Огляд станцій моніторингу резонансу Шумана

Ця станція функціонує з 1997 року та є частиною станції комплексного електромагнітного моніторингу. Вона розташована у с. Коларово, що знаходиться за 17 км від м. Томська, і оснащена трикомпонентним магнітометром на базі індуктивних датчиківLEMI. Основне призначення станції – вивчення закономірностей параметрів резонансу Шумана, а також моніторинг електромагнітної обстановки, у т.ч. на дослідження її впливу на життєдіяльності біологічних об'єктів.

Станція надає для загального користування в режимі он-лайн даних про поточні параметри резонансу Шумана. Дані публікуються на сайті Space Observing System і включають спектрограму, а також частоти, амплітуди і добротності перших чотирьох мод. На рис.D.1 ці дані представлені у згрупованому синхронізованому вигляді, що дозволяє побачити загальні закономірності зміни різних параметрів.

ВІДСУТНІЙ ПІДКЛЮЧЕННЯ ДО СЕРВЕРУ ТРОХУ ЗАЧЕКАЙТЕ АБО ПОВТОРИТЕ СПРОБУ ЧЕРЕЗ ДЕЯКИЙ ЧАС

ВІДСУТНІЙ ПІДКЛЮЧЕННЯ ДО СЕРВЕРУ ТРОХУ ЗАЧЕКАЙТЕ АБО ПОВТОРИТЕ СПРОБУ ЧЕРЕЗ ДЕЯКИЙ ЧАС

ВІДСУТНІЙ ПІДКЛЮЧЕННЯ ДО СЕРВЕРУ ТРОХУ ЗАЧЕКАЙТЕ АБО ПОВТОРИТЕ СПРОБУ ЧЕРЕЗ ДЕЯКИЙ ЧАС

Рис.D.1. Дані станції моніторингу Томського державного університету (РФ)

Публікацію архівних даних моніторингу не передбачено. Відомості про алгоритми та параметри обробки сигналів також не висвітлюються. На момент написання цього огляду станція Томського Державного Університету є єдиною у світі офіційною станцією моніторингу, що надаєпоточні дані резонансу Шумана в режимі он-лайн.

Станція Лехта (РФ)

Геофізична станція «Лехта» входить до структури відділу геомагнітних досліджень Санкт-Петербурзького відділення ІЗМІРАН. Розташована в с.Лехта Республіки Карелія, в 350 км на північ від Петрозаводська. Забезпечує вимірювання вертикальної електричної та двох горизонтальних магнітних компонентів у діапазоні частот 4 - 40 Гц. Призначена для дослідження електромагнітної обстановки та поширення радіохвиль. Дані у відкритому доступі не надаються.

Мал. D.2. Станція «Лехта»

Зліва – будівля станції, у центрі – географічне розташування, праворуч – структурна схема початкового етапу

Географічне розташування станції дуже сприятливо з позицій дослідження глобальної грозової активності, а саме:

станція знаходиться на значній відстані від джерел антропогенних перешкод;
географічна широта забезпечує мінімум перешкод від локальних гроз;
азимути напрямів на глобальні центри грозової активності ортогональні, що полегшує пеленгацію грозових розрядів.

З зазначених причин станція активно використовувалася як джерело даних на дослідження глобальної грозової активності, зокрема. як автономного, так і у зв'язці зі станціями West Greenwich (США) та Moshiri (Японія).

Станція West Greenwich (США)

Станція належить Массачусетському Технологічному Інституту та призначена для вивчення закономірностей резонансу Шумана, а також для дослідження глобальної грозової активності та глобальних кліматичних процесів. Розташована поблизу міста West Greenwich, штат Rhode Island, США. Часто називається за назвою штату. Станція функціонує з 1992 року та її данівикористовуються як самим МТІ, і сторонніми організаціями.

Станція забезпечує вимірювання вертикальної електричної та двох горизонтальних (N-S та E-W) магнітних компонент резонансу Шумана в діапазоні перших шести мод. Оцифрування до 2006 року здійснювалося з частотою вибірок 350 Гц, і з 2006 року здійснюється із частотою 4 кгц. Оцифрований сигнал перетворюється на Фур'є і отримана спектральна характеристика фільтрується шляхом апроксимації по Лоренцу. За спектральною характеристикою обчислюються центральні частоти, амплітуди та добротності резонансів. Інтервал усереднення даних – 12 хвилин. Дані у відкритому доступі не надаються.

Мал. D.3. Дані моніторингу станції West Greenwich за 1993 – 2013 р.р.

Джерело ілюстрацій - перша публікація із наведеного нижче списку обраних.

Станції Hollister та Parkfield (США)

Мал. D.4. Станції резонансу Шумана Hollister та Parkfield

Станції вимірювали три магнітні і дві електричні (горизонтальні) компоненти в діапазоні від 0,0001 до 20 Гц, що охоплює як поля, що повільно змінюються, так і діапазон частот першого резонансу Шумана. Як датчики магнітних компонентів використовувалися індуктивні датчики, а як датчики електричних компонентів - дві пари «земляних» антен, утворених заглибленими в землю електродами (докладніше про «земляні» антени див. у розділі 2).

