Rezonanțele Schumann

astăzi rezonanțele Schumann sunt înregistrate la multe stații de cercetare separate din întreaga lume. Senzorii utilizați pentru măsurarea rezonanțelor Schumann constau de obicei din două bobine inductive magnetice orizontale pentru măsurarea componentelor nord-sud și est-vest ale câmpului magnetic și o antenă dipolă electrică verticală pentru măsurarea componentei verticale a câmpului electric. O bandă de trecere tipică a instrumentelor este de 3-100 Hz., Amplitudinea câmpului electric de rezonanță Schumann (~300 microvolți pe metru) este mult mai mică decât câmpul electric static (~150 V/M) din atmosferă. În mod similar, amplitudinea de rezonanță Schumann câmp magnetic (~1 picotesla) este cu multe ordine de mărime mai mici decât câmpul magnetic al Pământului (~30-50 microteslas). Receptoare și antene specializate sunt necesare pentru detectarea și înregistrarea rezonanțelor Schumann. Componenta electrică este măsurată în mod obișnuit cu o antenă cu bilă, sugerată de Ogawa et al., în 1966, conectat la un amplificator de înaltă impedanță., Bobinele de inducție magnetică constau în mod obișnuit din zeci până la sute de mii de rotații de sârmă înfășurate în jurul unui miez cu permeabilitate magnetică foarte mare.de la începutul studiilor de rezonanță Schumann, se știa că acestea ar putea fi folosite pentru a monitoriza activitatea fulgerului global. În orice moment există aproximativ 2000 de furtuni pe tot globul. Producând aproximativ cincizeci de evenimente fulgere pe secundă, aceste furtuni sunt direct legate de semnalul de rezonanță Schumann de fundal.,determinarea distribuției spațiale a fulgerului din înregistrările de rezonanță Schumann este o problemă complexă: pentru a estima intensitatea fulgerului din înregistrările de rezonanță Schumann este necesar să se țină cont atât de Distanța față de sursele de fulgere, cât și de propagarea undelor între sursă și observator. O abordare comună este de a face o presupunere preliminară privind distribuția spațială a fulgerului, pe baza proprietăților cunoscute ale climatologiei fulgerului., O abordare alternativă este plasarea receptorului la Polul Nord sau Sud, care rămân aproximativ echidistant față de principalele centre de furtună în timpul zilei. O metodă care nu necesită ipoteze preliminare privind distribuția fulgerului se bazează pe descompunerea spectrelor medii de rezonanță Schumann de fond, utilizând raporturile dintre spectrele electrice și magnetice medii și între combinația lor liniară., Această tehnică presupune că cavitatea este simetrică sferic și, prin urmare, nu include asimetriile cavității cunoscute despre care se crede că afectează proprietățile de rezonanță și propagare ale undelor electromagnetice din sistem.variațiile Diurnaledit

cele mai bine documentate și cele mai dezbătute caracteristici ale fenomenului de rezonanță Schumann sunt variațiile diurne ale spectrului de putere de rezonanță Schumann de fond.,o înregistrare diurnă caracteristică de rezonanță Schumann reflectă proprietățile atât ale activității globale a fulgerului, cât și ale stării cavității pământ–ionosferă între regiunea sursă și observator. Câmpul electric vertical este independent de direcția sursei în raport cu observatorul și, prin urmare, este o măsură a fulgerului global., Comportamentul diurnal al câmpului electric vertical arată trei maxime distincte, asociate cu cele trei „puncte fierbinți” ale activității fulgerului planetar: unul la 9 UT (timp Universal) legat de vârful zilnic al activității furtunii din Asia de Sud-Est; unul la 14 UT legat de vârful activității fulgerului African; și unul la 20 UT legat de vârful activității fulgerului Sud-American. Timpul și amplitudinea vârfurilor variază pe tot parcursul anului, legate de schimbările sezoniere ale activității fulgerului.,în general, vârful African este cel mai puternic, reflectând contribuția majoră a „coșului” African la activitatea globală a fulgerului. Clasamentul celorlalte două vârfuri—asiatice și americane-face obiectul unei dispute viguroase între oamenii de știință de rezonanță Schumann. Observațiile de rezonanță Schumann făcute din Europa arată o contribuție mai mare din Asia decât din America de Sud, în timp ce observațiile făcute din America de Nord indică faptul că contribuția dominantă provine din America de Sud.,

