Studying electrodynamical coupling between the troposphere and ionosphere by ELF radiation of lightning  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
72474
Type K
Principal investigator Sátori, Gabriella
Title in Hungarian A troposzféra és az ionoszféra közötti elektrodinamikai csatolás tanulmányozása villámok ELF sugárzása révén
Title in English Studying electrodynamical coupling between the troposphere and ionosphere by ELF radiation of lightning
Keywords in Hungarian Schumann-rezonancia, ELF, elektro-optikai emisszió
Keywords in English Schumann resonances, ELF, electro-optical emission
Discipline
Geophysics, Physics of the Lithosphere, Seizmology (Council of Complex Environmental Sciences)100 %
Ortelius classification: Natural hazards (Geophysics)
Panel Earth sciences 1
Department or equivalent Geodetic and Geophysical Institute (Research Centre for Astronomy and Earth Sciences)
Participants Barta, Veronika
Bór, József
Starting date 2008-04-01
Closing date 2012-12-31
Funding (in million HUF) 5.130
FTE (full time equivalent) 4.05
state closed project
Summary in Hungarian
Egyetlen energetikus villámkisülés is képes a Föld-ionoszféra üregrezonátor gerjesztésére. Az impulzusszerű változás, más néven Schumann-rezonancia (SR) tranziens koherens jelként jelenik meg a vertikális elektromos és horizontális mágneses térkomponensben, szuperponálódva a háttér elektromágneses sugárzásra, amelyet a világ zivatatevékenysége táplál. A háttér vagy folyamatos SR alkalmas a globális villámaktivitás monitorozására. Az SR tranziens lehetővé teszi a gerjesztő villám („parent stroke”) helyének, polaritásának, árammomentumának valamint töltésmomentum változásának a meghatározását. A gerjesztő villámokhoz esetenként felsőlégköri elektro-optikai emissziók (TLE - Transient Luminous Event) társulnak. E pályázat fő célja, hogy hozzájáruljon azon feltételek meghatározásához, amelyek megléte szükséges ahhoz, hogy a zivatarok, a villámkisülések felsőlégköri elektro-optikai emissziókat produkáljanak. A vizsgálatok elsősorban a nagycenki (NCK) Széchenyi István Geofizikai Obszervatórium SR mérésein, valamint a TLE-k megfigyelésén Közép-Európa felett saját kamerával európai TLE-kampányok keretében. Ez egyúttal az SR és optikai mérőrendszer tervezett korszerűsítésével együtt felkészülést jelent az Európai Űrügynökség ASIM (Atmosphere-Space Interactions Monitor) 2011-ben induló űrmissziójára, amelynek során a zivatarok felsőlégkörhöz, ionoszférához, magnetoszférához való elektrodinamikai csatolását egyidejűleg tanulmányozzák a Nemzetközi Űrállomásról és felszíni obszervatóriumokban.
Summary
Single energetic lightning discharge can excite the Earth–ionosphere cavity and the pulsed discrete variation: Schumann resonance (SR) transient appears as coherent signal in the vertical electric and horizontal magnetic field components superimposed on the background SR noise built up from the electromagnetic radiation of world lightning. Background or continuous SRs are suitable to monitor global lightning. From SR transient events one can estimate the location, polarity, current moment and charge moment changes of the parent strokes. The parent strokes are occasionally accompanied by TLEs (Transient Luminous Event) in the upper atmosphere. The main goal of this project is to contribute to determine the conditions for thunderstorms and lightning strokes to be TLE active based on first of all SR observations in the Széchenyi István Geophysical Observatory at Nagycenk (NCK), Hungary as well as optical recording of TLEs in central Europe with own camera in the frame of Euro-TLE campaigns and to improve the SR and optical recording sytem for the time of the ASIM (Atmosphere-Space Interactions Monitor) mission of ESA with expected launch in 2011. The electrodynamical coupling of thunderstorms processes to the upper atmosphere, ionosphere, magnetosphere will be studied simultaneously from the International Space Station and in surface observatories.