с 01.01.2021 по настоящее время
Иркутск, Иркутская область, Россия
Иркутск, Россия
УДК 55 Геология. Геологические и геофизические науки
ГРНТИ 37.15 Геомагнетизм и высокие слои атмосферы
ОКСО 05.06.01 Науки о земле
ББК 223 Физика
ТБК 61 Физико-математические науки
BISAC SCI098000 Space Science
Исследованы свойства импульсных возмущений в геомагнитном поле, которые наблюдаются синхронно на сетях индукционных магнитометров Института солнечно-земной физики (ИСЗФ СО РАН) и канадских станций проекта CARISMA. Особенностью обнаруженных в работе импульсов является то, что их частотный диапазон (f~5–30 Гц) лежит на стыке диапазонов двух классов электромагнитных колебаний: ультранизкочастотных (УНЧ) колебаний (f<5–10 Гц), или геомагнитных пульсаций, и сверхнизкочастотных (СНЧ) колебаний (f~30–300 Гц) — и ранее был плохо изучен. Исследование представляет несомненный интерес с точки зрения физики процессов в сложной системе магнитосфера–ионосфера–атмосфера. Проведен морфологический анализ обнаруженных импульсов по данным станций ИСЗФ СО РАН, результатами которого явились статистические характеристики импульсов, построены их динамические спектры и выявлен ряд необычных свойств, отличающих их, с одной стороны, от импульсного типа геомагнитных пульсаций (иррегулярные пульсации типа Pi1B), а с другой — от более высокочастотных КНЧ и ОНЧ-сигналов (атмосфериков, свистов и т. д.). На основе полученных результатов выдвинуто предположение о том, что источником исследуемых импульсов могут служить электрические спрайты, вызываемые мощными грозами на средних и низких широтах. Используя результаты статьи [Wang et al., 2019] по пространственной и временной фиксации спрайтов в Северном Китае, мы подтвердили возникновение ультракороткопериодных импульсов вслед за возникновением спрайтов. Грозовая активность, как локальная, так и глобальная, считается одним из основных источников возбуждения ионосферного альвеновского резонатора (ИАР), играющего важную роль в осуществлении связи между ионосферой и магнитосферой. Возможно, что именно рассматриваемые в работе импульсные колебания являются одним из агентов, посредством которых энергия гроз передается в ИАР, включая тем самым в цепочку рассматриваемых связей и атмосферу.
геомагнитные пульсации, магнитосфера, диапазон УНЧ-КНЧ, красные спрайты, грозы, альвеновский резонатор
1. Гершман Б.Н., Угаров В.А. Распространение и генерация низкочастотных электромагнитных волн в верхней атмосфере. УФН. 1960. Т. 72. С. 235-271. DOI:https://doi.org/10.1070/PU1961v003n05ABEH005809.
2. Пархомов В.А.,, Рахматулин Р.А. Локализация источника Pi1B. Исследования по гемагнетизму, аэрономии и физике Солнца. 1975. Вып. 36. С. 132-138.
3. Потапов А.С., Полюшкина Т.Н., Цэгмэд Б. Морфология и диагностический потенциал ионосферного альвеновского резонатора. Солнечно-земная физика. 2021. Т. 7, № 3. С. 39-56. DOI:https://doi.org/10.12737/szf-73202104.
4. Тихонов А.Н. Об определении электрических характеристик глубоких слоев земной коры. Доклады АН СССР. 1950. Т. 73, № 2. С. 295-297.
5. Швец А.В., Кривонос А.П., Сердюк Т.Н., Горишняя Ю.В. Оценка параметров профиля проводимости нижней ионосферы на основе анализа твик-атмосфериков. Радиофизика и электроника. 2015. № 20. С. 40-47. DOI:https://doi.org/10.15407/rej 2015.01.040.
6. Allcock G.McK. Propagation of whistlers to polar latitudes. Nature. 1960. Vol. 188. P. 732-733. DOI:https://doi.org/10.1038/188732a0.
7. Belyaev P.P., Polyakov S.V., Rapoport V.O., Trakhtengerts V.Y. Theory for the formation of resonance structure in the spectrum of atmospheric electromagnetic background noise in the range of short-period geomagnetic pulsations. Radiophys. Quantum Electron. 1989. Vol. 32, no. 7. P. 594-601.
8. Blakeslee R.J., Mach D.M., Bateman M.G., Bailey J.C. Seasonal variations in the lightning diurnal cycle and implications for the global electric circuit. Atmos. Res. 2014. Vol. 135-136. P. 228-243. DOI:https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2012.09.023.
9. Cagniard L. Basic theory of the magnetotelluric method of geophysical prospecting. Geophysics. 1953. Vol. 18, no. 3, P. 605-635.
10. Christian H.J., Blakeslee R.J., Boccippio D.J., et al. Global frequency and distribution of lightning as observed from space by the optical transient detector. J. Geophys. Res. 2003. Vol. 108, iss. D1, P. ACL4-1-ACL4-15. DOI:https://doi.org/10.1029/2002JD002347.
