Український антарктичний журнал

№ 2 (2021): Український антарктичний журнал
Articles

Оцінка похибок пеленгації потужних розрядів блискавок за вимірюваннями ННЧ-сплесків

PDF (English)
  • А. Швець,
  • О. Буданов,
  • О. Колосков,
  • О. Ніколаєнко,
  • О. Швець,
  • Ю. Ямпольський
А. Швець
Інститут радіофізики та електроніки ім. О.Я. Усикова НАН України, м. Харків, 61085, Україна
О. Буданов
Радіоастрономічний інститут НАН України, м. Харків, 61002, Україна
О. Колосков
Радіоастрономічний інститут НАН України, м. Харків, 61002, Україна; Державна установа Національний антарктичний науковий центр МОН України, м. Київ, 01601, Україна
О. Ніколаєнко
Інститут радіофізики та електроніки ім. О.Я. Усикова НАН України, м. Харків, 61085, Україна
О. Швець
Інститут радіофізики та електроніки ім. О.Я. Усикова НАН України, м. Харків, 61085, Україна
Ю. Ямпольський
Радіоастрономічний інститут НАН України, м. Харків, 61002, Україна
DOI: https://doi.org/10.33275/1727-7485.2.2021.677
Опубліковано December 31, 2021
Ключові слова
  • локація блискавки,
  • наднизькі частоти,
  • ННЧ-сплеск,
  • хвилевід Земля-іоносфера
Як цитувати
Швець, А., Буданов, О., Колосков, О., Ніколаєнко, О., Швець, О., & Ямпольський, Ю. (2021). Оцінка похибок пеленгації потужних розрядів блискавок за вимірюваннями ННЧ-сплесків. Український антарктичний журнал, (2), 48-57. https://doi.org/10.33275/1727-7485.2.2021.677

Авторське право (c) 2021 Український антарктичний журнал

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Анотація

У цій роботі досліджено варіації похибок при визначенні азимуту джерел ННЧ-сплесків в добовому масштабі часу. ННЧ-сплески — це електромагнітне імпульсне випромінювання в діапазоні надзвичайно низьких частот (ННЧ), яке збуджується потужними розрядами блискавок, і використовуються для виявлення блискавок по всьому світу. Оцінено похибки за даними для двох горизонтальних ортогональних компонент магнітного поля ННЧ-сплесків. Експериментальні записи ННЧ-сплесків були зроблені на станції «Академік Вернадський» в період з березня по квітень 2019 року, який охоплює день весняного рівнодення. Визначається азимут джерела ННЧ-сплеску цифровим обертанням системи координат до тих пір, поки сигнал в одній магнітній компоненті не впаде до мінімального значення. Абсолютне значення азимутальної похибки оцінювалося по відношенню амплітуди ННЧ-сплеску до стандартного відхилення залишкового сигналу. За допомогою автоматизованої процедури обробки проаналізовано понад 800 тисяч ННЧ-сплесків з амплітудою понад 10 пТл. В оцінених варіаціях помилок азимуту була виявлена характерна добова закономірність. Нічний рівень азимутальної похибки перевищував денний в середньому приблизно на два градуси. Були ідентифіковані «И»-подібне коливання: зменшення–підйом–зменшення при переході від ночі до дня і дзеркально-симетричне «N»-подібне коливання при переході від дня до ночі. Кожне з цих перехідних коливань займає близько чотирьох годин. Порівняння добових змін загальної інтенсивності фонового ННЧ шуму з діаграмами добових похибок азимуту демонструє протилежний характер: максимальний рівень фонового шуму ННЧ спостерігався в денний час, в той час як оціночні похибки азимуту в цей час приймають мінімальні значення. Це суперечить загальноприйнятому уявленню про те, що збільшення шуму збільшує похибку. Таким чином, припускаємо, що залишкова магнітна складова в ННЧ-сплеску виникає не тільки через фоновий шум, але також може бути результатом нелінійної поляризації падаючої хвилі через гіротропію нічної нижньої іоносфери. Когерентні хвилі, що виникають в результаті дифракції падаючого поля на межі розділу день-ніч в порожнині земля-іоносфера, можуть пояснити «И»- та «N»-подібні коливання азимутальної похибки під час проходження сонячного термінатора.

PDF (English)

