Schumann resonanser

i Dag Schumann resonanser er spilt inn på mange egen forsknings-stasjoner rundt om i verden. Sensorene brukes til å måle Schumann resonanser vanligvis består av to horisontale magnetisk induktiv spoler for måling av nord-sør og øst-vest komponenter av det magnetiske feltet, og en vertikal elektrisk dipol antenne for måling av vertikale komponenten av det elektriske feltet. En typisk passband av instrumentene er 3-100 Hz., Den Schumann-resonansen elektrisk felt amplitude (~300 microvolts per meter) er mye mindre enn den statiske fair-vær elektrisk felt (~150 V/m) i atmosfæren. På samme måte, amplitude av Schumann-resonansen magnetfelt (~1 picotesla) er mange størrelsesordener mindre enn jordas magnetfelt (~30-50 microteslas). Spesialisert mottakere og antenner er nødvendig for å oppdage og registrere Schumann resonanser. Den elektriske komponenten er vanligvis målt med en ball antenne, foreslått av Ogawa et al. i 1966, koblet til en høy-impedans forsterker., Den magnetiske induksjonsspoler vanligvis består av titalls til hundrevis av tusenvis av svingene i tråd viklet rundt en kjerne av svært høy magnetisk permeabilitet.

Avhengighet av global lyn activityEdit

Fra begynnelsen av Schumann-resonansen studier, det var kjent at de kan brukes til å overvåke globale lyn aktivitet. Til enhver tid er det rundt 2000 tordenvær over hele verden. Produserer ca femti lyn hendelser per sekund, disse tordenvær er direkte knyttet til bakgrunnen Schumann-resonansen signal.,

å Bestemme den romlige lyn distribusjon fra Schumann-resonansen records er et komplekst problem: for å beregne lyn intensitet fra Schumann-resonansen poster det er nødvendig å gjøre rede for både avstanden til lyn kilder og bølgeutbredelse mellom kilde og observatør. En vanlig tilnærming er å foreta en foreløpig antakelse på den romlige lyn fordeling, basert på de kjente egenskapene til lyn climatology., En alternativ tilnærming er å plassere mottakeren på Nord-eller Sydpolen, som fortsatt er omtrent like langt fra de viktigste tordenvær sentre i løpet av dagen. En metode som ikke krever foreløpige antakelser om lyn fordelingen er basert på dekomponering av gjennomsnittlig bakgrunn Schumann-resonansen spektra, utnytte forholdstall mellom gjennomsnittlig elektriske og magnetiske spektra og mellom deres lineær kombinasjon., Denne teknikken tar hulrom er sfærisk symmetrisk og derfor ikke har kjent hulrom asymmetrier som antas å påvirke resonans og forplantning egenskaper til elektromagnetiske bølger i systemet.

Døgnvariasjoner variationsEdit

Den best dokumentert og mest debattert funksjoner av Schumann-resonansen fenomenet er døgnlige variasjoner av bakgrunnen Schumann-resonansen power spekteret.,

En karakteristisk Schumann-resonansen døgnvariasjoner posten reflekterer egenskaper både globale lyn aktivitet og tilstand på Jorden–ionosfæren hulrommet mellom kilde-regionen og observatør. Den vertikale elektriske feltet er uavhengig av retning av kilden i forhold til observatør, og er derfor en grad av global lyn., De daglige atferd av den vertikale elektriske feltet viser tre forskjellige maxima, som er forbundet med de tre «hot spots» av planetenes lyn aktivitet: ett på 9 UT (Universal Time) knyttet til den daglige toppen av tordenvær aktivitet fra Sørøst-Asia, ett på 14 UT lenket til toppen av Afrikanske lyn aktivitet, og en på 20 UT lenket til toppen av Sør-Amerikanske lyn aktivitet. Tid og amplitude av toppene varierer gjennom året, knyttet til sesongmessige endringer i lyn aktivitet.,

«Skorstein» rankingEdit

generelt, den Afrikanske peak er den sterkeste, noe som gjenspeiler den store bidrag til den Afrikanske «skorstein» til global lyn aktivitet. Rangeringen av de to andre topper—Asiatisk og Amerikansk—er gjenstand for sterk uenighet blant Schumann-resonansen forskere. Schumann-resonansen observasjoner gjort fra Europa viser et større bidrag fra Asia enn fra Sør-Amerika, mens observasjoner gjort fra Nord-Amerika viser det dominerende bidraget kommer fra Sør-Amerika.,

