Schumann resonanser (Svenska)

idag registreras Schumann resonanser på många separata forskningsstationer runt om i världen. Sensorerna som används för att mäta Schumann-resonanser består vanligtvis av två horisontella magnetiska induktiva spolar för mätning av magnetfältets nord-syd-och öst-västkomponenter och en vertikal elektrisk dipolantenn för mätning av den vertikala komponenten i det elektriska fältet. Ett typiskt passband av instrumenten är 3-100 Hz., Schumann resonance electric field amplitude (~300 mikrovolt per meter) är mycket mindre än det statiska rättvisa elektriska fältet (~150 V/M) i atmosfären. På samma sätt är amplituden för Schumann-resonansmagnetfältet (~1 picotesla) många storleksordningar mindre än jordens magnetfält (~30-50 microteslas). Specialiserade mottagare och antenner behövs för att upptäcka och spela in Schumann resonanser. Den elektriska komponenten mäts vanligen med en bollantenn, föreslagen av Ogawa et al., 1966, ansluten till en hög impedansförstärkare., De magnetiska induktionsspolarna består vanligtvis av tiotals till hundratusentals varv av tråd lindad runt en kärna med mycket hög magnetisk permeabilitet.

beroende av global lightning activityEdit

från början av Schumann resonansstudier var det känt att de kunde användas för att övervaka global lightning-aktivitet. Vid varje given tidpunkt finns det cirka 2000 åskväder runt om i världen. Producerar cirka femtio blixthändelser per sekund, dessa åskväder är direkt kopplade till bakgrunden Schumann resonanssignal.,

bestämning av den rumsliga lightning-distributionen från Schumann resonansposter är ett komplext problem: för att uppskatta blixtintensiteten från Schumann resonansposter är det nödvändigt att redogöra för både avståndet till lightning-källor och vågutbredning mellan källan och observatören. Ett vanligt tillvägagångssätt är att göra ett preliminärt antagande om den rumsliga blixtfördelningen, baserat på de kända egenskaperna hos lightning climatology., Ett alternativt tillvägagångssätt är att placera mottagaren vid Nord-eller Sydpolen, som förblir ungefär lika långt från de viktigaste åskväder centra under dagen. En metod som inte kräver preliminära antaganden om blixtfördelningen är baserad på sönderdelning av den genomsnittliga bakgrunden Schumann resonansspektra, utnyttja förhållanden mellan den genomsnittliga elektriska och magnetiska spektra och mellan deras linjära kombination., Denna teknik förutsätter att håligheten är sfäriskt symmetrisk och innefattar därför inte kända hålighetsasymmetrier som tros påverka resonans-och spridningsegenskaperna hos elektromagnetiska vågor i systemet.

Dygnsvariationsedit

de bästa dokumenterade och mest debatterade funktionerna i Schumann resonansfenomenet är de dagliga variationerna av bakgrunds Schumann resonanseffektspektrum.,

en karakteristisk Schumann resonans dygnsrekord återspeglar egenskaperna hos både global Blixtaktivitet och tillståndet för jord–jonosfärhålan mellan källregionen och observatören. Det vertikala elektriska fältet är oberoende av källans riktning i förhållande till observatören och är därför ett mått på global blixt., Det vertikala elektriska fältets dygnsbeteende visar tre distinkta maxima, associerade med de tre ”hot spots” av planetary lightning-aktivitet: en vid 9 UT (universell tid) kopplad till den dagliga toppen av åskväder aktivitet från Sydostasien; en vid 14 UT kopplad till toppen av afrikansk Blixtaktivitet; och en vid 20 UT kopplad till toppen av Sydamerikansk Blixtaktivitet. Tiden och amplituden för topparna varierar under hela året, kopplad till säsongsförändringar i blixtaktiviteten.,

”Chimney” rankingEdit

i allmänhet är den afrikanska toppen den starkaste, vilket återspeglar det stora bidraget från den afrikanska ”skorstenen” till global Blixtaktivitet. Rankningen av de två andra topparna-asiatiska och amerikanska—är föremål för en kraftig tvist bland Schumann resonansforskare. Schumann resonansobservationer från Europa visar ett större bidrag från Asien än från Sydamerika, medan observationer från Nordamerika visar att det dominerande bidraget kommer från Sydamerika.,

