Schumann rezonance

Dnes Schumann rezonance jsou zaznamenány na mnoha samostatných výzkumných stanic po celém světě. Snímače používané pro měření Schumann rezonance se obvykle skládají ze dvou vodorovných magnetických indukčních cívek pro měření sever-jih a východ-západ složek magnetického pole a vertikálního elektrického dipólu antény pro měření vertikální složky elektrického pole. Typickým průchodem přístrojů je 3-100 Hz., Amplituda elektrického pole Schumann resonance (~300 mikrovoltů na metr) je mnohem menší než statické elektrické pole fair-weather (~150 V/m) v atmosféře. Podobně je amplituda Schumannova rezonančního magnetického pole (~1 picotesla) o mnoho řádů menší než magnetické pole Země (~30-50 mikroteslas). Pro detekci a záznam schumannových rezonancí jsou potřebné specializované přijímače a antény. Elektrická součást se běžně měří s kuličkovou anténou, navrhl Ogawa et al., v roce 1966 připojen k zesilovači s vysokou impedancí., Magnetické indukční cívky se obvykle skládají z desítek až stovek tisíc závitů drátu navinutého kolem jádra s velmi vysokou magnetickou propustností.

Závislost na globální blesk activityEdit

Od samého začátku Schumann resonance studií bylo známo, že by mohly být použity pro sledování globální bleskové aktivity. V daném okamžiku je po celém světě asi 2000 bouřek. Produkující přibližně padesát blesků za sekundu, tyto bouřky jsou přímo spojeny s pozadím Schumann rezonanční signál.,

Určení prostorové blesk distribuci od Schumann resonance záznamy je složitý problém: za účelem odhadu intenzity blesku od Schumann resonance záznamy je nutné, aby v úvahu vzdálenost k blesku zdroje a šíření vln mezi zdrojem a pozorovatelem. Společným přístupem je předběžný předpoklad o prostorovém rozložení blesku na základě známých vlastností bleskové klimatologie., Alternativním přístupem je umístění přijímače na severní nebo jižní pól, které během dne zůstávají přibližně stejně vzdálené od hlavních bouřkových Center. Jedna metoda nevyžaduje předběžné předpoklady o blesk distribuce je založena na rozkladu průměrná pozadí Schumann rezonance spektra, využitím poměry mezi průměrnou elektrických a magnetických spekter a mezi jejich lineární kombinace., Tato technika předpokládá, že dutina je sféricky symetrický a proto nemá obsahovat známé dutiny asymetrie, které jsou věřil mít vliv na rezonance a vlastnosti šíření elektromagnetických vln v systému.

denní variaceedit

nejlépe zdokumentované a Nejdiskutovanější rysy Schumannova rezonančního jevu jsou denní variace spektra Schumannovy rezonance.,

charakteristický Schumannův rezonanční denní záznam odráží vlastnosti jak globální bleskové aktivity, tak stavu dutiny země–ionosféry mezi zdrojovou oblastí a pozorovatelem. Vertikální elektrické pole je nezávislé na směru zdroje vzhledem k pozorovateli, a proto je měřítkem globálního blesku., Diurnální chování vertikální elektrické pole ukazuje tři odlišné maxima, spojené s tři „horké skvrny“ planetární bleskové aktivity: jeden v 9 UT (Universal Time) souvisí s denní vrchol bouřka činnost z Jihovýchodní Asie; jeden ve 14 UT vázána na vrchol Afrického bleskové aktivity, a jeden na 20 UT, spojené na vrcholu Jižní Ameriky bleskové aktivity. Čas a amplituda vrcholů se v průběhu roku liší v souvislosti se sezónními změnami v činnosti blesku.,

“ Chimney „rankingEdit

obecně je africký vrchol nejsilnější, což odráží hlavní přínos afrického „komína“ k celosvětové bleskové aktivitě. Pořadí dalších dvou vrcholů-asijských a amerických-je předmětem intenzivního sporu mezi Schumannovými rezonančními vědci. Schumannova rezonanční pozorování z Evropy ukazují větší přínos z Asie než z Jižní Ameriky, zatímco pozorování ze Severní Ameriky naznačují, že dominantní příspěvek pochází z Jižní Ameriky.,

