(57)【要約】【課題】どの雷雲のどの位置で、次に雷が発生するのかを自動的に予測することができる雷発生位置予測装置を提供する。【解決手段】雷発生に先行して放射されるγ線を検出する複数のγ線検出装置から成るγ線検出部１と、γ線検出部の複数のγ線検出装置で検出されたγ線の入射方向に基づき雷発生位置を予測する予測部２〜５を備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
雷発生に先行して放射されるγ線を検出する複数のγ線検出装置から成るγ線検出部と、
前記γ線検出部の複数のγ線検出装置で検出されたγ線の入射方向に基づき雷発生位置を予測する予測部と、
を備えることを特徴とする雷発生位置予測装置。
【請求項２】
前記予測部は、前記γ線検出部の複数のγ線検出装置で同時にγ線が検出された場合に、検出された複数のγ線の入射方向からγ線発生位置を算出し、算出されたγ線発生位置を雷発生位置として予測するγ線発生位置算出部を含むことを特徴とする請求項１記載の雷発生位置予測装置。
【請求項３】
前記γ線検出部の複数のγ線検出装置は、０．１ＭｅＶから１０ＭｅＶのエネルギーを有するγ線を検出することを特徴とする請求項１記載の雷発生位置予測装置。
【請求項４】
前記予測部は、前記γ線検出部の複数のγ線検出装置で検出されたγ線を１ミリ秒から１秒の時間幅単位で入力するデータ入力部を含み、
前記γ線発生位置算出部は、前記データ入力部で同時に複数のγ線が入力された場合に、入力された複数のγ線の入射方向からγ線発生位置を算出し、算出されたγ線発生位置を雷発生位置として予測することを特徴とする請求項２記載の雷発生位置予測装置。
【請求項５】
雷発生に先行して放射される複数のγ線を検出する検出ステップと、
検出された複数のγ線の入射方向に基づき雷発生位置を予測する予測ステップと、
を備えることを特徴とする雷発生位置予測方法。
【請求項６】
前記予測ステップでは、同時に複数のγ線が検出された場合に、検出された複数のγ線の入射方向からγ線発生位置を算出し、算出されたγ線発生位置を雷発生位置として予測することを特徴とする請求項５記載の雷発生位置予測方法。
【請求項７】
前記検出ステップでは、０．１ＭｅＶから１０ＭｅＶのエネルギーを有するγ線を検出することを特徴とする請求項５記載の雷発生位置予測方法。
【請求項８】
前記予測ステップでは、前記検出ステップで検出されたγ線を１ミリ秒から１秒の時間幅単位で入力し、複数のγ線が入力された場合に、入力された複数のγ線の入射方向からγ線発生位置を算出し、算出されたγ線発生位置を雷発生位置として予測することを特徴とする請求項６記載の雷発生位置予測方法。
【請求項９】
請求項５乃至請求項８のいずれか１項記載の雷発生位置予測方法をコンピュータに実行させるための雷発生位置予測プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、雷の発生位置を予測する雷発生位置予測装置、雷発生位置予測方法および雷発生位置予測プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の雷発生位置の予測は、例えば、雷観測網を設置し、落雷時に発生する電磁波を観測することによって落雷を検出し、過去数時間以内に発生した雷の履歴、過去の経験および現在の気象データを勘案し、次に雷発生地域がどこに移動しそうかを、人間がおおまかに推測することにより行われている。
【０００３】
そのため、次にどの雷雲で雷が発生するかについて、詳細かつ具体的に知ることができず、また、無人で自動的に推定することができず、不便であった。
【０００４】
なお、雷に関連する技術として、例えば特許文献１は、高い精度で雷の発生位置を推定することができる発雷位置推定システムを開示している。この発雷位置推定システムは、複数のセンサを配置し、発雷を感知したセンサの位置の重心を算出して、この重心の位置を発雷位置と推定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３３７３２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した従来の技術では、雷が発生した後に、その発生位置を推定するものであり、雷が発生する前に雷の発生位置を予測することはできなかった。そこで、どの雷雲のどの位置で、次に雷が発生するのかを自動的に予測することができる技術の開発が望まれている。
【０００７】
