第16回 宇宙天気ユーザーズフォーラム
2021年11月30日

宇宙天気とHF帯電波伝搬北海道大学附属図書館

前田隼前田 隼（まえだ・じゅん） JL8AQH
・中学生の頃無線を始め，アフガニスタンにいる国連職員と知り合う．農学部へ．
海外との交信がきっかけで外国語への興味が抑えられず，文学部へ．
電離層へのロマンが抑えられず，理学部へ．
・現在は大学職員として食いつなぎつつ，出張時は必ず無線機とアンテナを持参（コロナ渦以前の目下の関心事はスムーズな保安検査のパス）．
・アマチュア無線の月刊誌CQ ham radio，電波伝搬予報担当（2015-現在）．

2000 2010 2012
農業工学

言語学

2015

2019

2020

電離圏の研究博士（理学）
職員（学術情報基盤整備）

アマチュア無線免許
JL8AQHDL/JL8AQH

XV9XX

F6KAR, EI7KV,
HB9/JL8AQH

1

本講演の目的とトピック

目的：HF帯ユーザーとNICTをつなぐ（ユーザーからのフィードバックを喚起→宇宙天気情報のさらなる充実）
トピック
・HF帯ユーザーとしてのアマチュア無線局
・宇宙天気とHF帯電波伝搬・こんな宇宙天気予報はいかがでしょう
・HF-START vs VOACAP・HF帯電波伝搬データと電離圏研究
2

周波数スペクトラムとユーザー
航空無線

AMラジオ

長波 中波
（LF）（MF）

アマチュア無線(HF帯は約 3 MHzおき)

超短波
（VHF）

短波（HF）

3

FMラジオ GNSS

30

イオノゾンデ極超短波 マイクロ波（UHF） （SHF）
300

防災無線
鉄道無線

3000

航空無線（HF～VHF）

(MHz)

船舶無線
（長距離はHFから衛星通信へ）

AMラジオ（MF）

アマチュア無線（HF）

イオノゾンデ（HF）

防災無線（VHF）

3

HF帯ユーザーとしてのアマチュア無線局

98%

総務省「平成29年度電波の利用状況調査の評価について（概要版）」

4

HF帯（アマチュア無線）5

HF帯は小さな設備（電力・アンテナ）で遠くと通信ができる

電離層による反射のおかげ＝通信状態は宇宙天気に大きく左右される
2.0 m

出力50Wの無線設備1924年アップルトン（英）によりE層発見．
それから100年弱の歴史

2.0 m

6

HF帯は小さな設備（電力・アンテナ）で遠くと通信ができる

1.5 m

7

宇宙天気ユーザーとしてのアマチュア無線局

アマチュア局（日本）：38万局（HF免許：25万局）→

https://www.tele.soumu.go.jp/j/musen/toukei/index.htm
https://www.hamlife.jp/2021/11/02/soumusyo-toukei-202109/

宇宙天気ユーザー：～10万局くらい？

特徴：
・たぶん一番一般市民的
・長期よりも短期予報が気になる・利害がないので，いい意味で感覚的，楽観的・理論的にはよくわからない現象を当然のように知っている（＝使っている）ので，科学とのマッチング（理論や観測によるサポート）が必要
8アマチュア無線ユーザーが注目する宇宙天気ニュース>
https://www.swpc.noaa.gov/products/solar-cycle-progression

https://www.hamlife.jp/2021/10/28/sunspot-20211028/

長期よりも短期予報が気になる

9

アマチュア無線ユーザーが知っていること＆知らないこと
実際のHF帯電波伝搬→理論と実際の食い違い→どうやら教科書的理解に限界があること→瞬時に理解できない複雑な伝搬があること
アンテナ→HF帯アンテナの性能特性を把握することの困難さ→ある程度どんぶり勘定であとは電離層まかせで楽しんでしまう
例）低い打上角が良いとは限らない
10アマチュア無線ユーザーが知っていること＆知らないこと

実際のHF帯電波伝搬
20,000㎞越えのロングパスなんて朝飯前

理論上のHF帯電波伝搬
概念は知っているが体感（実証）が難しい

11アマチュア無線ユーザーが知っていること＆知らないこと

リアルタイムの電波伝搬
実際の電波伝搬を可視化されている

https://pskreporter.info/pskmap.html
12アマチュア無線ユーザーが知っていること＆知らないこと
太陽活動周期にあわせた運用周波数の選択

長期的な見通しについては，（天気予報の長期予報と同じように）参考程度に受け止めている

https://g7vjr.org/2021/03/club-log-activity-report-2021-update/https://www.swpc.noaa.gov/products/solar-cycle-progression 13

宇宙天気とHF帯電波伝搬・太陽フレア/CME・オーロラ
・LSTID・MSTID・プラズマバブル・赤道異常・ポーラーパッチ・スポラディックE
https://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Ionosphere14

