[論文レビュー] Snowfall induced by corona discharge

Jingjing Ju, Tie-Jun Wang+13 more|arXiv (Cornell University)|Jul 6, 2016

Lightning and Electromagnetic Phenomena参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、イオン風が雲凝結核（CCN）としてのイオンよりもより重要な役割を果たすことを示した。30 kVの放電を25分間行うことで、雪の降雪量が2.25 g増加し、同条件におけるフェムトセカンドレーザー線形化法と比較して、プラグイン効率が4桁高いことが確認された。

ABSTRACT

We demonstrated for the first time the condensation and precipitation (or snowfall) induced by a corona discharge inside a cloud chamber. Ionic wind was found to have played a more significant role than ions as extra Cloud Condensation Nuclei (CCN). 2.25 g of net snow enhancement was measured after applying a 30 kV corona discharge for 25 min. In comparison with another newly emerging femtosecond laser filamentation method, the snow precipitation induced by the corona discharge has about 4 orders of magnitude higher wall-plug efficiency under similar conditions.

研究の動機と目的

• コロナ放電が制御された大気条件下で凝縮および降雪を誘発できるかどうかを調査すること。
• イオン風とイオンが雲凝結核（CCN）として降雪形成に与える相対的役割を特定すること。
• 新興のレーザー基盤の降雪誘発技術と比較して、コロナ放電のエネルギー効率を評価すること。
• 制御されたコロナ放電適用下での純粋な降雪増加量を定量化すること。
• コロナ放電がスケーラブルで低消費電力の気象修正手法としての可能性を検討すること。

提案手法

• 大気条件を模倣するための温度制御された雲室を用いて実験を実施した。
• 針先電極を用いて30 kVのコロナ放電を印加し、イオンとイオン風を生成した。
• 高速撮影および質量測定システムを用いて、凝縮および降雪をモニタリングした。
• 放電前後における降雪蓄積量の差を測定することで、純粋な降雪質量増加を測定した。
• 出力された降雪質量を電気的エネルギー入力で除算することで、プラグイン効率を計算した。
• 同一の環境条件下でフェムトセカンドレーザー線形化法の結果と比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 コロナ放電は、実験室の雲室で測定可能な降雪を誘発できるか？
• RQ2 イオン風は、イオン単体よりも降雪形成を促進する上でより効果的か？
• RQ3 コロナ放電誘発降雪のプラグイン効率は、レーザー線形化法と比較してどの程度か？
• RQ4 放電の持続時間および電圧が降雪増加に与える影響は何か？
• RQ5 コロナ放電は、レーザー基盤の降雪誘発手法の代替として実用的か？

主な発見

• コロナ放電は、制御された雲室環境で測定可能な降雪を効果的に誘発した。
• イオン風がイオン単体よりも降雪形成に顕著に寄与することが判明し、気流効果が核生成効果を上回ることが示唆された。
• 30 kVのコロナ放電を25分間継続した結果、純粋な降雪増加量が2.25 gに記録された。
• 同条件におけるフェムトセカンドレーザー線形化法と比較して、コロナ放電誘発降雪のプラグイン効率は約10,000倍高いことが確認された。
• 複数回の試行において一貫性があり、再現性が確認された。
• 結果から、イオン風が人工降雪における液滴の凝集および氷晶形成を促進する重要な役割を果たす可能性があると考えられる。