Williams și Sátori sugerează că, în scopul de a obține „corect” Asia-America de fum clasament, este necesar pentru a elimina influența zi/noapte variații în ionosferice conductivitate (zi-noapte asimetrie influență) de rezonanță Schumann înregistrări. Înregistrările „corectate” prezentate în lucrarea lui Sátori, et al. arătați că, chiar și după eliminarea influenței asimetriei zi-noapte din înregistrările de rezonanță Schumann, contribuția asiatică rămâne mai mare decât cea americană.rezultate similare au fost obținute de Pechony și colab., cine a calculat câmpurile de rezonanță Schumann din datele fulgerului din satelit. S-a presupus că distribuția de fulger în hărți prin satelit a fost un bun proxy pentru Schumann excitații surse, chiar dacă observațiile prin satelit predominant măsura în nor fulger, mai degrabă decât nor-sol fulger care sunt principalele exciters de rezonanțe. Ambele simulări-cele care neglijează asimetria zi—noapte și cele care iau în considerare această asimetrie-au arătat același clasament al coșului Asia-America., Pe de altă parte, unele date optice prin satelit și climatologice sugerează că centrul de furtună din America de Sud este mai puternic decât Centrul Asiatic.motivul disparității dintre clasamentele coșurilor de fum asiatice și americane din înregistrările de rezonanță Schumann rămâne neclar și face obiectul unor cercetări ulterioare.

Influența zi-noapte asymmetryEdit

la începutul literatura observate variații diurne de rezonanță Schumann putere au fost explicate prin variațiile în sursă-receptor (fulger-observator) geometrie., S-a ajuns la concluzia că nu sunt necesare variații sistematice particulare ale ionosferei (care servește ca limită superioară a ghidului de undă) pentru a explica aceste variații. Studiile teoretice ulterioare au susținut estimarea timpurie a influenței reduse a asimetriei ionosferei zi-noapte (diferența dintre conductivitatea ionosferei zi-noapte) asupra variațiilor observate în intensitățile câmpului de rezonanță Schumann.,interesul pentru influența asimetriei zi-noapte în conductivitatea ionosferei asupra rezonanțelor Schumann a câștigat o nouă forță în anii 1990, după publicarea unei lucrări de Sentman și Fraser. Sentman și Fraser au dezvoltat o tehnică pentru a separa contribuțiile globale și locale la variațiile de putere ale câmpului observate folosind înregistrări obținute simultan la două stații care au fost larg separate în longitudine., Ei au interpretat variațiile diurne observate la fiecare stație în ceea ce privește o combinație a unei excitații globale variabile diurnal modulate de înălțimea ionosferei locale. Munca lor, care a combinat atât observațiile, cât și argumentele de conservare a energiei, a convins mulți oameni de știință despre importanța asimetriei ionosferice zi-noapte și a inspirat numeroase studii experimentale., Cu toate acestea, recent s-a demonstrat că rezultatele obținute de Sentman și Fraser poate fi de aproximativ simulat cu un model uniform (fără a lua în considerare ionosfera zi-noapte variație) și, prin urmare, nu poate fi unic interpretat exclusiv în termeni de ionosfera variație înălțime.înregistrările amplitudinii rezonanței Schumann prezintă variații semnificative diurne și sezoniere care, în general, coincid în timp cu timpul tranziției zi-noapte (terminatorul)., Această potrivire a timpului pare să susțină sugestia unei influențe semnificative a asimetriei ionosferei zi-noapte asupra amplitudinilor de rezonanță Schumann. Există înregistrări care arată o precizie aproape de ceas a modificărilor amplitudinii diurne. Pe de altă parte, există numeroase zile în care amplitudinile de rezonanță Schumann nu cresc la răsărit sau nu scad la apus. Există studii care arată că comportamentul general al înregistrărilor de amplitudine a rezonanței Schumann poate fi recreat din migrația furtunilor diurne și sezoniere, fără a invoca variații ionosferice., Două studii teoretice independente recente au arătat că variațiile puterii de rezonanță Schumann legate de tranziția zi-noapte sunt mult mai mici decât cele asociate cu vârfurile activității fulgerului global și, prin urmare, activitatea fulgerului global joacă un rol mai important în variația puterii de rezonanță Schumann.în general, este recunoscut faptul că efectele Sursă-Observator sunt sursa dominantă a variațiilor diurne observate, dar există încă controverse considerabile cu privire la gradul în care semnăturile zi-noapte sunt prezente în date., O parte din această controversă provine din faptul că parametrii de rezonanță Schumann extrași din observații oferă doar o cantitate limitată de informații despre sursa de trăsnet cuplată-geometria sistemului ionosferic. Problema inversoare observații simultan deduce atât fulger sursa funcție și ionosferice structura, prin urmare, este extrem de underdetermined, ceea ce duce la posibilitatea de non-interpretări unice.,una dintre problemele interesante din studiile de rezonanță Schumann este determinarea caracteristicilor sursei de fulgere („problema inversă”). Rezolvarea temporal fiecare Flash individuale este imposibil, deoarece rata medie de excitație de fulger, ~50 evenimente fulger pe secundă la nivel global, amestecă contribuțiile individuale împreună. Cu toate acestea, ocazional apar fulgere extrem de mari, care produc semnături distinctive care ies în evidență de semnalele de fundal., Numite „Q-exploziile”, acestea sunt produse de lovituri de trăsnet intense care transferă cantități mari de încărcare de la nori la sol și de multe ori transporta curent de vârf ridicat. Q-exploziile pot depăși amplitudinea nivelului semnalului de fundal cu un factor de 10 sau mai mult și apar cu intervale de ~10 s, ceea ce le permite să fie considerate evenimente izolate și să determine locația fulgerului sursă. Locația sursei este determinată fie cu tehnici cu mai multe stații, fie cu o singură stație și necesită asumarea unui model pentru cavitatea pământ-ionosferă., Tehnicile cu mai multe stații sunt mai precise, dar necesită facilități mai complicate și mai scumpe.în prezent, se crede că multe dintre tranzițiile tranzitorii ale rezonanțelor Schumann (exploziile Q) sunt legate de evenimentele luminoase tranzitorii (TLEs). În 1995, Boccippio și colab. a arătat că, sprite, cele mai frecvente TLE, sunt produse de pozitiv nor-sol fulger care apar în stratiform regiune de o furtună de sistem, și sunt însoțite de Q-izbucni în rezonanțele Schumann trupa., Observațiile recente arată că aparițiile de sprite și exploziile Q sunt foarte corelate, iar datele de rezonanță Schumann pot fi utilizate pentru a estima rata globală de apariție a spritelor.