Посилання

  1. Bezrodny, V. G. (2007). Magnetic polarization of the Schumann resonances: An asymptotic theory. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 69 (9), 995–1008. https:// doi.org/10.1016/j.jastp.2007.03.007
  2. Bór, J., Ludván, B., Attila, N., & Steinbach, P. (2016). Systematic deviations in source direction estimates of Q-bursts recorded at Nagycenk, Hungary. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 121, 5601–5619. https://doi.org/10.1002/2015JD024712
  3. Burke, C. P., & Jones, D. L. (1992). An experimental investigation of ELF attenuation rates in the Earth-ionosphere duct. Journal of Atmospheric and Terrestrial Physics, 54(3/4), 243–250.
  4. Füllekrug, M., & Sukhorukov, A. I. (1999). The contribution of anisotropic conductivity in the ionosphere to lightning flash bearing deviations in the ELF/ULF range. Geophysical Research Letters, 26(8), 1109–1112. https://doi.org/10.1029/1999GL900174
  5. Füllekrug, М., & Constable, S. (2000). Global triangulation of intense lightning discharges. Geophysical Research Letters, 27(3), 333–336. https://doi.org/10.1029/1999GL003684
  6. Füllekrug, M., Reising, S. C., & Lyons, W. A. (1996). On the accuracy of arrival azimuth determination of sprite-associated lightning flashes by Earth-ionosphere cavity resonances. Geophysical Research Letters, 23(25), 3691–3694. https://doi.org/10.1029/96GL03538
  7. Greifinger, C., & Greifinger, P. (1978). Approximate method for determine ELF eigenvalues in the Earth-ionosphere waveguide. Radio Science, 13, 831−837.
  8. Koloskov, A. V., & Yampolsky, Yu. M. (2009). Observations of radiation from North American power mains in Antarctica. Radiophysics and Radioastronomy, 14(4), 367–376. (In Russian)
  9. Koloskov, A. V., Budanov, O. V., Bezrodny, V. G., & Yampolsky, Yu. M. (2004). Location of superpowerful lightning flashes through polarization magnetic measurements in Schumann resonance waveband. Radiofizika i Radioastronomiya, 9(4), 391–403. (In Russian)
  10. Krider, E. P., Noggle, R. C., & Uman, M. A. (1976). A gated, wideband magnetic direction finder for lightning return strokes. Journal of Applied Meteorology, 15(3), 301–306. https://doi.org/10.1175/1520-0450(1976)015<0301:AGWMDF> 2.0.CO;2
  11. Litvinenko, L. N., & Yampolsky, Yu. M. (Eds). (2005). Electromagnitnye proyavleniya geofizicheskikh effectov v Antarktike [Electromagnetic manifestations of geophysical effects in Antarctica]. Institute of Radio Astronomy. (In Russian)
  12. Mlynarczyk, J., Kulak, A., & Salvador, J. (2017). The accuracy of radio direction finding in the extremely low frequency range. Radio Science, 52(10), 1245–1252. https://doi.org/10.1002/2017RS006370
  13. Nickolaenko, A. P., & Hayakawa, M. (2002). Resonances in the Earth-ionosphere cavity. Kluwer Academic Publ.
  14. Nickolaenko, A. P., & Sentman, D. D. (2007). Line splitting in the Schumann resonance oscillations. Radio Science, 42(2), RS2S13. https://doi.org/10.1029/2006RS003473
  15. Nickolaenko, A. P., Rabinowicz, L. M., Shvets, A. V., & Schekotov, A. Yu. (2003). Detection of Splitting of Schumann Resonance Eigenfrequencies. Telecommunications and Radio Engineering, 60, 99–106. https://doi.org/10.1615/TelecomRadEng.v60.i1012.110
  16. Nickolaenko, A. P., Rabinovich, L. M., Shvets, A. V., & Shchekotov, A. Yu. (2004). Polarization characteristics of low-frequency resonances in the Earth–ionosphere cavity. Radiophysics and Quantum Electronics, 47(4), 238–259. https://doi.org/10.1023/B:RAQE.0000041231.22225.d5
  17. Nickolaenko, A. P., Galuk, Y. P., & Hayakawa, M. (2018). Source bearing of Extremely Low Frequency (ELF) waves in the Earth-ionosphere cavity with day-night nonuniformity. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 123(19), 10895 —10910. https://doi.org/10.1029/2018JD028951
  18. Ogawa, T., & Tanaka, Y. (1970). Effective height of the ball antenna for measuring ELF radio signals. Special Contributions of the Geophysical Institute, Kyoto University. 10, 29–34, http://hdl.handle.net/2433/178585
  19. Pechony, O., & Price, C. (2004). Schumann resonance parameters calculated with a partially uniform knee model on Earth, Venus, Mars, and Titan. Radio Science, 39(5), RS5007. https://doi.org/10.1029/2004RS003056
  20. Pechony, O., Price, C., & Nickolaenko, A. P. (2007). Relative importance of the day-night asymmetry in Schumann resonance amplitude records. Radio Science, 42(2), RS2S06. https://doi.org/10.1029/2006RS003456
  21. Pessi, A. T., Businger, S., Cummins, K. L., Demetriades, N. W. S., Murphy, M., & Pifer, B. (2009). Development of a Long-Range Lightning Detection Network for the Pacific: Construction, Calibration, and Performance. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, 26(2), 145–166. https://doi.org/10.1175/2008JTECHA1132.1
  22. Sato, M., & Fukunishi, H. (2003). Global sprite occurrence locations and rates derived from triangulation of transient Schumann resonance events. Geophysical Research Letters, 30(16), 1859. https://doi.org/10.1029/2003GL017291
  23. Sato, M., Takahashi, Y., Yoshida, A., & Adachi, T. (2008). Global distribution of intense lightning discharges and their seasonal variations. Journal of Physics D: Applied Physics, 41(23), 234011. http://doi.org/10.1088/0022-3727/41/23/234011
  24. Shvets, A. V., Ivanov, V. K., & Varavin, A. V. (2003). A Mobile Multichannel System for the Automatic Low-Frequency Signal Acquisition and Analysis in the Presence of High-Power Power-Main Noises. Instruments and Experimental Techniques, 46(3), 351–356. https://doi.org/10.1023/A:1024462304875
  25. Shvets, A. V., Nickolaenko, A. P., Koloskov, A. V., Yampolsky, Yu. M., Budanov, O. V., & Shvets, A. A. (2019). Low frequency (ELF–VLF) radio atmospherics study at the Ukrainian Antarctic Akademik Vernadsky station. Ukrainian Antarctic Journal, 1(18), 116–127. https://doi.org/10.33275/1727-7485.1(18).2019.136
  26. Yang, H., & Pasko, V. P. (2005). Three-dimensional finite-difference time domain modeling of the Earth-ionosphere cavity resonances. Geophysical Research Letters, 32(3), L03114.
  27. Yatsevich, E. I., Shvets, A. V., & Nickolaenko, A. P. (2014). Impact of the ELF receiver on characteristics of the observed Q-bursts. Radiophysics and Quantum Electronics, 57(3), 176–186. https://doi.org/10.1007/s11141-014-9502-0