Williams og Sátori foreslår at for å få «riktig» Asia-Amerika skorstein rangeringen, er det nødvendig å fjerne påvirkning av dagen/natten variasjoner i ionosfæriske ledningsevne (dag-kveld asymmetri innflytelse) fra Schumann-resonansen poster. Den «korrigert» poster presentert i arbeidet med Sátori, et al. viser at selv etter fjerning av dag-natt asymmetri innflytelse fra Schumann-resonansen poster, Asian bidrag er fortsatt større enn Amerikansk.

Tilsvarende resultater ble oppnådd ved Pechony et al., som beregnet Schumann-resonansen felt fra satellitt lyn data. Det ble antatt at fordelingen av lyn på satellitt kart var en god proxy for Schumann excitations kilder, selv om satellitt observasjoner hovedsakelig måle i-sky lyn snarere enn sky-til-bakke lyn som er den primære exciters av resonanser. Både simuleringer—de neglisjere dag-natt asymmetri, og de som tar denne asymmetri i betraktning—viste den samme Asia-Amerika skorstein rangering., På den annen side, noen optiske satellitt-og klimatologiske lyn data tyder på det Sør-Amerikanske tordenvær center, er sterkere enn den Asiatiske center.

grunnen til forskjellen mellom rangeringen av Asiatiske og Amerikanske skorsteiner i Schumann-resonansen poster forblir uklart, og er gjenstand for videre forskning.

Innflytelse av dag-natt asymmetryEdit

I tidlig litteratur observert døgnlige variasjoner av Schumann-resonansen makt var forklares med variasjoner i kilde-mottaker (lyn-observatør) geometri., Det ble konkludert med at ingen bestemt systematiske variasjoner av ionosfæren (som fungerer som øverste waveguide grensen) er nødvendig for å forklare disse variasjonene. Senere teoretiske studier støttet tidlige beregninger av liten innflytelse av ionosfæren dag-natt asymmetri (forskjellen mellom dag-side og natt-side ionosfæren konduktivitet) på den observerte variasjoner i Schumann-resonansen feltintensitet.,

interessen for påvirkning av dag-natt asymmetri i ionosfæren ledningsevne på Schumann resonanser fått ny styrke i 1990-årene, etter publisering av et verk av Sentman og Fraser. Sentman og Fraser utviklet en teknikk for å skille den globale og den lokale bidrag til observert feltet makt variasjoner ved hjelp av registre innhentet samtidig på to stasjoner som var allment delt i lengde., De tolket den døgnlige variasjoner observert på hver stasjon i form av en kombinasjon av en diurnally varierende global eksitasjon modulert av den lokale ionosfæren høyde. Deres arbeid, kombinert både observasjoner og energiøkonomisering argumenter, overbevist om at mange forskere betydningen av ionosfæriske dag-natt asymmetri og inspirert en rekke eksperimentelle studier., Men nylig ble det vist at resultatene som oppnås ved Sentman og Fraser kan være ca simulert med en enhetlig modell (uten å ta hensyn til ionosfæren dag-natt variasjon), og kan derfor ikke være entydig tolkes utelukkende i form av ionosfæren høyde variasjon.

Schumann-resonansen amplitude det kan dokumenteres betydelige døgnvariasjoner og sesongmessige variasjoner som generelt faller sammen i tid med tiden av dag-natt-overgang (terminator)., Denne gangen-matching synes å støtte forslaget om en betydelig innflytelse av dag-natt ionosfæren asymmetri på Schumann-resonansen amplituder. Det finnes opptegnelser som viser nesten klokke-som korrektheten av de daglige amplitude endringer. På den annen side, er det mange dager da Schumann-resonansen amplituder ikke øke ved soloppgang eller ikke reduseres ved solnedgang. Det er studier som viser at den generelle virkemåten av Schumann-resonansen amplitude poster kan bli gjenskapt fra døgnvariasjoner og sesongbasert tordenvær migrasjon, uten å ta i bruk ionosfæriske variasjoner., To nye uavhengige teoretiske studier har vist at variasjoner i Schumann-resonansen makt knyttet til dag-natt overgangen er mye mindre enn de som er forbundet med toppene i den globale lyn aktivitet, og derfor er den globale lyn aktivitet spiller en viktigere rolle i variasjonen av Schumann-resonansen makt.

