JP6067741B2 - 落雷の電荷量推定システム、落雷の電荷量推定方法、及び、プログラム - Google Patents
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Description
測定された磁界に基づいて、落雷の電流を求め、求められた電流を積分して落雷による電荷量を求める電荷量算出手段を有し、
前記電荷量算出手段は、
前記測定された磁界に、予め設定されている磁界電流変換係数を乗算することにより前記落雷の電流を求める手段と、
前記求められた電流に、放電路の長さと傾きに基づく補正係数を乗算する手段と、
前記補正係数が乗算された電流を積分する積分手段と、を有する。
本発明に係る落雷の電荷量推定システムは、200Hz以下の周波数を含む周波数帯域で、落雷により発生する磁界を測定する磁界測定手段を有していてもよい。
前記磁界測定手段は、落雷により発生する磁界の2つの直交成分を測定可能であってもよい。この場合、落雷の電荷量推定システムは、前記磁界測定手段で測定された前記磁界の各成分に基づいて、前記落雷位置の方位を求める方位推定手段を有していてもよい。この場合、落雷位置標定システム等と組み合わせることにより、落雷位置の測定精度を高めることができる。
測定された磁界に基づいて、落雷の電流を求めるステップと、
求められた電流を積分して落雷による電荷量を求めるステップと、
を有し、
前記電荷量を求めるステップは、
前記測定された磁界に、予め設定されている磁界電流変換係数を乗算することにより落雷の電流を求めるステップと、
前記求められた電流に、放電路の長さと傾きに基づく補正係数を乗算するステップと、
前記補正係数が乗算された電流を積分する積分ステップと、
を有する。
コンピュータに、
測定された磁界に基づいて、落雷の電流を求めるステップと、
求められた電流を積分して落雷による電荷量を求めるステップと、
を実行させるプログラムであって、
前記電荷量を求めるステップは、
前記測定された磁界に、予め設定されている磁界電流変換係数を乗算することにより落雷の電流を求めるステップと、
前記求められた電流に、放電路の長さと傾きに基づく補正係数を乗算するステップと、
前記補正係数が乗算された電流を積分する積分ステップと、
を有する。
図1に示すように、本実施の形態に係る落雷の電荷量推定システム100は、磁界測定部10と電荷量算出部20とを備える。
補正係数Kは次式で表される。
K=(放電路の実長/DL)*cosθ
ここで、放電路の実長は、落雷の発生地域、気象状況等に基づいて、統計処理、シミュレーション等により求められ、予め設定されている。
DLは、磁界電流比テーブル27に記憶されている磁界電流比Rを求める際に仮定した放電路の長さである。
θは、落雷の放電路の傾き角である。θは、落雷の発生地域、気象状況等に基づいて、統計処理、シミュレーション等により求められる。
なお、係数Kを地域と気象条件をパラメータとしてテーブルや関数の形態で表してもよい。
通信装置204は、ネットワークを介して外部装置と通信、落雷の発生したこと、落雷の地点を特定するための情報、電離層情報などを取り込む。
出力装置205は、求めた落雷の電荷量Qを出力する。
次に、CPU201は、メモリ202に記憶されている磁界電流比テーブル27から、電離層の状態と距離Lに合致する磁界電流比Rを求める(ステップS4)。
次に、CPU201は、落雷開始時点の合成磁界の強度Hを、メモリ202から順次読み出し(ステップS5)、磁界電流比Rとの積H・Rを求める(ステップS7)。これは、落雷開始時点で、落雷で流れた電流の平均値Iを示す。
さらに、CPU201は、乗算部29として、求めた電流の値Iに補正係数Kを乗算する。これにより、放電路の長さのばらつきや傾きが補正された電流値Iが求められる(ステップS8)。
ステップS11で、処理が終了していると判別されると(ステップS11;Yes)、求めた落雷による電荷量Qを出力する(ステップS13)。
ある落雷について、ロゴウスキーコイルおよびサーチコイル磁界計により観測を行った。ロゴウスキーコイルは、日本国新潟県の尾神岳(Mt.0gami)に設置されており、0.1Hz〜1MHzの周波数帯域で、電波塔を流れる電流波形を観測可能になっている。観測された電流波形は、1μsでサンプリングされ、GPS時計でタイムスタンプされる。なお、観測に使用した落雷は、尾神岳で発生し、そこの電波塔を流れたものである。
雷による電磁パルスが電離層下を放射状に伝搬するときの、電磁界のシミュレーションを行った。シミュレーションには、様々な状況での雷に伴う電磁界のシミュレーションに適用されている、FDTD法(時間領域差分法)を使用した。また、座標系として、円筒座標系を使用した。放電路を大地に垂直な単純なものとし、円筒座標系での軸対象条件を適用した。また、大地および複数層構造の電離層を、水平の平行平板と仮定した。入力する電流波形として、図9に示す電流波形を使用した。