Williams och Sátori föreslår att för att få ”rätt” Asien-Amerika skorsten ranking, är det nödvändigt att avlägsna påverkan av dag/natt variationer i jonosfäriska ledningsförmåga (dag-natt asymmetri inflytande) från Schumann resonans poster. De” korrigerade ” posterna som presenteras i arbetet av Sátori, et al. visa att även efter avlägsnande av dag-natt asymmetri inflytande från Schumann resonans poster, den asiatiska bidrag förblir större än amerikanska.

liknande resultat erhölls av Pechony et al., som beräknade Schumann resonans fält från satellit lightning data. Det antogs att distributionen av blixten i satellitkartorna var en bra proxy för Schumann excitationer källor, även om satellitobservationer övervägande mäta i molnet blixtar snarare än molnet-till-marken blixten som är de primära exciters av resonanserna. Båda simuleringarna-de som försummar dag—natt asymmetrin, och de som tar hänsyn till denna asymmetri-visade samma Asien-Amerika skorsten ranking., Å andra sidan tyder vissa optiska satellit-och klimatologiska blixtdata på att South American thunderstorm center är starkare än Asian center.

orsaken till skillnaden mellan ranking av asiatiska och amerikanska skorstenar i Schumann resonance records är fortfarande oklart, och är föremål för ytterligare forskning.

påverkan av dag-natt asymmetriedit

i den tidiga litteraturen de observerade dygnsvariationerna av Schumann resonanskraft förklarades av variationerna i källmottagaren (lightning-observer) geometri., Slutsatsen drogs att det inte behövs några särskilda systematiska variationer av jonosfären (som fungerar som den övre vågledargränsen) för att förklara dessa variationer. Efterföljande teoretiska studier stödde de tidiga uppskattningarna av det lilla inflytandet av jonosfären dag-natt asymmetri (skillnad mellan dag-sida och natt-sida jonosfär ledningsförmåga) på de observerade variationerna i Schumann resonansfält intensiteter.,

intresset för påverkan av dag-natt asymmetrin i jonosfären ledningsförmåga på Schumann resonanser fick ny styrka på 1990-talet, efter publicering av ett verk av Sentman och Fraser. Sentman och Fraser utvecklade en teknik för att skilja de globala och lokala Bidragen till de observerade fälteffektvariationerna med hjälp av poster som erhållits samtidigt på två stationer som var brett åtskilda i longitud., De tolkade de dagliga variationerna som observerades vid varje station i form av en kombination av en dagligt varierande global excitation modulerad av den lokala jonosfärens höjd. Deras arbete, som kombinerade både observationer och energibesparingsargument, övertygade många forskare om betydelsen av den jonosfäriska dag-natt asymmetrin och inspirerade många experimentella studier., På senare tid har det dock visat sig att resultaten från Sentman och Fraser ungefär kan simuleras med en enhetlig modell (utan att ta hänsyn till jonosfär dag-nattvariation) och därför inte kan tolkas unikt enbart i termer av jonosfär höjdvariation.

Schumann resonance amplitude register visar betydande dygns-och säsongsvariationer som i allmänhet sammanfaller i tid med tiden för dag-natt övergång (terminator)., Denna tidsmatchning verkar stödja förslaget om ett betydande inflytande av den dag-natt jonosfäriska asymmetrin på Schumann resonans amplituder. Det finns poster som visar nästan klockliknande noggrannhet av de dagliga amplitudförändringarna. Å andra sidan finns det många dagar när Schumann resonans amplituder inte ökar vid soluppgången eller inte minskar vid solnedgången. Det finns studier som visar att det allmänna beteendet hos Schumann resonans Amplitud poster kan återskapas från dygns-och säsongs åskväder migration, utan att åberopa jonosfäriska variationer., Två senaste oberoende teoretiska studier har visat att variationerna i Schumann resonanskraft relaterad till dag-natt-övergången är mycket mindre än de som är förknippade med topparna i den globala blixtaktiviteten, och därför spelar den globala blixtaktiviteten en viktigare roll i variationen av Schumann-resonanskraften.

