dziś Rezonanse Schumanna są rejestrowane w wielu odrębnych stacjach badawczych na całym świecie. Czujniki stosowane do pomiaru rezonansów Schumanna składają się zazwyczaj z dwóch poziomych cewek indukcyjnych magnetycznych do pomiaru północ-południe i wschód-zachód składników pola magnetycznego oraz pionowej anteny dipolowej do pomiaru pionowego składnika pola elektrycznego. Typowe Pasmo przenoszenia instrumentów to 3-100 Hz., Amplituda pola elektrycznego rezonansu Schumanna (~300 mikrowoltów na metr) jest znacznie mniejsza niż statyczne pole elektryczne w atmosferze (~150 V/M). Podobnie Amplituda pola magnetycznego rezonansu Schumanna (~1 picotesla) jest o wiele rzędów wielkości mniejsza niż pole magnetyczne Ziemi (~30-50 mikrotesla). Do wykrywania i rejestrowania rezonansów Schumanna potrzebne są wyspecjalizowane odbiorniki i anteny. Element elektryczny jest powszechnie mierzony za pomocą anteny kulowej, sugerowanej przez Ogawa et al., w 1966 roku podłączony do wzmacniacza o wysokiej impedancji., Cewki indukcji magnetycznej zwykle składają się z dziesiątek do setek tysięcy zwojów drutu nawiniętego wokół rdzenia o bardzo wysokiej przenikalności magnetycznej.
zależność od globalnej aktywności piorunówedytuj
od samego początku badań rezonansu Schumanna wiadomo było, że mogą one być wykorzystywane do monitorowania globalnej aktywności piorunów. W danym momencie istnieje około 2000 burz na całym świecie. Wytwarzając około pięćdziesięciu piorunów na sekundę, burze te są bezpośrednio związane z tłem sygnału rezonansowego Schumanna.,
określenie przestrzennego rozmieszczenia piorunów z zapisów rezonansowych Schumanna jest złożonym problemem: aby oszacować natężenie piorunów z zapisów rezonansowych Schumanna, konieczne jest uwzględnienie zarówno odległości od źródeł piorunów, jak i propagacji fali między źródłem a obserwatorem. Powszechnym podejściem jest wstępne założenie o przestrzennym rozkładzie piorunów, w oparciu o znane właściwości Klimatologii piorunów., Alternatywnym podejściem jest umieszczenie odbiornika na Biegunie Północnym lub południowym, które pozostają w przybliżeniu w równej odległości od głównych ośrodków burz w ciągu dnia. Jedną z metod niewymagających wstępnych założeń dotyczących rozkładu pioruna jest rozkład średnich widm rezonansowych tła Schumanna, wykorzystujących proporcje między średnimi widmami elektrycznymi i magnetycznymi oraz między ich kombinacją liniową., Technika ta zakłada, że wnęka jest sferycznie symetryczna i dlatego nie obejmuje znanych asymetrii wnęki, które uważa się za wpływające na właściwości rezonansowe i propagacyjne fal elektromagnetycznych w systemie.
dobowe wariacje edytuj
najlepiej udokumentowane i najbardziej dyskutowane cechy zjawiska rezonansu Schumanna to dobowe wariacje tła Spektrum mocy rezonansu Schumanna.,
charakterystyczny zapis dobowy rezonansu Schumanna odzwierciedla właściwości zarówno globalnej aktywności pioruna, jak i stanu jamy jonosfery Ziemi pomiędzy regionem źródłowym a obserwatorem. Pionowe pole elektryczne jest niezależne od kierunku źródła względem obserwatora i dlatego jest miarą globalnego pioruna., Dobowe zachowanie pionowego pola elektrycznego pokazuje trzy odrębne Maksima, związane z trzema „gorącymi Plamami” aktywności piorunów planetarnych: jeden na 9 UT (Czas uniwersalny) związany z dziennym szczytem aktywności piorunów z Azji Południowo-Wschodniej; jeden na 14 ut związany ze szczytem aktywności piorunów afrykańskich; a jeden na 20 ut związany ze szczytem aktywności piorunów południowoamerykańskich. Czas i amplituda szczytów różnią się w ciągu roku, związane z sezonowymi zmianami aktywności piorunów.,
ranking „komin „edytuj
ogólnie rzecz biorąc, szczyt afrykański jest najsilniejszy, odzwierciedlając główny wkład afrykańskiego” komina „w globalną aktywność piorunów. Ranking dwóch pozostałych szczytów-azjatyckiego i amerykańskiego – jest przedmiotem ożywionego sporu wśród naukowców Schumanna. Obserwacje rezonansowe Schumanna z Europy wykazują większy wkład z Azji niż z Ameryki Południowej, podczas gdy obserwacje z Ameryki Północnej wskazują, że dominujący wkład pochodzi z Ameryki Południowej.,
Williams i Sátori sugerują, że aby uzyskać „poprawny” ranking kominów w Azji i Ameryce, konieczne jest usunięcie wpływu dzienno-nocnych zmian przewodnictwa jonosferycznego (wpływ asymetrii dzień-noc) z zapisów rezonansu Schumanna. „Poprawione” zapisy przedstawione w dziele Sátori, et al. pokaż, że nawet po usunięciu wpływu asymetrii dzień-noc z płyt rezonansowych Schumanna, wkład Azjatycki pozostaje większy niż Amerykański.
