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短波通信が途絶する「ブラックアウト」の発生しやすさを表す新指標を定義

〜信頼性の高い宇宙天気予報の実現に貢献し、短波通信の安定運用に期待〜
2025年11月14日

地球電磁気・地球惑星圏学会
防衛大学校
国立研究開発法人情報通信研究機構

概要

防衛大学校、国立研究開発法人情報通信研究機構(NICT(エヌアイシーティー))、名古屋大学の研究グループは、日本国内4か所のイオノゾンデの40年以上にわたる観測データを解析し、ブラックアウトの発生しやすさには太陽フレアの規模だけでなく、フレア発生前の電離圏の状態が強く依存していることを突き止めました。本共同研究グループは、この「電離圏の状態」を定量的に示す新しい指標 fBを定義し、この指標を用いることでブラックアウト発生の予測精度が劇的に向上することを確認しました。本成果は、より信頼性の高い宇宙天気予報の実現に貢献し、航空無線や防災無線など、社会基盤を支える短波通信の安定運用につながることが期待されます。
本プレスリリースは、地球電磁気・地球惑星圏学会(SGEPSS)が本共同研究グループによる論文を「プレスリリース論文」として選定して発表するものです。

背景

電離圏の反射を利用している短波通信は、航空機無線や災害時の長距離通信に使用されています。しかし、太陽フレアによって短波通信が使用困難となるデリンジャー現象(SWF)が発生することがあります。最悪の場合、全ての短波通信が途絶するブラックアウト(図1)に至ります。従来のSWF予測は、主に太陽フレアの規模(フレアクラス)に基づいて行われてきました。しかし、同規模のフレアでもブラックアウトの発生有無や継続時間にばらつきがあり、フレアクラスのみでは十分な予測ができないことが課題となっていました。

今回の成果

図1 フレア発生前後のイオノグラムとブラックアウト予測パラメータについて
本研究では1981年から2024年にかけて日本国内のイオノゾンデ観測でとらえられた多数のSWF事例を統計的に解析しました。その結果、SWF事例とブラックアウトには季節依存性があることがわかりました。また、世界中でオーロラが見られた2024年5月のSWF事例を詳細に分析したところ、5月11日には「負相嵐」が発生しており、この時のブラックアウトの継続時間は沖縄(図1右上)で35分間、負相嵐の影響が顕著であった稚内(図1左上)で約105分間であったことがわかりました。これにより、電離圏の状態がブラックアウトの発生しやすさや継続時間に大きく影響していることが判明しました。そこで、フレア発生直前のイオノグラム(F2層臨界周波数 fo F2と最小反射周波数fmin)から、「ブラックアウトになりやすい電離圏の状態」を表す新指標fBを定義しました。このfBをSWF予測に組み込むことで、SWFの規模を再現できるだけでなく、ブラックアウト発生の予測精度が劇的に向上することを実証しました。

今後の展望

新指標fBは、既存のイオノゾンデ観測網からリアルタイムで取得できる情報に基づいています。将来的に、この指標を宇宙天気予報システムに組み込むことで、ブラックアウト発生のナウキャスト予測精度向上が期待でき、通信障害に備えた事前対策がより効果的になります。なお、本研究結果の詳細については、地球電磁気・地球惑星圏学会 2025年秋季総会・講演会(2025年11月25日、神戸大学にて開催予定)で発表される予定です。

発表情報

  • 学会:地球電磁気・地球惑星圏学会 2025年秋季年会
  • 著者名:北島 慎之典, 渡邉 恭子, 陣 英克, 垰 千尋, 増田 智, 西岡 未知
  • 発表タイトル:イオノゾンデによるブラックアウト予測パラメータの導出
  • 発表日:2025年11月25日

用語解説

イオノゾンデ / イオノグラム / fo F2 / fmin
イオノゾンデは、地上から電離圏へ電波を発射し、反射して戻ってくるまでの時間や周波数から電離圏の状態を観測する装置。イオノゾンデで観測されたデータをイオノグラムと呼び、図1のように横軸が周波数、縦軸が高度(送受信の時間差)、色で電離圏エコーの受信強度を表す。最小反射周波数(fmin)はイオノグラムで観測できる電離圏エコーの周波数の最小値でSWFの規模を表す指標。F2層臨界周波数(fo F2)は電離圏で最も電子密度が高いF2層の最大電子密度を示す指標。
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ブラックアウト / デリンジャー現象(SWF: Shortwave Fadeout) 太陽フレアからのX線や極端紫外線放射により電離圏下部の電子密度が急増し、短波通信が吸収されてしまう現象。特に、全ての短波通信が完全に途絶してしまう状態をブラックアウトと呼ぶ。イオノグラムでは図1の下図のように電離圏エコーが消失する。 元の記事へ

太陽フレア / フレアクラス 太陽フレアは、太陽表面で起こる爆発現象。フレアクラスはフレアの規模を表す指標で、GOES衛星で観測されたフレアX線(1-8 Å)放射強度の最大値により決定されている。 元の記事へ

新指標 fB
本研究で定義した、フレア発生前の電離圏の状態(ブラックアウトの起こりやすさ)を表すパラメータ。フレア直前のfo F2とfminの値(fo F20と fmin0と表記)より計算(fB= fo F20/(fo F20-fmin0))。
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負相嵐 地磁気嵐などの影響で、電離圏全体の電子密度が通常よりも減少する現象。負相嵐発生時にはfo F2の値が通常よりも小さくなる。 元の記事へ

本件に関する問合せ先

防衛大学校 地球海洋学科

北島 慎之典、渡邉 恭子
Tel: 046-841-3810

E-mail: kwatanaアットマークnda.ac.jp

国立研究開発法人情報通信研究機構
電磁波研究所
電磁波伝搬研究センター
宇宙環境研究室

陣 英克

E-mail: jinアットマークnict.go.jp

国立研究開発情報通信研究機構
広報部 報道室

E-mail: publicityアットマークnict.go.jp

SGEPSSプレスリリース担当

運営委員 原田 裕己
Tel: 052-747-6337

E-mail: press2025アットマークsgepss.org

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