本発明は、上述した要請に応えるためになされたものであり、その課題は、どの雷雲のどの位置で、次に雷が発生するのかを自動的に予測することができる雷発生位置予測装置、雷発生位置予測方法および雷発生位置予測プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る雷発生位置予測装置は、雷発生に先行して放射されるγ線を検出する複数のγ線検出装置から成るγ線検出部と、γ線検出部の複数のγ線検出装置で検出されたγ線の入射方向に基づき雷発生位置を予測する予測部とを備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る雷発生位置予測方法は、雷発生に先行して放射される複数のγ線を検出する検出ステップと、該検出された複数のγ線の入射方向に基づき雷発生位置を予測する予測ステップとを備えることを特徴とする。
【００１０】
さらに、本発明に係る雷発生位置予測プログラムは、上述した雷発生位置予測方法をコンピュータに実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、雷発生に先行して放射されるγ線を複数のγ線検出装置で検出し、検出された複数のγ線の入射方向に基づき雷発生位置を予測するので、どの雷雲のどの位置で、次に雷が発生するのかを自動的に予測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の原理を説明するための図である。
【図２】本発明の実施例１に係る雷発生位置予測装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施例１に係る雷発生位置予測装置のγ線検出装置で得られる情報を説明するための図である。
【図４】本発明の実施例１に係る雷発生位置予測装置で使用されるデータテーブルの例を示す図である。
【図５】本発明の実施例１に係る雷発生位置予測装置のγ線発生位置算出部の動作を説明するための図である。
【図６】本発明の実施例２に係る雷発生位置予測装置の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施例２に係る雷発生位置予測装置で使用されるデータテーブルの例を示す図である。
【図８】本発明の実施例３に係る雷発生位置予測装置の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の実施例３に係る雷発生位置予測装置で使用されるデータテーブルの例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００１４】
本発明は、図１に示すような自然現象を観測することによって実現される。すなわち、地球には、常時「宇宙線」と呼ばれる高エネルギー粒子（後述する二次粒子に対し、一次粒子と称される）が、宇宙空間から降り注いでおり、それら一次粒子が地球大気を構成する原子（酸素や窒素など）の原子核と衝突すると、二次粒子と称される粒子群が生成される。それら二次粒子のうち、本発明では、β線と呼ばれる粒子を利用する。
【００１５】
β線は、β線シャワーとして地表に向かって降り注ぐが、それらβ線は、雷発生直前の雷雲中で相対論的速度（準光速）まで加速され、その後に急減速される。この急減速に伴い、高エネルギーのγ線が制動放射され、地上に降り注ぐ。この制動放射によるγ線の量は、雷発生の約１分前に最大化する。なお、これらの詳細は、「H.Tsuchiya et al.“Detection of High-Energy Gamma Rays from Winter Thunderclouds” Physical Review Letters，99(16),2007-10,pp.165002-1-4(American Physical Society） http：//link.aps.org/abstract/PRL/v99/e165002」に開示されている。
【００１６】
以上のことから、雷発生直前に雷雲中で生成される高エネルギーγ線を観測することにより、雷雲のどの位置で雷が発生しそうであるかを知ることができる。
【００１７】
図２は、本発明の実施例１に係る雷発生位置予測装置の構成を示すブロック図である。この雷発生位置予測装置は、γ線検出部１、データ入力部２、データテーブル３、適合データ抽出部４、γ線発生位置算出部５および表示部６を備えている。本発明の予測部は、これらの構成要素のうちのデータ入力部２、データテーブル３、適合データ抽出部４およびγ線発生位置算出部５から構成されている。
