Сравнение долговременных антарктических наблюдений шумановского резонанса с результатами расчетов на основе двухкомпонентной ОТD-модели

Abstract

Организация непрерывных наблюдений шумановского резонанса (ШР) открывает широкие возможности постоянного мониторинга нижней ионосферы и мировых гроз. Методы мониторинга грозовой активности с использованием ШР детально разработаны только для точечных источников. Однако существующие модели слишком упрощенно описывают источники излучения. В связи с этим большое значение приобретает разработка полуэмпирических моделей источников, в которых распределение интенсивности задается на основе данных спутниковых наблюдений мировых гроз. В работе проводится сравнение долгосрочных экспериментальных данных ШР, накопленных на украинской антарктической станции «Академик Вернадский», с результатами расчетов ШР в двухкомпонентной ОТD-модели, которое показало, что модель, несмотря на подробное задание распределения грозовых источников по данным оптических наблюдений из космоса, согласуется с экспериментом лишь частично. На суточном временном масштабе двухкомпонентная OTD-модель достаточно хорошо отображает положение основного максимума мировых гроз и их интенсивность, однако положение индивидуальных источников описывается недостаточно точно для адекватного представления суточных вариаций пиковых частот. Модель описывает годовые и межгодовые вариации пиковой частоты магнитной компо-ненты Hy. Показано, что межгодовые вариации пиковых частот можно объяснить изменением высоты ионосферы и дрейфом источников от года к году, а долговременный дрейф пиковой частоты связан с модификацией ионосферы в течение солнечного цикла.

Організація безперервних спостережень шуманів-ського резонансу (ШР) відкриває широкі можливості постійного моніторингу нижньої іоносфери і світових гроз. Методи моніторингу грозової активності з використанням ШР розроблено детально тільки для точкових джерел. Однак існуючі моделі занадто спрощено описують джерела випромінювання. У зв’язку з цим великого значення набуває розробка напівемпіричних моделей джерел, в яких розподіл інтенсивності за-дається на основі даних супутникових спостережень світових гроз. У роботі проводиться порівняння довгострокових експериментальних даних ШР, накопичених на українській антарктичній станції «Академік Вернадський», з результатами розрахунків ШР у двокомпонентній ОТD-моделі, яке показало, що модель, незважаючи на докладне задання розподілу грозових джерел за даними оптичних спостережень з космосу, узгоджується з експериментом лише частково. На добовому часовому масштабі двокомпонентна OTD-модель досить добре відображає положення основного максимуму світових гроз і їх інтенсивність, проте положення індивідуальних джерел описується недостатньо точно для адекватного подання добових варіацій пікових частот. Модель досить добре описує річні і міжрічні варіації пікової частоти магнітної компоненти. Показано, що міжрічні варіації пікових частот можна пояснити зміною висоти іоносфери і дрейфом джерел від року до року, а довготривалий дрейф пікової частоти пов’язаний з модифікацією іоносфери протягом сонячного циклу.

Organization of continuous observations of Schumann resonance (SR) opens up the possibility of permanent monitoring the lower ionosphere and global storms. The existing methods for monitoring thunderstorm activity with SR are developed in detail only for point sources. However, the current models of radiation sources are too simplistic. In this connection, the development of semi-empirical source models, in which the intensity distribution is determined by the data from satellite observations of global storms, becomes very important. The paper compares the long-term experimental SR data accumulated in the Ukrainian Antarctic Station “Akademik Vernadsky” with the results of calculations of SR in the two-component OTD-model. It is shown that the model, despite the detailed distribution of lightning sources according to optical observations from space, is consistent with the experiment only partially. On the daily time scale, the two-component OTD-model quite well reflects the position of the main maximum of the global storms and their intensity, but the position of individual sources is described not precisely enough for an adequate representation of the diurnal variations in peak frequencies. The model describes quite well the annual and interannual variations in peak frequency of the magnetic components Hy. It is shown that the inter-annual variations of peak frequencies can be attributed to a change in height of the ionosphere and drift sources from year to year, and the long-term drift of the peak frequency is associated with the modification of the ionosphere during solar cycle.