Williams a Sátori naznačují, že za účelem získání „správného“ Asie-Amerika komín pořadí, je nutné odstranit vliv den/noc změny v ionosférického vodivost (den-noc, asymetrie vlivu) od Schumann resonance záznamy. „Opravené“ záznamy uvedené v díle Sátori, et al. Dokažte, že i po odstranění vlivu denní asymetrie ze Schumannových rezonančních záznamů zůstává asijský příspěvek větší než Americký.

podobné výsledky byly získány společností Pechony et al., kdo spočítal Schumannova rezonanční pole ze satelitních bleskových dat. Předpokládalo se, že distribuce blesku na satelitní mapy byl dobrý proxy pro Schumann buzení zdrojů, i když satelitní pozorování převážně opatření-cloud blesk, spíše než cloud-to-ground lightning, které jsou hlavním budiče rezonancí. Obě simulace—ty, které zanedbávají asymetrii dne a noci, a ty, které tuto asymetrii berou v úvahu-ukázaly stejné hodnocení komínů v Asii a Americe., Na druhou stranu některé optické družice a klimatologické blesky naznačují, že jihoamerické bouřkové centrum je silnější než asijské centrum.

důvod rozdílů mezi žebříčky asijských a amerických komínů v Schumannových rezonančních záznamech zůstává nejasný a je předmětem dalšího výzkumu.

Vliv den-noc asymmetryEdit

V časných literatury pozorované diurnální variace Schumann resonance síly byly vysvětleny rozdíly v zdroj-přijímač (blesk-pozorovatel) geometrie., Dospělo se k závěru, že pro vysvětlení těchto variací nejsou zapotřebí žádné zvláštní systematické variace ionosféry (která slouží jako horní hranice vlnovodu). Následné teoretické studie podporované prvních odhadů malý vliv ionosféry den-noc asymetrie (rozdíl mezi dnem a noc-straně ionosféry vodivost) na pozorované rozdíly v Schumann resonance intenzity pole.,

zájem O vlivu den-noc asymetrie v ionosféře vodivosti na Schumann rezonance získal novou sílu v roce 1990, po zveřejnění práce o Sentman a Fraser. Sentman a Frasera vyvinul techniku na samostatné globální a lokální příspěvky do pozorované oblasti moc variant na základě záznamů získaných současně na dvou stanicích, které byly široce odděleny délky., Jsou interpretovány diurnální variace pozorované v každé stanici, pokud jde o kombinaci diurnally různé globální buzení modulovaného místní ionosféry výšky. Jejich práce, která kombinovala jak pozorování, tak argumenty pro úsporu energie, přesvědčila mnoho vědců o významu ionosférické asymetrie dne a noci a inspirovala řadu experimentálních studií., Nicméně, v poslední době bylo prokázáno, že výsledky získané Sentman a Fraser může být přibližně simulované s jednotného vzoru (bez zohlednění ionosféry den-noc variace), a proto nelze jednoznačně vykládat pouze z hlediska ionosféry výška variace.

Schumannovy rezonanční amplitudové záznamy vykazují významné denní a sezónní variace, které se obecně shodují v čase s časy přechodu den-noc (Terminátor)., Zdá se, že tato časová shoda podporuje návrh významného vlivu asymetrie denní a noční ionosféry na Schumannovy rezonanční amplitudy. Existují záznamy, které ukazují téměř hodinovou přesnost denních změn amplitudy. Na druhou stranu existuje mnoho dní, kdy se amplitudy Schumannovy rezonance nezvyšují při východu slunce nebo se při západu slunce nesnižují. Existují studie, které ukazují, že obecné chování Schumann rezonance amplituda záznamů může být znovu z diurnální a sezónní bouřka migrace, a to bez vyvolání ionosférického variant., Dvě poslední nezávislé teoretické studie ukázaly, že rozdíly ve Schumann resonance moci, vztahující se k den-noc přechodu jsou mnohem menší než těch, které souvisejí s vrcholy z globální bleskové aktivity, a proto globální blesk aktivita hraje důležitou roli v variace Schumann rezonance výkon.