【００１８】
γ線検出部１は、Ｍ個（Ｍは２以上の整数）のγ線検出装置から構成されている。γ線検出装置としては、γ線を検出する既成の多線式比例計数箱（Multi-Wire Proportional Chamber；ＭＷＰＣ）などを用いることができる。このＭＷＰＣなどから構成されたγ線検出装置によって、図３に示すような、γ線の情報、つまり入射方向に関する「入射方向情報」と、γ線のエネルギーに関する「エネルギー情報」とを取得できる。γ線検出部１を構成するＭ個のγ線検出装置は、有線または無線によってデータ入力部２に接続されている。
【００１９】
データ入力部２は、γ線検出部１を構成するＭ個のγ線検出装置の各々で検出されたγ線の入射方向情報を収集し、γ線観測データとしてデータテーブル３に送る。データテーブル３では、γ線観測データは、図４に示す形式で整理される。図４において、ｔはγ線が観測された時刻であり、太字のｒはγ線の入射ベクトルである。
【００２０】
なお、明細書中では、入射ベクトルは、単に「ｒ」と表す。ここで、ｔの間隔は、１ミリ秒幅から１秒幅の間で設定される。このデータテーブル３に格納されているγ線観測データは、データ入力部２を介して適合データ抽出部４から参照される。
【００２１】
適合データ抽出部４は、データテーブル３上で、γ線検出部１を構成するＭ個のγ線検出装置でγ線が同時に観測された時刻におけるγ線観測データを抽出し、γ線発生位置算出部５に送る。たとえば、３台以上のγ線検出装置でγ線が同時に観測された場合を抽出するものとすると、図４に示すデータテーブル３上の、ｔ＝ｔｎ＋４におけるγ線観測データのみが、γ線発生位置算出部５に送られる。
【００２２】
γ線発生位置算出部５は、適合データ抽出部４から受け取ったγ線観測データを用いてγ線発生位置を算出する。具体的には、γ線発生位置算出部５は、全てのγ線入射ベクトルとの距離を最小とする空間上の点を算出する。例えば、図５に示すように、３個のγ線入射ベクトルｒ１、ｒ２およびｒ３を用いる場合は、下記（１）式で得られる値が最小となる点Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）を算出する。
【００２３】
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ここで、Ｒ１はγ線入射ベクトルｒ１までの距離、Ｒ２はγ線入射ベクトルｒ２までの距離Ｒ３はγ線入射ベクトルｒ３までの距離である。Ｒ１とγ線入射ベクトルｒ１とは直角であり、Ｒ２とγ線入射ベクトルｒ２とは直角であり、Ｒ３とγ線入射ベクトルｒ３とは直角である。
【００２４】
このγ線発生位置算出部５で算出された空間上の点Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）は、γ線発生位置、つまり、雷発生予測位置として表示部６に送られる。
【００２５】
表示部６は、γ線発生位置算出部５から送られてくる空間上の点Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）を、雷発生予測位置として表示する。
【００２６】
以上説明したように、本発明の実施例１に係る雷発生位置予測装置によれば、雷雲から発生する高エネルギーγ線を観測することにより、雷発生を事前に知ることができる。
【実施例２】
【００２７】
図６は、本発明の実施例２に係る雷発生位置予測装置の構成を示すブロック図である。この雷発生位置予測装置は、γ線検出部１、データ入力部２Ｂ、データテーブル３Ｂ、適合データ抽出部４Ｂ、γ線発生位置算出部５および表示部６を備えている。
【００２８】
なお、γ線検出部１、γ線発生位置算出部５および表示部６の構成および動作は、上述した実施例１に係る雷発生位置予測装置の構成および動作と同じであるので、説明を省略し、以下においては、実施例１と相違する部分についてのみ説明する。
【００２９】
データ入力部２Ｂは、γ線検出部１を構成するＭ個のγ線検出装置の各々で検出されたγ線の入射方向情報およびエネルギー情報を収集し、γ線観測データとしてデータテーブル３Ｂに送る。データテーブル３Ｂでは、γ線観測データは、図７に示す形式で整理される。
【００３０】
図７において、ｔはγ線が観測された時刻であり、太字のｒはγ線の入射ベクトルであり、Ｅはγ線のエネルギーである。ここで、ｔの間隔は、１ミリ秒幅から１秒幅の間で設定される。このデータテーブル３Ｂに格納されているγ線観測データは、データ入力部２Ｂを介して適合データ抽出部４Ｂから参照される。