podobne wyniki uzyskali Pechony i wsp., który obliczył pola rezonansowe Schumanna na podstawie danych z satelity. Zakładano, że rozmieszczenie błyskawic na mapach satelitarnych było dobrym proxy dla źródeł wzbudzeń Schumanna, mimo że obserwacje satelitarne głównie mierzą błyskawice w chmurze, a nie błyskawice od chmury do ziemi, które są głównymi wzbudzaczami rezonansów. Obie symulacje-pomijające asymetrię dzień-noc oraz te uwzględniające tę asymetrię-pokazały ten sam ranking Azji-Ameryki., Z drugiej strony, niektóre dane z satelitów optycznych i klimatologicznych piorunów sugerują, że Południowoamerykańskie centrum burz jest silniejsze niż Centrum Azjatyckie.
przyczyna rozbieżności między rankingami azjatyckich i Amerykańskich kominów w zapisach rezonansowych Schumanna pozostaje niejasna i jest przedmiotem dalszych badań.
wpływ asymetrii dzień-nocedytuj
we wczesnej literaturze obserwowane dobowe wahania mocy rezonansu Schumanna tłumaczone były wahaniami geometrii źródło-odbiornik (Błyskawica-obserwator)., Stwierdzono, że żadne szczególne systematyczne różnice jonosfery (która służy jako górna granica falowodu) nie są potrzebne do wyjaśnienia tych różnic. Późniejsze badania teoretyczne potwierdziły wczesne szacunki niewielkiego wpływu asymetrii jonosfery dzień-noc (różnica między przewodnością jonosfery po stronie dziennej i nocnej) na obserwowane zmiany intensywności pola rezonansowego Schumanna.,
zainteresowanie wpływem asymetrii dzień-noc w przewodności jonosfery na Rezonanse Schumanna nabrało nowej siły w latach 90., po opublikowaniu pracy Sentmana i Frasera. Sentman i Fraser opracowali technikę oddzielenia globalnego i lokalnego wkładu do obserwowanych zmian mocy pola za pomocą rekordów uzyskanych jednocześnie w dwóch stacjach, które były szeroko oddzielone w długości geograficznej., Zinterpretowali dobowe zmiany obserwowane na każdej stacji w kategoriach kombinacji dwuręcznego zróżnicowania globalnego wzbudzenia modulowanego przez lokalną wysokość jonosfery. Ich praca, która łączyła zarówno obserwacje, jak i argumenty dotyczące zachowania energii, przekonała wielu naukowców o znaczeniu jonosferycznej asymetrii dzień-noc i zainspirowała wiele badań eksperymentalnych., Jednak ostatnio wykazano, że wyniki uzyskane przez Sentmana i Frasera mogą być w przybliżeniu symulowane za pomocą jednolitego modelu (bez uwzględnienia jonosfery zmienność dzień-noc) i dlatego nie mogą być interpretowane wyłącznie w kategoriach zmienności wysokości jonosfery.
rejestry amplitudy rezonansu Schumanna wykazują znaczne wahania dobowe i sezonowe, które na ogół pokrywają się w czasie z czasami przejścia dzień-noc (terminator)., To dopasowanie czasowe wydaje się wspierać sugestię znaczącego wpływu asymetrii jonosfery dzień-noc na amplitudy rezonansu Schumanna. Istnieją zapisy pokazujące niemal zegarową dokładność dobowych zmian amplitudy. Z drugiej strony, jest wiele dni, kiedy amplitudy rezonansu Schumanna nie zwiększają się o wschodzie słońca lub nie zmniejszają się o zachodzie słońca. Istnieją badania pokazujące, że ogólne zachowanie zapisów amplitudy rezonansu Schumanna można odtworzyć z dziennej i sezonowej migracji burz, bez odwoływania się do zmian jonosferycznych., Dwa ostatnie niezależne badania teoretyczne wykazały, że zmiany w mocy rezonansu Schumanna związane z dniem i nocą są znacznie mniejsze niż te związane ze szczytami globalnej aktywności pioruna, a zatem globalna aktywność pioruna odgrywa ważniejszą rolę w zmianie mocy rezonansu Schumanna.