je obecně známo, že zdroj-pozorovatel účinky jsou dominantním zdrojem pozorované diurnální variace, ale stále značnou polemiku o tom, do jaké míry den-noc podpisy jsou přítomny v datech., Součástí této diskuse vyplývá ze skutečnosti, že Schumann resonance parametry extrahovatelné z pozorování poskytují jen omezené množství informací o kombinaci blesku zdroj-ionosférického systém geometrie. Problém invertující pozorování současně odvodit, jak blesk zdroj funkce a ionosférického struktura je tedy velmi underdetermined, což vede k možnosti non-jedinečné interpretace.,

„Inverzní problém“Upravit

Jedním ze zajímavých problémů v Schumann rezonance studie je stanovení blesku zdroj vlastnosti („inverzní problém“). Dočasné vyřešení každého jednotlivého blesku je nemožné, protože průměrná rychlost buzení bleskem, ~50 bleskových událostí za sekundu globálně, mísí jednotlivé příspěvky dohromady. Občas však dochází k extrémně velkým bleskům, které vytvářejí výrazné podpisy, které vystupují ze signálů na pozadí., Nazývají se „Q-výbuchy“, jsou produkovány intenzivními údery blesku, které přenášejí velké množství náboje z mraků na zem a často nesou vysoký špičkový proud. Q-výbuchy mohou překročit amplitudu úrovně signálu na pozadí faktorem 10 nebo více a objevit se v intervalech ~10 s, což jim umožňuje považovat je za izolované události a určit umístění zdroje blesku. Umístění zdroje je určeno buď vícestaničními nebo jednostaničními technikami a vyžaduje převzetí modelu pro dutinu země–ionosféry., Techniky multi-station jsou přesnější, ale vyžadují složitější a dražší zařízení.

Transient luminous events researchEdit

To je nyní věřil, že mnoho Schumann rezonance přechodové jevy (Q výbuchy) jsou spojeny s transient luminous events (Tle). V roce 1995, Boccippio et al. ukázal, že skřítci, nejčastější TLE, jsou vyráběny pozitivní cloud-to-ground lightning vyskytující se v stratiform regionu bouřka systém, a jsou doprovázeny Q-výbuch v Schumann rezonance kapely., Nedávná pozorování ukazují, že výskyt skřítků a Q výbuchy jsou vysoce korelované a Schumann rezonance data mohou být případně použity pro odhad globální míra výskytu skřítků.

Globální temperatureEdit

Williams navrhl, že globální teplota může být sledována pomocí Schumann rezonance. Spojení mezi Schumannovou rezonancí a teplotou je blesková rychlost, která se s teplotou nelineárně zvyšuje., Nelinearita vztahu blesku k teplotě poskytuje přirozený zesilovač teplotních změn a činí Schumannovu rezonanci citlivým „teploměrem“. Navíc, ledové částice, které jsou věřil k účasti na elektrifikaci procesy, které mají za následek výboje blesku mají důležitou roli v radiační efekty zpětné vazby, které ovlivňují atmosféru teplotu. Schumannovy rezonance nám proto mohou pomoci pochopit tyto efekty zpětné vazby., Článek byl publikován v roce 2006 spojující Schumannovu rezonanci s globální povrchovou teplotou, na kterou navázala studie z roku 2009.

Horní troposférického vody vaporEdit

Troposférického vodní páry je klíčovým prvkem Zemského klimatu, což má přímé účinky jako skleníkový plyn, stejně jako nepřímé účinky prostřednictvím interakce s mraky, aerosoly a troposférický chemie., Horní troposférického vodní páry (UTWV) má mnohem větší vliv na skleníkový efekt než vodní pára v nižších vrstvách atmosféry, ale to, zda tento vliv je pozitivní nebo negativní zpětná vazba je stále nejistý. Hlavní výzvou při řešení této otázky je obtížnost monitorování UTWV po celém světě po dlouhou dobu. Kontinentální hluboké konvekční bouřky produkují většinu výbojů blesku na Zemi. Kromě toho přepravují velké množství vodní páry do horní troposféry, dominující variacím globálního UTWV., Cena naznačila, že změny v UTWV lze odvodit ze záznamů o schumannových rezonancích.