以上の落雷の観測および落雷に伴う電磁界のシミュレーションの結果に基づいて、測定された磁界波形から落雷の電荷量を求める具体的な手法の検討を行った。まず、方位推定手段や落雷位置標定システム等を利用して求められた落雷の位置から、磁界測定手段による磁界測定点までの距離を求め、その距離における磁界の大きさに対する雷電流の比を、図13から求める。その比を、磁界測定手段により測定された図8に示すような磁界波形に掛けると、放電路長が4kmの場合の雷電流波形が得られる。
また、プログラムをインターネット等の通信ネットワーク上の所定のサーバ装置が有するディスク装置等に格納しておき、例えば、搬送波に重畳させて、コンピュータにダウンロード等するようにしても良い。
また、通信ネットワークを介してプログラムを転送しながら起動実行することによっても、上述の機能を達成することができる。
更に、プログラムの全部又は一部をサーバ装置上で実行させ、その処理に関する情報をコンピュータが通信ネットワークを介して送受信しながらプログラムを実行することによっても、上述の機能を達成することができる。
なお、上述の機能を、OS(Operating System)が分担して実現する場合又はOSとアプリケーションとの協働により実現する場合等には、OS以外の部分のみを媒体に格納して配布してもよく、また、コンピュータにダウンロード等しても良い。
20 電荷量算出部
21 A/D変換器
22 ローパスフィルタ(LPF)
23 RTC
24 記憶部
25 距離判別部
26 電離層情報収集部
27 磁界電流比テーブル
28 電流計算部
29 乗算部
30 積分部(累算部)
100 落雷の電荷量推定システム
201 CPU
202 メモリ
203 入力装置
204 通信装置
205 出力装置
Claims (10)
- 測定された磁界に基づいて、落雷の電流を求め、求められた電流を積分して落雷による電荷量を求める電荷量算出手段を有し、
前記電荷量算出手段は、
前記測定された磁界に、予め設定されている磁界電流変換係数を乗算することにより前記落雷の電流を求める手段と、
前記求められた電流に、放電路の長さと傾きに基づく補正係数を乗算する手段と、
前記補正係数が乗算された電流を積分する積分手段と、
を有することを特徴とする落雷の電荷量推定システム。 - 200Hz以下の周波数を含む周波数帯域で、落雷により発生する磁界を測定する磁界測定手段を有することを特徴とする請求項1に記載の落雷の電荷量推定システム。
- 前記周波数帯域は、100Hz以下の周波数を含むことを特徴とする請求項2に記載の落雷の電荷量推定システム。
- 前記磁界測定手段で測定された磁界に、高周波数側のカットオフ周波数が100Hzのフィルタをかけるフィルタ手段を有し、
前記電荷量算出手段は、前記フィルタ手段でフィルタをかけた後の磁界に基づいて前記落雷による電荷量を求めることを特徴とする請求項2または3に記載の落雷の電荷量推定システム。 - 前記磁界測定手段は、落雷により発生する磁界の2つの直交成分を測定し、
前記磁界測定手段で測定された前記磁界の各成分に基づいて、前記落雷の方向を求める方位推定手段を更に有する、
ことを特徴とする請求項2乃至4のいずれか1項に記載の落雷の電荷量推定システム。 - 前記磁界測定手段は、前記測定された磁界が初期の極性と逆の極性の値を含まないよう、測定対象の周波数帯域に低周波領域を含んでいることを特徴とする請求項2乃至5のいずれか1項に記載の落雷の電荷量推定システム。
- 前記電荷量算出手段は、磁界または磁界に基づいて求めた電流が初期の極性と逆の極性の値を含まないよう補正した後、前記落雷による電荷量を求めることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の落雷の電荷量推定システム。
- 前記磁界電流変換係数は、落雷地点から磁界測定地点までの距離に依存する磁界の減衰と電離層の状態に依存する磁界の減衰との少なくとも一方を考慮して設定されている、
ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の落雷の電荷量推定システム。 - 測定された磁界に基づいて、落雷の電流を求めるステップと、
求められた電流を積分して落雷による電荷量を求めるステップと、
を有し、
前記電荷量を求めるステップは、
前記測定された磁界に、予め設定されている磁界電流変換係数を乗算することにより落雷の電流を求めるステップと、
前記求められた電流に、放電路の長さと傾きに基づく補正係数を乗算するステップと、
前記補正係数が乗算された電流を積分する積分ステップと、
を有することを特徴とする落雷の電荷量推定方法。 - コンピュータに、
測定された磁界に基づいて、落雷の電流を求めるステップと、
求められた電流を積分して落雷による電荷量を求めるステップと、
を実行させるプログラムであって、
前記電荷量を求めるステップは、
前記測定された磁界に、予め設定されている磁界電流変換係数を乗算することにより落雷の電流を求めるステップと、
前記求められた電流に、放電路の長さと傾きに基づく補正係数を乗算するステップと、
前記補正係数が乗算された電流を積分する積分ステップと、
を有するプログラム。
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