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Az ENSO időskálán (2-5 év) globális érvényű összefüggést tártunk fel a villámaktivitás változása és a nagy meridionális (Hadley) és zonális (Walker) légkörzések szinoptikus skálán süllyedő régióiban. A 11-éves napciklussal összefüggő modulációt mutattunk ki a globális zivatartevékenység területi változásában. Nagycenk és Mitzpe Ramon (Izrael) állomásokon, azonos villám keltette, közös Schumann-rezonancia (SR) tranziensek vizsgálatával kimutattuk, hogy a. számított árammomentum-spektrum értékei a két állomáson eltérőek, ha az egyik megfigyelő az üregrezonátor nappali a másik az éjszakai oldalon van, azaz érvényesül a nappali-éjszakai aszimmetria torzító hatása . Az afriaki földrészen először megfigyelt felsőlégköri elektro-optikai emisszókat (TLE – Transient Luminous Event) kiváltó hatalmas villámokhoz SR-tranzienseket azonosítottunk Nagycenken. Ezekből meghatároztuk ezen villámkisülések paramétereit (polaritás, töltésmomentum). A FORMOSAT-2 műhold ISUAL egysége „sprite-halo” típusú TLE-ket is észlelt a 2004-2007 időszakban. Ezekhez tartozó nagycenki SR tranziensek alapján megállapítottuk, hogy a „sprite-halo”-k nagyobb részét negatív polaritású, impulzív villámok keltik és jellemzően tengerek, óceánok, illetve a partvidékek fölött fordulnak elő. A pozitív villám után megjelenő „lidérc-udvar” gyakoribb a szárazföldön. Elvégeztük a Sopronból Közép-Európában 2007 és 2009 között megfigyelt „sprite”- ok morfológiai osztályozását optikai tulajdonságaik alapján.
Results in English
Global relationships were discovered between the variation of global lightning activity at the great atmospheric (meridional Hadley and zonal Walker) circulations on the ENSO time scale (2-5 years). Connection related to the 11-year solar cycle was found in the areal variation of global lightning activity. Analyzis of common SR-transients at Nagycenk and Mitzpe Ramon (Israel) excited by the same energetic lightning strokes show that the current momentum spectra differs from each other if one of the observers is in the day-side of the cavity while the other one is in the night side attributed to the distorting effect of the day-night asymmetry of the cavity. SR-transients excited by huge lightning discharges in Africa were identified at Nagycenk. They were also accompanied by transient luminous events firstly observed in Africa. Polarity and charge momentum changes were deduced from the SR-transients. ISUAL unit of the FORMOSAT-2 satellite captured numerous „sprite-halo” events in 2004-2007. SR-transients belonging to these events were identified at Nagycek. It was concluded that the larger part of the „sprite-halo” events relates to impulsive lightning strokes with negative polarity. These were mainly observed above the oceans and seas while the sprite-halo”-s with positive parent strokes rather occurred above the lands. Sprites observed from Sopron above Central Europe in 2007-2009 were classified on the base of their optically perceptible characteristics.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=72474
Decision
Yes





 

List of publications

  