Det er generelt anerkjent at kilde-observatør effekten er den dominerende kilden til den observerte døgnlige variasjoner, men det er fortsatt stor uenighet om i hvilken grad en dag-natt signaturer er tilstede i data., En del av denne uenigheten stammer fra det faktum at Schumann-resonansen parametere data fra observasjoner gir bare en begrenset mengde informasjon om kombinert lightning source-ionosfæriske system geometri. Problemet med å snu observasjoner samtidig grunn til å anta at både lyn kilde funksjon og ionosfæriske struktur er derfor svært underdetermined, som fører til muligheten av ikke-unike tolkninger.,

«Inverse problem»Edit

En av de interessante problemstillinger Schumann resonanser studier er å finne lightning source egenskaper (den «omvendte» – problemet). Timelig å løse hver enkelt flash er umulig fordi gjennomsnittlig pris av eksitasjon av lynet, ~50 lyn hendelser per sekund globalt, mikser opp den enkelte bidrag sammen. Men, av og til ekstremt store lyn oppstår som produserer særegne signaturer som skiller seg ut fra bakgrunnen signaler., Kalles «Q-utbrudd», de er produsert av intens lynnedslag som overfører store mengder kostnad fra skyene til bakken og ofte bære high peak strøm. Q-utbrudd kan overskride amplitude på bakgrunn signal nivå med en faktor på 10 eller mer og vises med intervaller på ~10 s, som tillater dem å bli vurdert som isolerte hendelser og finne kilden lyn beliggenhet. Kilde plasseringen fastsettes enten multi-stasjon eller single-stasjon teknikker og krever forutsatt en modell for Jorden–ionosfæren hulrom., Multi-stasjonen teknikker er mer nøyaktig, men krever mer komplisert og dyrt utstyr.

Forbigående lysende hendelser researchEdit

Det er nå antatt at mange av Schumann resonanser transienter (Q-utbrudd) som er knyttet til forbigående lysende hendelser (Apostlenes). I 1995, Boccippio et al. viste at sprites, den mest vanlige TLE, er produsert av positive sky-til-bakke lyn som oppstår i stratiform regionen av et tordenvær system, og er ledsaget av Q-brast i Schumann resonanser band., Nyere observasjoner viser at forekomster av sprites og Q serieopptak er høyt korrelert og Schumann resonanser data kan muligens brukes til å beregne den globale forekomst rate av sprites.

Global temperatureEdit

Williams foreslått at den globale temperaturen kan overvåkes med Schumann resonanser. Koblingen mellom Schumann-resonansen og temperatur er lyn pris, noe som øker nonlinearly med temperaturen., Den nonlinearity av en lightning-til-temperatur forhold gir en naturlig forsterker av temperatur endringer og gjør Schumann-resonansen en følsom «termometer». Videre ispartikler som antas å delta i elektrifisering prosesser som resulterer i en lyn utslipp har en viktig rolle i radiative tilbakemeldinger effekter som påvirker atmosfæren temperatur. Schumann resonanser kan derfor hjelpe oss til å forstå disse feedback-effekter., Et papir ble publisert i 2006 knytter Schumann-resonansen til global overflatetemperatur, som ble fulgt opp med en studie i 2009.

Øvre tropospheric vann vaporEdit

Tropospheric vanndamp er en viktig del av klimaet på Jorden, som har direkte virkninger som en drivhusgass, samt indirekte effekter gjennom interaksjon med skyer, aerosoler og tropospheric kjemi., Øvre tropospheric vanndamp (UTWV) har en mye større innvirkning på drivhuseffekten enn vanndamp i den nedre atmosfæren, men om denne virkningen er en positiv eller en negativ feedback er fortsatt usikkert. Den viktigste utfordringen i å ta opp dette spørsmålet er vanskelig å overvåke UTWV globalt over lange tidsperioder. Kontinental dyp-konvektiv tordenvær produsere de fleste av lyn utslipp på Jorden. I tillegg, de transporterer store mengden av vanndamp i den øvre troposfæren, dominerer varianter av global UTWV., Pris foreslått at endringene i UTWV kan være avledet fra registreringer av Schumann resonanser.