Определение параметров мировых гроз по записям шумановского резонанса (еще раз о точечном источнике в исследованиях шумановского резонанса)

Abstract

Применение записей глобального электромагнитного (шумановского) резонанса в исследованиях полости Земля–ионосфера вызывает постоянный интерес, поскольку они позволяют оценивать глобальные характеристики нижней ионосферы и динамику мировых гроз по наблюдениям одного или нескольких пунктов. Решение обратной задачи строится на разнообразных подходах. Мы используем простейшую модель точечного источника. Для описания вертикального профиля проводимости атмосферы использована «модель колена». Дистанция источник–приемник и ее вариации оценивались по первой пиковой частоте шумановского резонанса, наблюдаемого в горизонтальных компонентах магнитного поля, поскольку эта частота пропорциональна расстоянию до источника. Оценив дальность, можно получить сезонные изменения интенсивности источников, если использовать энергию наблюдаемых колебаний. Нами использована запись украинской антарктической станции «Академик Вернадский». Показано, что сезонный дрейф мировых гроз по широте оценивается величиной около 20°, а годовые изменения уровня мировой грозовой активности достигают 1,5 раз. Подтверждена неодинаковая продолжительность «электромагнитных» сезонов: летнее (крайнее северное) положение гроз охватывает до 120 сут, а зимнее – около 60 сут. Продолжительность весны, когда мировые грозы дрейфуют с юга на север, короче, чем продолжительность осени. Полученные оценки хорошо согласуются с данными независимых регистраций шумановского резонанса, с климатологическими данными и оптическими наблюдениями вспышек молний на околоземной орбите.

Застосування записів глобального електромагнітного (шуманівського) резонансу в дослідженнях порожнини Земля–іоносфера постійно викликає інтерес, оскільки вони дозволяють оцінювати глобальні характеристики нижньої іоносфери та динаміку світових гроз за спостереженнями одного або декількох пунктів. Розв’язання зворотної задачі базується на різноманітних підходах. Ми використаємо найпростішу модель точкового джерела. Для опису вертикального профілю провідності атмосфери використано «модель коліна». Дистанція джерело–приймач та її варіації оцінювалися за першою піковою частотою шуманівського резонансу, що спостерігався в горизонтальних компонентах магнітного поля, оскільки ця частота є пропорційною відстані до джерела. Оцінивши дистанцію, можна отримати сезонні зміни інтенсивності джерел, якщо використати енергію спостережуваних коливань. Нами використано запис української антарктичної станції «Академік Вернадський». Показано, що сезонний дрейф світових гроз вздовж широти оцінюється величиною близько 20°, а річні зміни рівня світової грозової активності досягають 1,5 рази. Підтверджено неоднакову тривалість «електромагнітних» сезонів: літнє розташування (крайнє північне) гроз сягає до 120 діб, а зимове – близько 60 діб. Тривалість весни, коли світові грози дрейфують з півдня на північ, коротші за тривалість осені. Отримані оцінки добре узгоджуються з даними незалежних реєстрацій шуманівського резонансу, з кліматологічними даними й оптичними спостереженнями спалахів блискавок на навколоземній орбіті.

Application of the records of global electromagnetic (Schumann) resonance in the Earth–ionosphere cavity attracts the permanent attention, as it allows the assessment of the global characteristics of the lower ionosphere and the dynamics of planetary thunderstorms by using a single or a small number of observatories. Solutions of the inverse problem are based on different approaches. We use a simple model of a point source in the present study. The vertical profile of the atmosphere conductivity is described by the “knee” model. The source–observer distance and its variations were evaluated from the first Schumann resonance peak frequency observed in the horizontal components of the magnetic field, since this frequency is proportional to the distance from the source. After estimating the source range, one can obtain the seasonal changes in their intensity by using the observed energy of oscillations. We process a fragment of the records at the Ukrainian Antarctic station “Academician Vernadsky”. We show that the seasonal latitudinal drift of global thunderstorms is estimated by 20°, and annual changes in the level of global lightning activity reach the factor of 1.5. The unequal duration of the “electromagnetic seasons” is confirmed: the summer (the farthest northern position of global thunderstorms) lasts for 120 days, while the winter is about 60 days. The duration of spring is shorter than that of the fall. The estimates obtained reasonably agree with the Schumann resonance data, with the climatology data, and optical observations of lightning flashes from the Earth’s orbit.