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高橋幸弘
雷放電から探る太陽地球気候結合
-‐ 上昇気流によって、上に氷晶、下にあられが分布する -‐ 氷晶とあられの摩擦によって静電気が発生
上昇気流 重力
プラス電荷
マイナス電荷
雷放電・大気電気研究の新時代へ
-‐ 1930年代の花形研究分野 -‐ 1970年代以降の停滞からの脱出 -‐ 新種の発見 new animals found -‐ Global lightning ac:vity-‐-‐-‐satellites and ground networks -‐ 気象学への展開 applica:on to meteorology
気候変動の理解にも？ Climatology?
雷観測衛星による雷放電発光分布
なぜ雷放電を研究するのか？
1. As a unique proxy of atmospheric dynamics 大気ダイナミクスにおける優れた代理パラメータ
Quan:ta:ve rela:onship between lightning discharge and meteorological parameters? lightning discharge is very tricky phenomenon
charge separa:on/ discharge is hard to understand.. but, if we look at sta:s:cal behavior ... success in data assimila:on in sever weather predic:on (even with limited informa:on of lightning)
2. Its electromagne<c and thermal effects on atmosphere, ionosphere and magnetosphere それ自身の大気・電磁圏への影響
ioniza:on/recombina:on, hea:ng, chemistry, current, par:cles
The rela:onship between the ac:vity of hurricane and that of lightning which occurred in hurricane region (within a 10*10 gridbox centred on the eye of the storm (solid bold curve)).
1 day shi?
- Correlation ~0.82 ！
Price, et al.
Hurricane predicted by lightning？
Max. wind
Lightning
Price et al. [2007]
雷雲活動と上空の水蒸気量 Price and Asfur, 2006
水蒸気の温暖化効果はCO2の5-‐10倍？
Thunderstorm and water vapor at high al:tude
雷放電活動と上空の水蒸気量がほとんど同じ時間変動
Price and Asfur, 2006
北大の落雷全地球観測網 GEON Global ELF Observa:on Network
GEON Sensors GEON sites
雷放電情報は宝の山。しかしこれまでは、エネルギー推定ができなかった。 そこで…
極地研、ESRANGE、東北大、スタンフォード大との協力
北大が世界で初めて落雷の世界分布を把握
2003. 8-‐ 2004.7
Number of events： Posi<ve CG：364,030, Nega<ve CG：244,332
>950C-‐km
負極性雷 正極性雷
Yamashita, Dr. Thesis, 2011
350 300 250 200 150 100 50 0
25
20
15
10
5
0
2000
1500
1000
500
0
60
20
20
20 0
0
0
0
-20
-20
-30 -30
-50
NO2 DEVIATION (%)
Z 360-340 KLIS Flashes
• Max production at 10-15 km over Africa and South America
• Indication of LNOx production in the lower stratosphere
?
Lightning and LNOx INFRA-RED MONTGOLFIER
HIBISCUS Feb-April 2004, 39 days
Pommereau et al. TEA-‐IS Leiden Oct 2011
大気化学
Images from: Carnegie Institute Reports, Carnegie Institute web site and Fleming J.A., Terrestrial Magnetism and electricity
晴天時にはいつも100 V/mの鉛直下向きの電場がかかっている
Observa:on by research vessel “Carnegie”
1920年代から観測されているが、未だに未解明（というか未確認）
米国カーネーギー財団の調査船が発見した “カーネギーカーブ”
世界時
鉛直
電場
の強
さ
雷鳴可聴面積 (x 10^4 km^2)
カーネギーカーブは世界の雷の総和で説明されている
globe
Africa Europe America
Asia
Whipple and Scrase, 1936
積乱雲発電機
低層雲
~300 kV
対流圏
成層圏
電離圏 E/F 領域
磁気圏
グローバルサーキット仮説
電離圏 D領域
積乱雲発電機
低層雲
太陽プロトン
エックス線
ガンマ線
太陽風発電機
~300 kV
30-‐150 kV
銀河宇宙線
電離圏発電機 雷放電
スプライト
対流圏
成層圏
電離圏 D領域
電離圏 E/F 領域
惑星観空間磁場
磁気圏
地球をとりまく電流
Lightning in MC
OLR in Africa
OLR in Pacific Ocean
OLR in America
OLR in Atlan<c Ocean
OLR in Africa
cosmic ray
F10.7
1. 銀河宇宙線 太陽風磁場 → 銀河宇宙船(GCR)
→大気分子の電離 → 雲核→ 雲形成
-‐ 霧箱からのアナロジー しかし、自然界での過飽和は僅か
-‐ 比較的ヨーロッパが好き
-‐ 加速器による実験
-‐ 地球シミュレーターによる数値モデル
-‐ 年輪研究の進展
2. Total Solar Irradiance （太陽常数）
-‐ 近年の衛星計測によって変動がモニター -‐ 振幅は0.1%のオーダー しかし太陽は殆ど可視光なので無視できない？
3. UV による成層圏加熱
UV加熱 → 成層圏温度場 → 成層圏風速場 → 鉛直方向の循環 → 対流圏に影響
-‐ UVの変動振幅は可視光よりもかなり大きい（数%）
-‐ 成層圏は「物理的な仕事」をしなくても、鉛直方向 の循環場を変えられる
-‐ 比較的米国が好き
赤道 中緯度
ハドレーセルなど
成層圏温度場の変調
4. 全地球電流系
太陽風による地球磁気圏での発電（沿磁力線電流、オーロラ電流）、太陽宇宙線、放射線帯粒子
→ 全地球電流系の変調 → イオン分布の変化／大気電場の変化 → 雲の生成および寿命の変化
-‐ 証拠不十分 -‐ しかし注意深く検証すべき
対流圏
成層圏
電離圏 D領域
電離圏 E/F 領域
太陽紫外線
惑星観空間磁場
磁気圏 銀河宇宙線
太陽可視光
M-‐I coupling
積乱雲
低層雲
グローバルサーキット
大気循環
