Y. Takahashi, T. Adachi, and T. Ushio
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [学会発表] 地吹雪発生時の大気電場と雪粒子分布の時系列変化 (2018)
  • 著者名/発表者名: 源泰拓, 鴨川仁, 門倉昭, 平沢尚彦, 佐藤光輝
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [学会発表] Relation between Lightning Electrical Parameters and Intensity of Typhoon Haiyan (2018)
  • 著者名/発表者名: Niwa, S., M. Sato, and Y. Takahashi
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [学会発表] Global Occurrence Rates of Lightning, Elves, and Sprites and Their LT/Monthly/Seasonal Dependences Derived from JEM-GLIMS Observations (2018)
  • 著者名/発表者名: Sato, T., M. Sato, Y. Takahashi, T. Ushio
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [学会発表] ULAT Project: Lightning Observations in the Philippines for the Intensity Prediction of Severe Weather (2018)
  • 著者名/発表者名: Sato, M., Y. Takahashi, K. Yamashita, H. Kubota, J. Hamada, and J. J. Marciano
  • 学会等名: EGU General Assembly 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Photonuclear reactions triggered by lightning discharges in a Japanese winter thunderstorm (2018)
  • 著者名/発表者名: Enoto, T., Y. Wada, Y. Furuta, K. Nakazawa, T. Yuasa, K. Okuda, K. Makishima, M. Sato, Y. Sato, T. Nakano, D. Umemoto, H. Tsuchiya, and GROWTH collaboration
  • 学会等名: EGU General Assembly 2018
  • 国際学会
• [備考] JEM-GLIMSミッションホームページ
  • URL: http://www.ep.sci.hokudai.ac.jp/~jemglims/index.html
• [備考] 佐藤研究室ホームページ：研究内容
  • URL: http://www.ep.sci.hokudai.ac.jp/~msato/research.html