Sátori G, Rycroft M, Bencze P, Märcz F, Bór J, Barta V, Nagy T, Kovács K: An Overview of Thunderstorm-related Research on the Atmospheric Electric Field, Schumann Resonances, Sprites and the Ionosphere at Sopron, Hungary, Surveys in Geophysics, (közlésre elfogadva), 2013
Williams E, Kuo C-L, Bór J, Sátori G, Newsome R, Adachi T, Boldi R, Chen A, Downes E, Hsu RR, Lyons W, Saba MMF, Taylor M, Su HT: Resolution of the sprite polarity paradox: The role of halos, RADIO SCIENCE 47:(2) Paper RS2002, 2012
Bór J: Optically perceptible characteristics of sprites observed in Central Europe in 2007-2009, JOURNAL OF ATMOSPHERIC AND SOLAR-TERRESTRIAL PHYSICS 92: pp. 151-177. (electronic version), 2012
Szarka L, Sátori G, Ádám A, Novák A, Dobróka M, Bencze P, Lemperger I, Nagy T, Szendrői J, Bór J, Barta V, Märcz F, Lichtenberger J, Kis Á, Wesztergom V: Hungarian national report on IAGA 2007-2010, ACTA GEODAETICA ET GEOPHYSICA HUNGARICA 46:(2) pp. 158-214, 2011
Soula S, van der Velde O, Montanya J, Huet P, Barthe C, Bor J: Gigantic jets produced by an isolated tropical thunderstorm near Reunion Island, JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH 116: Paper D19103, 2011
van der Velde O A; Bór J; Li J; Cummer SA; Arnone E; Zanotti F; Füllekrug M;, Haldoupis C; NaitAmor S; Farges T: Multi-instrumental observations of a positive gigantic jet produced by a winter thunderstorm in Europe, J. Geophys. Res., 115, D24301, 17 pp., doi:10.1029/2010JD014442, 2010
Williams ER; , Lyons WA; Hobara Y; Mushtak VC; Asencio N; Boldi R; Bór J; Cummer SA; Greenberg E; Hayakawa M; Holzworth RH; Kotroni V; Li J; Morales C; Nelson TE; Price C; Russell B; Sato M; Sátori G; Shirahata K; Takahashi Y; Yamashita K: Ground-based detection of sprites and their parent lightning flashes over Africa during the 2006 AMMA campaign, Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 136(s1), pp. 257-271, (2010),DOI: 10.1002/qj.489, 2010
Yang H; Pasko VP; Sátori G: Seasonal Variations of global lightning activity extracted from Schumann resonances using a genetic algorithm method., J Geophys Res 114: D01103, doi:10.1029/2008JD009961, 2009
Yair Y, Price C, Ganot M, Greenberg E, Yaniv R, Ziv B, Sherez Y, Devir A, Bór J, Sátori G: Optical observations of transient luminous events associated with winter thunderstorms near the coast of Israel, Atmospheric Research, Volume 91, Issues 2-4, February 2009, Pages 529-537, doi:10.1016/j.atmosres.20, 2009
Sátori G; Williams E; Lemperger I: Variability of global lightning activity on the ENSO time scale., Atmospheric Res 91: 500-507, 2008
Ondrášková A; Bór J; Sevcík S; Kostecký P; Rosenberg L: Peculiar transient events in the Schumann resonance band and their possible explanation., J Atmos Solar-Terrestr Phys 7: 937-946, 2008
Bór J, Barta V: Vörös lidércek – gigantikus „tűzijáték” a felsőlégkörben, FIZIKAI SZEMLE 61:(10) pp. 343-349., 2011
Barta V: Káprázatos jelenségek a viharfelhők fölött, Természet Világa, 142. évf., 7. sz., pp. 310-312, 2011
Sátori G, Bór J, Barta V, Nagy T, Kovács K: A Föld–ionoszféra üregrezonátor, MAGYAR GEOFIZIKA 53:(3) pp. 204-214., 2012
Sátori G, Bór J: Villámkisülésekhez társuló tranziens jelenségek, MAGYAR TUDOMÁNY 173:(12) pp. 1443-1448., 2012
Soula S, Hu P, van der Velde O, Montanya J, Barthe Ch, Bór J: Des jets géants au-dessus d’un orage isolé proche de la Réunion, LA METEOROLOGIE 77: pp. 30-40., 2012
Sátori G; Mushtak V; Williams E: Schumann Resonance Signatures of Global Lightning Activity., pp. 347-386 in: Betz HD; Schumann U; Laroche P. Lightning: Principles, Instruments and Applications. Springer,, 2009