11. Encyclopedia of World Climatology. Springer, 2005. 854 p. DOI:https://doi.org/10.1007/1-4020-3266-8.
12. Fedorov E., Schekotov A.Ju., Molchanov O.A., et al. An energy source for the mid-latitude IAR: World thunderstorm centers, nearby discharges or neutral wind fluctuations? Physics and Chemistry of the Earth. 2006. Vol. 31. P. 462-468. DOI:https://doi.org/10.1016/j.pce.2006.02.001.
13. Fukunishi H., Takahashi Y., Kubota M., et al. Lower ionospheric flashes induced by lightning discharges. EOS Suplemment. 1995. Vol. 46. P. F114.
14. Huang E., Williams E., Boldy R., et al. Criteria for sprites and elves based on Schumann resonance observations. J. Geophys. Res.: Atmos. 1999. Vol. 104, no. D14. P. 16943-16964. DOI:https://doi.org/10.1029/1999JD900139.
15. Lu G., Cummer S.A., Li J., et al. Coordinated observations of sprites and in-cloud lightning flash structure. J. Geophys. Res.: Atmos. 2013. Vol. 118, no. 12. P. 6607-6632. DOI:https://doi.org/10.1002/jgrd.50459.
16. Lysak R.L., Yoshikawa A. Resonant cavities and wave-guides in the ionosphere and atmosphere. Geophysical Monograph Series. 2006. Vol. 169. P. 289-306. DOI:https://doi.org/10.1029/169GM19.
17. Mann I.R., Milling D.K., Rae I.J., et al. The upgraded CARISMA magnetometer array in the THEMIS era. Space Sci. Rev. 2008. Vol. 141. P. 413-451. DOI:https://doi.org/10.1007/s11214-008-9457-6.
18. Mishin V.V., Tsegmed B., Klibanova Y.Y., Kurikalova M.A. Burst geomagnetic pulsations as indicators of substorm expansion onsets during storms. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2020. Vol. 125, iss. 10. 15 p. DOI:https://doi.org/10.1029/2020JA028521.
19. Nose M., Uyeshima M., Kawai J., Hase H. Ionospheric Alfvén resonator observed at low-latitude ground station, Muroto. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2017. Vol. 122, no. 7. P. 7240-7255. DOI:https://doi.org/10.1002/2017JA024204.
20. Paras M., Rai J. Electrical parameters of red sprites. Atmósfera. 2012. Vol. 25, no. 4. P. 371-380.
21. Price C. ELF Electromagnetic waves from lightning: The Schumann resonances. Atmosphere. 2016. Vol. 7, no. 116. 20 p. DOI:https://doi.org/10.3390/atmos7090116.
22. Price C., Asfur M., Lyons W., Nelson T. An improved ELF/VLF method for globally geolocating sprite-producing lightning. Geophys. Res. Lett. 2002. Vol. 29, no. 3. P. 1-1-1-4. DOI:https://doi.org/10.1029/2001GL013519.
23. Rodger C.J. Red sprites, upward lightning, and VLF perturbations. Rev. Geophys. 1999. Vol. 37, no. 3. P. 317-336. DOI:https://doi.org/10.1029/1999RG900006.
24. Satori G., Mushtak V., Neska M., et al. Global lightning dynamics deduced from Schumann resonance frequency variations at two sites ∼550 km apart. Geophys. Res. Abstr. 2012. Vol. 14. EGU2012-10647.
25. Schekotov A., Pilipenko V., Shiokawa K., Fedorov E. ULF impulsive magnetic response at mid-latitudes to lightning activity. Earth and Planetary Physics. 2011. Vol. 63, no. 2. P. 119-128. DOI:https://doi.org/10.5047/eps.2010.12.009.
26. Surkov V.V., Hayakawa M., Schekotov A.Y., et al. Ionospheric Alfvén resonator excitation due to nearby thunderstorms. J. Geophys. Res. 2006. Vol. 111, iss. A1. 13 p. DOI:https://doi.org/10.1029/2005JA011320.
27. Wang Y., Lu G., Ming M., et al. Triangulation of red sprites observed above a mesoscale convective system in North China. Earth and Planetary Physics. 2019. Vol. 3. P. 111-125. DOI:https://doi.org/10.26464/epp2019015.
28. Williams E., Downes E., Boldi R., et al. Polarity asymmetry of sprite-producing lightning: A paradox? Radio Sci. 2007. Vol. 42, no. 2. 15 p. DOI:https://doi.org/10.1029/2006RS003488.
29. Winckler J.R. Further observations of cloud-ionosphere electrical discharges above thunderstorms. J. Geophys. Res.: Atmos. 1995. Vol. 100, iss. D7. P. 14335-14345. DOI:https://doi.org/10.1029/95JD00082.
30. URL: http://lemisensors.com/wp-content/uploads/2018/03/LEMI-030_Datasheet.pdf (дата обращения 30 марта 2022 г.).
31. URL: http://www.carisma.ca/backgrounder/carisma-induction-coils (дата обращения 30 марта 2022 г.).
32. URL: https://docs.google.com/spreadsheets/d/1f10yd47JKR7FJ8HgUzIVI3bxfju2Utz0/edit?usp=sharing&ouid=108794281214343087703&rtpof=true&sd=true (дата обращения 30 марта 2022 г.).
33. URL: http://janto.ru/repository/008/annex-b.html (дата обращения 30 марта 2022 г.).