det är allmänt erkänt att source-observer-effekter är den dominerande källan till de observerade dygnsvariationerna, men det finns fortfarande stor kontrovers om i vilken utsträckning dag-natt-signaturer finns i uppgifterna., En del av denna kontrovers härrör från det faktum att Schumann resonansparametrarna extraheras från observationer ger endast en begränsad mängd information om den kopplade lightning source-jonosfäriska systemgeometrin. Problemet med invertering av observationer för att samtidigt dra slutsatsen både lightning source-funktionen och jonosfärisk struktur är därför extremt underbestämt, vilket leder till möjligheten till icke-unika tolkningar.,

”Inverse problem”Edit

ett av de intressanta problemen i Schumann resonances-studier bestämmer lightning source-egenskaperna (”inverse problem”). Temporalt lösa varje enskild blixt är omöjligt eftersom medelhastigheten för excitation av blixtnedslag, ~ 50 blixtnedslag händelser per sekund globalt, blandar upp de enskilda bidrag tillsammans. Men ibland uppstår extremt stora blixtar som producerar distinkta signaturer som sticker ut från bakgrundssignalerna., Kallas ”Q-skurar”, de produceras av intensiva blixtnedslag som överför stora mängder laddning från moln till marken och bär ofta hög toppström. Q-sprängningar kan överstiga amplituden för bakgrundssignalnivån med en faktor på 10 eller mer och visas med intervall på ~10 s, vilket gör att de kan betraktas som isolerade händelser och bestämma källljusplatsen. Källplatsen bestäms med antingen multi-station eller single-station tekniker och kräver att man antar en modell för jord–jonosfär hålighet., Multi-stationsteknikerna är mer exakta, men kräver mer komplicerade och dyra anläggningar.

Transient luminous events researchEdit

det är nu trodde att många av Schumann resonanser transienter (Q skurar) är relaterade till de övergående lysande händelser (TLEs). I 1995, Boccippio et al. visade att sprites, den vanligaste TLE, är producerad av positiva moln till marken lightning inträffar i stratiform regionen av ett åskväder system, och åtföljs av Q-brista Schumann resonanser band., Nya observationer visar att händelser av sprites och Q-utbrott är mycket korrelerade och Schumann resonansuppgifter kan eventuellt användas för att uppskatta den globala förekomsten av sprites.

Global temperatureEdit

Williams föreslog att den globala temperaturen kan övervakas med Schumann-resonanserna. Sambandet mellan Schumann resonans och temperatur är blixtsnabb hastighet, vilket ökar ickelinjärt med temperaturen., Den icke-linjära relationen mellan blixten och temperaturen ger en naturlig förstärkare av temperaturförändringarna och gör Schumann resonans till en känslig ”termometer”. Dessutom har de ispartiklar som tros delta i elektrifieringsprocesser som resulterar i en blixt urladdning en viktig roll i de radiativa återkopplingseffekter som påverkar atmosfärens temperatur. Schumann resonanser kan därför hjälpa oss att förstå dessa återkopplingseffekter., Ett papper publicerades 2006 som kopplar Schumann resonance till global yttemperatur, som följdes upp med en 2009-studie.

övre troposfäriska vattenånga

Troposfäriska vattenånga är en viktig del av jordens klimat, som har direkta effekter som en växthusgas, liksom indirekta effekter genom interaktion med moln, aerosoler och troposfärisk Kemi., Övre troposfäriska vattenånga (UTWV) har en mycket större inverkan på växthuseffekten än vattenånga i den nedre atmosfären, men om denna inverkan är en positiv eller en negativ feedback är fortfarande osäker. Den största utmaningen för att ta itu med denna fråga är svårigheten att övervaka UTWV globalt över långa tidsplaner. Kontinentala djupa konvektiva åskväder producerar de flesta blixtnedslag på jorden. Dessutom transporterar de stor mängd vattenånga i den övre troposfären och dominerar variationerna av global UTWV., Pris föreslog att förändringar i UTWV kan härledas från register över Schumann resonanser.