Shchekotov A Yu , Nickolaenko A P, Hayakawa M, Hobara Y , Tanaka Y T, Sato M ,Takahashi Y , Sátori G , Bór J , Neska M: GALACTIC GAMMA RAY FLARE OF 2004 IN THE SCHUMANN RESONANCE RECORDS: 2. PARAMETRIC RADIO PULSE, In: L N Litvinenko, V G Bezrodny, A P Udovenko, Y M Yampolsky (szerk.) The 1-st Ukrainian Conference ELECTROMAGNETIC METHODS OF ENVIRONMENTAL STUDIES (EMES), 2012
Nagy T, Bór J, Neska M, Sátori G: Finding Schumann resonance transients using an automatic method, In: 1st TEA-IS SUMMER SCHOOL - SCIENTIFIC PROGRAMME. Konferencia helye, ideje: Torremolinos, Spanyolország, 2012.06.17-2012.06.22. pp. 100-101., 2012
C L Kuo C L, Williams E , Bór J, Lin Y H, Chou J K , Chen A, Su H T, Hsu R R, Sátori G , Lee L C: Correlation between halos and their parent lightning, In: 1st TEA-IS SUMMER SCHOOL - SCIENTIFIC PROGRAMME. Konferencia helye, ideje: Torremolinos, Spanyolország, 2012.06.17-2012.06.22. pp. 43-44., 2012
Bór J , Barta V, Sátori G: The TLE observation site in Sopron, Hungary – an overview, In: 1st TEA-IS SUMMER SCHOOL - SCIENTIFIC PROGRAMME. Konferencia helye, ideje: Torremolinos, Spanyolország, 2012.06.17-2012.06.22. pp. 102-103., 2012
Bór J: Villámkisülésekhez társuló felsőlégköri elektro-optikai emissziók és Schumann-rezonancia tranziensek vizsgálata, NyME, Kitaibel Pál Környezettudományi Doktori Iskola, PhD disszertáció, 2011
Barta V, Bór J, Sátori G: Classification of sprites observed in Central Europe between 2007 and 2009, GEOPHYSICAL RESEARCH ABSTRACTS 13: Paper EGU2011-6556., 2011
SÁtori G, MushtakV, Neska M, Nagy T, and Barta V: Global lightning dynamics deduced from Schumann resonance frequency variations at two sites ~ 550 km apart, , EGU General Assembly 2012, Vienna, Austria, April 22-27, 2012., in: Geophysical Research Abstracts, Abstract No. EGU2012-10647, 2012
Sátori G: Schumann rezonancia, mint globális változások jelzőrendszere, http://mta.hu/cikkek/folyamatban_levo_doktori_eljarasok, 2012
Nagy T, Sátori G, Boldi R, Mushtak V, Williams E, Neska M:: Unification of Lorentzian spectral methods applied in different Schumann resonance stations to prepare global inversion for specifying global lightning sources., IAGA 11th Scientific Assembly, 23-30. August, 2009, Sopron, Abstract No. 201-MON-P1700-0192,, 2009
van der Velde O; Arnone E; Zanotti F; the GJ-Italy Team* (The GJ-Italy Team: Bór J; Sátori G; Cummer S; Li J; Haldoupis C;, Füllekrug M,;Whitley T; Soula S; Nait Amor S; Neubert T): Multi-Instrumental Observations of a Gigantic Jet Produced by a Winter Thunderstorm in Europe, EGU General Assembly 2010, Vienna, Austria, May 2-7, 2010., in Geophysical Research Abstracts, Volume 12., Abstract No. EGU2010-13633, 2010
Soula S; van der Velde O; Montanya J; Farges T; Bór J; Fűllekrug M; Waysand G: Analysis of lightning activity and electromagnetic radiations associated with large TLEs, EGU General Assembly 2010, Vienna, Austria, May 2-7, 2010, Geophysical Research Abstracts, Volume 12., Abstract No. EGU2010-14694, 2010,, 2010
Yaniv R; Yair Y; Price C; Bór J; Sato M; Hobara Y; Devir A: Lightning charge-moment-change relationships with the physical and optical properties of column sprites, EGU General Assembly 2010, Vienna, Austria, May 2-7, 2010., Geophysical Research Abstracts, Volume 12., Abstract No. EGU2010-1381,, 2010
Sátori G; Mushtak V; Williams E; Nagy T: Signature of the seasonal migration of global lightning in the variation of Schumann resonance peak frequencies - Theory versus experiment., EGU General Assembly 2010, Vienna, Austria, May 2-7, 2010, Geophysical Research Abstracts, Volume 12., EGU2010-12071., 2010