【００３１】
適合データ抽出部４Ｂは、データテーブル３Ｂ上で、γ線検出部１を構成するＭ個のγ線検出装置で、０．１ＭｅＶから１０ＭｅＶの間のエネルギーを有するγ線が同時に観測された時刻におけるγ線観測データを抽出し、γ線発生位置算出部５に送る。
【００３２】
たとえば、３台以上のγ線検出装置で、０．１ＭｅＶから１０ＭｅＶの間のエネルギーを有するγ線が同時に観測された場合を抽出するものとすると、図７のデータテーブル３Ｂ上の、ｔ＝ｔｎ＋４におけるγ線観測データのみが、γ線発生位置算出部５に送られる。
【００３３】
以上説明したように、本発明の実施例２に係る雷発生位置予測装置によれば、雷雲から発生する高エネルギーγ線のうち、所定の大きさエネルギーを有するγ線を選択的に観測して雷発生を事前に予測するので、雷発生位置の予測の精度を高めることができる。
【実施例３】
【００３４】
図８は、本発明の実施例３に係る雷発生位置予測装置の構成を示すブロック図である。この雷発生位置予測装置は、γ線検出部１Ｃ、データ入力部２Ｃ、データテーブル３Ｃ、適合データ抽出部４Ｃ、γ線発生位置算出部５および表示部６を備えている。
【００３５】
なお、γ線発生位置算出部５および表示部６の構成および動作は、上述した実施例１に係る雷発生位置予測装置の構成および動作と同じであるので、説明を省略し、以下においては、実施例１と相違する部分についてのみ説明する。
【００３６】
γ線検出部１Ｃは、以下の点を除き、実施例１に係る雷発生位置予測装置のγ線検出部１と同じである。すなわち、γ線検出部１Ｃは、Ｍ個のγ線検出装置の各々で検出されたγ線のうち、エネルギーが０．１ＭｅＶから１０ＭｅＶの間にあるγ線の情報のみをデータ入力部２Ｃに送る。
【００３７】
データ入力部２Ｃは、γ線検出部１を構成するＭ個のγ線検出装置の各々から送られてくるエネルギーが０．１ＭｅＶから１０ＭｅＶの間にあるγ線の入射方向情報を収集し、γ線観測データとしてデータテーブル３Ｃに送る。データテーブル３Ｃでは、γ線観測データは、図９に示す形式で整理される。
【００３８】
図９において、ｔはγ線が観測された時刻であり、太字のｒはγ線の入射ベクトルであり、ａｖｅ（太字のｒ）は入射ベクトルｒの平均値である。ここで、ｔの間隔は、１ミリ秒幅から１秒幅の間で設定する。一つの時間幅内に複数のγ線が入射した場合には、それらγ線の入射ベクトルの平均値がとられてデータテーブル３Ｃに格納される。このデータテーブル３Ｃに格納されているγ線観測データは、データ入力部２Ｃを介して適合データ抽出部４Ｃから参照される。
【００３９】
適合データ抽出部４Ｃは、データテーブル３Ｃ上で、γ線検出部１を構成するＭ個のγ線検出装置でγ線が同時に観測された時刻におけるγ線観測データを抽出し、γ線発生位置算出部５に送る。たとえば、同時に３台以上のγ線検出装置で、０．１ＭｅＶから１０ＭｅＶの間のエネルギーを有するγ線が観測された場合を抽出するものとすると、図７のデータテーブル３Ｂ上の、ｔ＝ｔｎ＋４におけるγ線観測データのみが、γ線発生位置算出部５に送られる。
【００４０】
以上説明したように、本発明の実施例３に係る雷発生位置予測装置によれば、雷雲から発生する高エネルギーγ線が所定時間内に複数発生した場合には、それらの平均値を用いて雷発生を予測するので、γ線の多寡に拘わらず雷発生を予測することができる。
【００４１】
なお、以上説明した実施例１〜実施例３に係る雷発生位置予測装置はハードウェアにより実現されるものとして説明したが、雷発生位置予測装置の各構成要件の機能をプログラムで実現し、そのプログラムをコンピュータに読み込んで実行することにより、上述した雷発生位置予測装置と同等の機能を実現するように構成することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、雷の発生を正確に予測することが要求されるシステムに利用可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１、１Ｃ  γ線検出部
２、２Ｂ、２Ｃ  データ入力部
３、３Ｂ、３Ｃ  データテーブル
４、４Ｂ、４Ｃ  適合データ抽出部
５  γ線発生位置算出部
６  表示部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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