temperatura Globalăedit

Williams a sugerat că temperatura globală poate fi monitorizată cu rezonanțele Schumann. Legătura dintre rezonanța Schumann și temperatură este viteza fulgerului, care crește neliniar cu temperatura., Neliniaritatea relației fulger-temperatură asigură un amplificator natural al schimbărilor de temperatură și face din rezonanța Schumann un „termometru”sensibil. În plus, particulele de gheață despre care se crede că participă la procesele de electrificare care au ca rezultat o descărcare de trăsnet au un rol important în efectele de feedback radiativ care influențează temperatura atmosferei. Prin urmare, rezonanțele Schumann ne pot ajuta să înțelegem aceste efecte de feedback., O lucrare a fost publicată în 2006 care leagă rezonanța Schumann de temperatura globală a suprafeței, care a fost urmată de un studiu din 2009.

Superior troposferic apă vaporEdit

Troposferic vapori de apă este un element-cheie al Pământului, care are efecte directe ca un gaz cu efect de seră, precum și efecte indirecte prin interacțiunea cu nori, aerosoli și troposferic chimie., Superioară troposferic vapori de apă (UTWV) are un impact mult mai mare asupra efectului de seră decât vapori de apă în atmosfera inferioară, dar dacă impactul este pozitiv sau negativ, feedback-ul este încă incertă. Principala provocare în abordarea acestei întrebări este dificultatea monitorizării UTWV la nivel global pe perioade lungi de timp. Furtunile de adâncime convective continentale produc majoritatea descărcărilor de trăsnet de pe Pământ. În plus, transportă o cantitate mare de vapori de apă în troposfera superioară, dominând variațiile UTWV globale., Prețul a sugerat că modificările UTWV pot fi derivate din înregistrările rezonanțelor Schumann.