ogólnie uznaje się, że efekty źródło-obserwator są dominującym źródłem obserwowanych zmian dobowych, ale nadal istnieją znaczne kontrowersje co do stopnia, w jakim sygnatury dzień-noc są obecne w danych., Część tej kontrowersji wynika z faktu, że parametry rezonansu Schumanna wydobywane z obserwacji dostarczają jedynie ograniczonej ilości informacji o sprzężonej geometrii układu pioruna-jonosfery. Problem odwracania obserwacji w celu jednoczesnego wywnioskowania zarówno funkcji źródła pioruna, jak i struktury jonosferycznej jest zatem skrajnie niedookreślony, co prowadzi do możliwości niekonwencjonalnych interpretacji.,
„problem odwrotności”Edit
jednym z ciekawych problemów w badaniach rezonansów Schumanna jest określenie charakterystyki źródła pioruna („problem odwrotności”). Tymczasowe rozdzielenie każdego pojedynczego błysku jest niemożliwe, ponieważ średnia szybkość wzbudzenia przez piorun, ~50 zdarzeń pioruna na sekundę globalnie, miesza poszczególne wkłady razem. Jednak od czasu do czasu pojawiają się bardzo duże błyski, które wytwarzają charakterystyczne sygnatury, które wyróżniają się na tle sygnałów., Nazywane „Q-bursts”, są one wytwarzane przez intensywne uderzenia pioruna, które przenoszą duże ilości ładunku z chmur na ziemię i często przenoszą wysoki prąd szczytowy. Q-bursts może przekraczać amplitudę poziomu sygnału tła o współczynnik 10 lub więcej i pojawiają się z interwałami ~10 s, co pozwala na uznanie ich za pojedyncze zdarzenia i określenie lokalizacji źródła pioruna. Lokalizacja źródła jest określana technikami wielostanowiskowymi lub jednostanowiskowymi i wymaga założenia modelu dla jam ziemsko-jonosferycznych., Techniki wielostanowiskowe są dokładniejsze, ale wymagają bardziej skomplikowanych i kosztownych urządzeń.
Transient luminous events researchEdit
obecnie uważa się, że wiele transjentów rezonansowych Schumanna (Q bursts) jest związanych z przemijającymi zdarzeniami świetlnymi (tles). W 1995 roku Boccippio et al. pokazano, że sprity, najczęściej TLE, są wytwarzane przez dodatnie błyskawice od chmury do ziemi występujące w regionie stratiformu systemu burz i towarzyszą Q-burst w paśmie rezonansów Schumanna., Ostatnie obserwacje ujawniają, że wystąpienia sprite 'ów i q są wysoce skorelowane, a dane rezonansowe Schumanna mogą być wykorzystane do oszacowania globalnego wskaźnika występowania sprite' ów.
temperatura globalna
Williams zasugerował, że temperatura globalna może być monitorowana za pomocą rezonansów Schumanna. Związek między rezonansem Schumanna a temperaturą jest szybkość błysku błyskawicy, która zwiększa się nieliniowo wraz z temperaturą., Nieliniowość relacji Błyskawicy do temperatury zapewnia naturalny wzmacniacz zmian temperatury i sprawia, że rezonans Schumanna jest czułym „termometrem”. Ponadto cząstki lodu, które uważa się za biorące udział w procesach elektryfikacji, które prowadzą do wyładowań atmosferycznych, odgrywają ważną rolę w promieniotwórczych efektach sprzężenia zwrotnego, które wpływają na temperaturę atmosfery. Rezonanse Schumanna mogą zatem pomóc nam zrozumieć te efekty sprzężenia zwrotnego., W 2006 roku opublikowano artykuł łączący rezonans Schumanna z globalną temperaturą powierzchni, a następnie badania z 2009 roku.
Górna troposferyczna para wodnaedytuj
Troposferyczna para wodna jest kluczowym elementem klimatu Ziemi, który ma bezpośrednie skutki jako gaz cieplarniany, a także pośrednie skutki poprzez interakcję z chmurami, aerozolami i chemią troposferyczną., Górna troposferyczna para wodna (UTWV) ma znacznie większy wpływ na efekt cieplarniany niż para wodna w dolnej atmosferze, ale czy wpływ ten jest dodatnim czy ujemnym sprzężeniem zwrotnym jest nadal niepewna. Głównym wyzwaniem w rozwiązywaniu tego problemu jest trudność w monitorowaniu sieci UTWV na całym świecie w długim okresie. Kontynentalne burze głęboko konwekcyjne wytwarzają większość wyładowań atmosferycznych na Ziemi. Ponadto transportują one duże ilości pary wodnej do górnej troposfery, dominując nad odmianami globalnego UTWV., Cena sugerowała, że zmiany w UTWV można wyprowadzać z zapisów rezonansów Schumanna.
Dodaj komentarz