＜スポラディックE層の知識＞
2007/09/13 日記<スポラディックE層>
スポラディックE層
スポラディックE層(すぽらでぃっくいーそう、Es層、略称EスポまたはEs）とは、春から夏ごろにかけて、主に昼間に、上空約100km付近に局地的に突発的(sporadic)に発生する電離層である。Esの電子密度が極度に高い場合は、F層でも反射できないVHF帯の電波をも反射するという特殊な性質がある。
発生時の状況
30MHz以上の電波の周波数は、VHF(Very High Frequency)と呼ばれ、通常は電離層を突きぬけ、見通し距離外の伝播は出来ない。ところが、スポラディックE層と呼ばれる特殊な電離層が発生すると、そうした通常は電離層を通り抜ける30-150MHzのVHF電波が、同スポラディックE層により反射されるようになる。このため、韓国などの周辺諸国や離島・地方の大出力局のテレビやラジオ|FMラジオ電波が、スポラディックE層で反射して、日本へも強く受信され、テレビの1-3チャンネル (テレビ放送)|チャンネルやFMラジオ放送に混信による画像や音声の乱れが生じることがある。アマチュア無線では21MHz帯以上のアマチュア無線の周波数帯|周波数の反射が顕著で、長距離（300〜1500キロ以上）の交信が可能となる。（ただし、21MHz以下の周波数でもEスポによる反射は起こっている。）
観測方法
電離層の反射状態を知るためには地上の2点間の通信状況を監視する他、横軸に周波数、縦軸に高度、カラーコンターでエコー強度を示したイオノグラムの観測結果が利用されている（外部リンク [http://wdc.nict.go.jp/ISDJ/index.html] を参照）。これはレーダー（イオノゾンデ）を用いて地表から上空に電波を発射し、電離層で反射して地表面に戻ってくるまでの時間を測定し、電離層の高度と反射強度の検出結果をグラフ化したものである。Eスポ発生時には、高度100km付近において周波数軸に対し、反射層が水平方向に直線で伸び、電波を強く反射する層がイオノグラムに現れる。イオノグラムは、観測地点のピン・ポイント情報しか得られないため、Eスポの平面的・地域分布情報は得られない。
Eスポの地域分布を中国からのFM放送反射波を受信することで得ようとするアイディアはあるが、実現はされていない。
発生の傾向
Eスポは、季節的には5月中旬〜8月上旬に発生頻度が高い。時間的には、11時〜12時と17時〜18時頃に最も出現頻度が高い。また数日続けて同じ時刻近辺にEスポが出現しやすい傾向があるが、発生頻度は不規則である。Eスポの発生頻度に地域的偏りがあり、その原因は不明であるが、地球上では日本付近において最も出現率が高いことが知られている。通常の電離層（D,E,F層)と比べると、電子密度が極めて高いのがスポラディックE層の特徴で、上空約100kmで雲のような状態で分布し、高速に移動する。夜間に発生するVHF帯での異常伝播は、E層でのFAIと呼ばれる電離層構造が出来るという説もある。FAIとは、Es層内プラズマ中の不安定な構造が、地磁気の磁力線に沿った鉛直方向に対して電子密度が高くなる濃淡構造言う。FAIは磁力線に直行の方向から入射する電波を強く後方散乱し、夏の夜半前にしばしば現れると言われている。電離層(D,E,F層)の電子密度の変化は、11年周期の太陽活動との相関が高いことが知られているが、スポラディックE層では、出現頻度や最大電子密度と太陽活動との関係は無い。流星を起源とする金属イオンによって高い電子密度が保たれるため流星群の出現と相関があるとする説や、ある特定の気圧配置において出現しやすいとする説もあったが、現在では、ウィンドシアー理論によるスポラディックE層の生成過程説が有力的に支持されている。アマチュア無線家の間では、50MHz帯の異常伝播の傾向について、栗山晴二の唱えた「キングソロモンの法則」が知られている（「キングソロモン」は、氏のコールサイン J2KS, JA1KSに因むものである）。“日本列島を寒冷前線が縦断した時、且つ雲が垂れ込めていると発生し易い”というものである。但し、気象現象は対流圏内(およそ上空10km程度まで)の活動であるにも関わらず、なぜE層の高さ（上空100kmの電離層、熱圏）にまで影響するのかといった因果関係を説明できる科学的な根拠は無く、経験則の域を出られなかった。一方、VHF帯の電波は、対流圏内に形成されるダクトと呼ばれる伝播経路が形成されることで異常伝播が起こることも知られており、｢キングソロモンの法則｣では、スポラディックE層による異常伝播、流星エコー、対流圏内ダクトによる異常伝播が区別できていなかったと考えられる。1500kmを越えるVHFの異常伝播は、複数のEスポの発生によるマルチホップよりも、F層でのVHF電波の反射、中緯度の赤いオーロラ、赤道上空高高度の電離構造(プラズマバブル)などが関係しているのかもしれない。Eスポが地震の前に多発するとする主張もあるが、Eスポの発生頻度は季節変動が明らかな現象であり、Eスポ発生原因が地震であると判断できる明確な観測事実はなく、Eスポ発生と地震との関連には否定的見解が主流である。電波は地中での減衰が極めて大きく、地中では電波の通過が出来ないため、震源で岩盤崩壊時、石英などがピエゾ効果により発生した電波が地表まで出ることは不可能と考えられる。関連項目
外部リンク
日本国内の電離層観測データ（独立行政法人 情報通信研究機構）
Eスポ解説
名古屋大学 太陽地球環境研究所 電磁気圏環境部門 (第2部門・豊川)
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