Barta V; Bór J; Sátori G: Felsőlégköri elektro-optikai jelenségekkel kapcsolatos megfigyelések Sopronból, HUNGEO, Szombathely, 2010, 2010
Bór J; Toth,J; Sátori G; Varga B; Dombai F: Közép-Európa fölött megfigyelt vörös lidércek háromszögelése,, XXVII. Ionoszféra-Magnetoszféra Szeminárium, Baja, 2010
Barta V; Bór J; Sátori G; Betz HD: Remotely controlled observations of transient luminous events in central Europe from Sopron, Hungary in 2008, Ifjú Szakemberek Ankétja, Mátrafüred, 2010. március 26-27., Abstract Book, p. 32., 2010
Sátori G; Mushtak V; Williams E, Nagy T: A globális villámaktivitás évszakos migrációjának a lenyomata a Schumann-rezonancia csúcsfrekvenciák változásában: elmélet – megfigyelés, XXVII. Ionoszféra és magnetoszférafizikai szeminárium, Baja, 2010 október 14-16, 2010
Igaz A; Barta V; Bór J; Sátori G; Perkó Zs; Gazdag A; Betz HD: Vörös lidérc szimultán észlelése Magyarország fölött az IMO becsehelyi és a GGKI soproni állomásáról, Közép-Európai Légköroptikai Konferencia, Baja, Magyarország, 2010. szeptember 9-11, 2010
Sátori G: Does TLE Frequency Vary on the 11-Year Solar Cycle?, IAGA 11th Scientific Assembly, 23-30. August, 2009, Sopron, Abstract No. 201-MON-P1700-1293, 2009
Williams E; Kuo C; Bór J; Sátori G; Newsome RT; Boldi RA; Downes E; Saba MM; Taylor MJ; Chen AB; Lyons WA: Halo Observations from the Ground and from Space: Further Checks on the Sprite Polarity Paradox, Eos Trans. AGU, 90(52), Fall Meet. Suppl., Abstract AE33A-0289., 2009
Barta V: Légköri elektromos jelenségek Naprendszerünk égitestjein, Budapest, ELTE, Csillagászati Tanszék, 2009
Bór J; Sátori G; Betz HD: TLE Observations in Central Europe from Hungary in 2007, Third International Symposium on Lightning Physics and Effects, Vienna, Austria, 2008
Bór J; Hobara Y; Sátori G; Hayakawa M; Betz HD: Preliminary results of TLE observations from Hungary in 2007 supported by LINET, Absztrakt # EGU2008-A-01641, 2008
Bór J; Toth J; Sátori G; Betz HD: Advances of two site sprite observations, Workshop of Coupling of Thunderstorms and Lightning Discharges to Near-Earth Space, Corte, Korzika, Június 23-27., 2008
BórJ; Hobara Y;, Sátori G; Hayakawa M; Betz HD: Central European TLE observations from Hungary in 2007, Workshop of Coupling of Thunderstorms and Lightning Discharges to Near-Earth Space, Corte, Korzika, Június 23-27., 2008, 2008
Bór J; TothJ; Sátori G; Betz HD: Simultaneous sprite observations from Sopron, Hungary and Modra, Slovakia, Absztrakt # EGU2008-A-01645, 2008
Bór J; Sátori G: Hardware development for observations of TLEs in Hungary, COST P18 WG5 Meeting, Corte, Korzika, 2008
Bór J; Sátori, G; Betz, HD:: Observation of TLEs in Central Europe from Hungary Supported by LINET, Thunderstorms and Lightning Discharges to Near-Earth Space: AIP Conference Proceedings Volume 1118, pp. 73-83, ISBN: 978-0-7354-0657-5, ISSN: 0094-243X, 2009
Hobara Y; Williams ER.; Shirahata K; Lyons W; Mushtak V; Boldi R; Russell B; Bór J; Sátori G; Price C; Greenberg E; Cummer S; Li J; Takahashi Y; Yamashita K; Hayakawa M; Nakamura T; Holzworth R; et al: Sprites over Africa During the AMMA with Multiple Electromagnetic Detections of Their Parent Lightning Flashes, Absztrakt # AE13A-0308 Eos Trans. AGU, 89(53), Fall Meet. Suppl.,, 2008
Bór J: Felsõlégköri elektro-optikai emissziók megfigyelése Sopronból, XXVI. Ionoszféra-Magnetoszféra Szeminárium, Budapest, 2008. november 24-26., 2008




 

Events of the project

  
2009-10-09 11:14:45
Résztvevők változása



Back »