アマチュア無線ユーザーから見た宇宙天気

デリンジャー現象→よく知られている

15

アマチュア無線ユーザーから見た宇宙天気

磁気嵐・電離圏嵐→区別・体感が難しい一方，気になるNICT

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アマチュア無線ユーザーから見た宇宙天気オーロラ

Sigernes. F., et al.(2011)，JSWSC, https://doi.org/10.1051/swsc/2011003

NASA images→なんとなく体感的に理解
17アマチュア無線ユーザーから見た宇宙天気

スポラディックE（Eスポ）NICT→バッチリ意識している（＝楽しんでいる）

18

需要の大きい宇宙天気情報はこれだ（アマチュア無線ユーザーにとって）（最優先）
数時間～1，2日先の状況について知りたい・デリンジャー現象が起きるか？
・F層の調子は良いか？（=foF2はいくらか）
・なんとなく通信状態が悪化する見込みか（＝電離圏嵐が起きるのか＝夜更かし，早起きするに値するのか）・今宵カリブ海は聞こえるか（＝オーロラ活動は静穏か）

宇宙天気情報センターにまとめられている（次に優先）
リアルタイムで知りたい

需要あり・Eスポは出てるか？どのへんか？（現状，面的な情報がない）・ロングパスは好調か？（＝赤道異常は発達しているか）
PSK reporterで判断可
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宇宙天気予報，こんなのいかがでしょう
一アマチュア無線ユーザーからの提案

雨の予想：天気予報の例

九州は東シナ海側を中心に発達した雨雲が流れ込み、激しい雨が予想されています。
多いところでは明日19日(火)までの24時間で150mm、局地的には200mm近い大雨になる予想です。
熊本県・宮崎県・鹿児島県の一部では、16日(土)の大雨によって、既に地中に大量の水分が含まれて、地盤が緩くなっているところがあります。道路冠水や河川氾濫に加えて、土砂災害の発生に厳重な警戒が必要です。
（2020/05/18 05:19 ウェザーニュース）21

Eスポの予想：宇宙天気予報の例
きょうは電離圏も穏やかな一日となりました．
あすの予報です．
あすは九州上空でつよいスポラディックEが発生するでしょう．
昼過ぎから午後2時頃にかけて，九州周辺ではHF～VHFの異常伝搬に注意が必要です．
アンテナは50MHzを準備しておきましょう．
楽しい初夏のEスポ伝搬となりそうです．
以上，宇宙天気予報をお伝えしました．

22

Eスポの予想：宇宙天気予報の例
きょうはスポラディックEの活発な一日となりました．
九州上空では，午前10時頃から昼前にかけてつよいスポラディックEが発生しました．
HF～VHFでは異常伝搬が確認されています．

あすも引き続き，Eスポ伝搬に注意が必要です．
以上，宇宙天気予報をお伝えしました．
Maeda et al. (2016), Geophys. Res. Lett., doi:10.1002/2015GL067585.

23

HF-STARTvsVOACAP

アマチュア無線ユーザーとHF帯電波伝搬シミュレーション
HF-STARTによるシミュレーション→日本語で使える，自分でできる→伝搬が「見える」！
→リアルタイムで「ホンモノ」の伝搬

アマチュア無線の月刊誌，CQ ham radio, CQ出版社

VOACAPによる月間電波伝搬予報→日本語訳が必要→伝搬が使える時間や周波数を地域別に予測→特にビーコンのない地域を予測

CQ ham radio 2021年5月号, CQ出版社

25

26

ユーザー・インターフェース：VOACAP

送受信点

モード・出力周波数等シミュレーションの選択

ユーザー・インターフェース：HF-START

電離圏モデル
日時
送信点
天頂角・周波数

受信点
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シミュレーション結果：VOACAP

28

シミュレーション結果：HF-START

国内伝搬

海外伝搬

・電波伝搬が「見える」
・周波数の違い → ホップ数の違い が明確→ 反射高度の違い

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HF-START & VOACAP

相補的ないい関係＝対立ではなく共存を

HF-STARTここがすごい
・電波伝搬が可視化される

VOACAP
ここがすごい・シミュレーションの多様性（見せ方）期待する点
・送受信点の選択をより簡単に・天頂角を打上角に・図を拡大できるとうれしい・Eスポを反映できる？

期待する点
・精度（ちょっと大雑把な印象）
・電波伝搬が見えるように・リアルタイム性30

アマチュア無線データから電離圏を紐解くアマチュア無線と科学（電離圏研究）をつなぐ

アメリカではすでに行われている・太陽フレア，皆既日食に伴う電波伝搬実験
・電離圏そのもの＋HF帯電波伝搬への影響を観測

https://hamsci.org/

32

実は今，HF帯電波伝搬は「初めてのサイクル」を迎えている

デジタル通信（FT8）

モールス通信

音声通信

2006

2008

2010

2012

2014

2016

2018

2020

https://g7vjr.org/2021/03/
club-log-activity-report2021-update/

HF帯電波伝搬に新たな地平線 = 電離圏メカニズムへの新たな知見

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宇宙天気とHF帯電波伝搬・国内HF帯ユーザーの98％がアマチュア無線局
・短期的（数時間～1，2日先の）予測に需要あり
・リアルタイムなEスポの面的情報に需要あり
・HF-STARTのUI向上や新機能にさらなる期待・高SNRのデジタルモード（FT8）の普及で新たな電波伝搬が見つかる可能性＝HF帯電波伝搬は科学的にもフロンティア
・アマチュア無線データを利用した宇宙天気と電波伝搬，電離圏研究の可能性 → 航空無線等への還元
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ご清聴ありがとうございました

NASA images