Станція Moshiri (Японія)

Станція геофізичної обсерваторії Moshiri – одна із найстаріших у світі. Обсерваторія належить інституту ISEE (Institute for Space-Earth Environmental Research, Університет Нагої, Японія). Вона розташована в північній частині острова Хоккайдо, на відстані від джерел антропогенних перешкод і призначена для моніторингуатмосфери, іоносфери та магнітосфери. Перші експериментальні виміри резонансу Шумана проводилися їй ще 60-ті - 70-ті роки минулого століття. У 90-х роках на станції було впроваджено цифрову обробку сигналів, а в 2005 році проведено повний апгрейд, у т.ч. із заміною гігантських рамкових магнітних антен (60х43 м) на індуктивні датчики та вертикальної штирьової електричної антени на сферичну. У 2017 р. у зв'язку з фізичним зношуванням будівель та споруд планується закриття станції з перенесенням обладнання та датчиків електромагнітного моніторингу на станцію Rikubetsu, також розташовану на Хоккайдо.

Мал. D.5. Станція Moshiri та приклад її даних у порівнянні з даними інших станцій

Джерела ілюстрації: сайт Solar-Terrestrial Environment Laboratory. Nagoya University та друга публікація з нижченаведеного переліку обраних

Дані, що надаються станцією, використовувалися в низці досліджень, в т.ч. у дослідженні глобальної грозової активності методом трьох станцій, у дослідженні можливості використання резонансу Шумана як провісника землетрусів, а також у дослідженні впливу на параметри резонансу факторів космічної погоди. Дані у відкритому доступі не надаються.

Станція Модраської обсерваторії (Словаччина)

Мал. D.6. Станція резонансу Шумана у складі Модраської обсерваторії

Джерело ілюстрації: сайт Модраської обсерваторії AGO

Станція Nagycenk (Угорщина)

Одна із найстаріших станцій, функціонує з 1993 року. Розташована за 10 км від міста Sopron у складі геофізичної обсерваторії Угорської Академії Наук. Забезпечує моніторинг вертикальної електричної та двох горизонтальних магнітних компонентів.

Мал. D.7. Устаткування станціїNagycenk

Джерело ілюстрації: Geophysical Observatory Reports of Geodetic and Geophysical Research Institute of Hungarian Academy of Sciences (Years 2005-2006). Nagycenk Geophysical Observatory. Sopron 2007.

Дані моніторингу записуються в єдину базу геоелектромагнітних даних FEMA обсерваторії Nagycenk, але у відкритому он-лайн доступі не публікуються.

Станції Університету Іоанніна (Греція)

Одним із прикладів нещодавно запущених в експлуатацію станцій можуть бути станції Університету Іоанніна, розміщені в Kalpaki і Neochori (Греція). Вибіркові архівні дані цих станцій представлені на сторінціSchumann Resonance Stationsсайту лабораторії електроніки та телекомунікацій Університету Іоанніна. Додатковокороткий опис датчика.

Мал. D8. Фрагмент архівних даних станції Університету Іоанніна в Kalpaki, Греція

Станція Mitzpe Ramon (Ізраїль)

Станція належить Університету Тель-Авіва (Ізраїль). Вона розташована в пустелі Негев поблизу поселення Міцпе Рамон біля кратера Рамон. Функціонує з кінця 90-х років та забезпечує вимірювання вертикальної елетричної та двох горизонтальних магнітних компонентів. Дані, які отримують станція, активно використовуються різними групами дослідників, але у відкритому он-лайн доступі не надаються.

Мал. D9. Дачтчики електричної та магнітної компонентів станції Mitzpe Ramon

Джерело ілюстрації - перша публікація із наведеного нижче списку вибраних.

Станція Мартова (Україна)

Станція Мартова розташована у с. Березня Харківської області України. Входить до складу низькочастотної обсерваторії Харківського радіоастрономічного інституту. Включає два канали вимірювання горизонтальнихмагнітних компонентів і один канал вертикальної електричної компоненти (див. схему на рис.D10) в діапазоні 0,5 - 40 Гц.

Мал. D10. Структурна схема СНЧ-комплексу станції Мартова

На сайті інституту у відкритому доступі представленідобові спектрограми магнітних компонентів, а такождобові графіки варіацій частоти першої модирезонансу Шумана. Приклади цих даних наведено на рис. D11.

Мал. D11. Приклад добових спектрограм та варіацій частоти резонансу Шумана зі станції Мартова

Полярні станції

Антарктична станція Стенфордського Університету (США).

Розташована на височині Arrival Heights південно-західного краю острова Росса на території метеостанції McMurdo, що належить Новій Зеландії. Функціонує з метою геофізичних досліджень початку 90-х. Дані моніторингу резонансу Шумана цієї станції широко використовувалися у багатьох дослідженнях.

Станція Харківського Радіоастрономічного Інституту (Україна). Розташована на українській антарктичній станції Академік Вернадський. Забезпечує вимірювання двох горизонтальних магнітних компонентів у діапазоні 0,01 - 300 Гц. з поділом частот на два канали, що перекриваються. Станція працює з 2002 року.

Арктична станція обсерваторії Hornsund (Польща). Розташована на архіпелазі Шпіцберген (Норвегія). Забезпечує вимірювання вертикальної електричної та двох горизональних магнітних компонентів. Функціонує із 2004 року. На станції використовується таке саме обладнання, що й на станції Мартова Харківського Радіоастрономічного Інституту. Добові спектрограми магнітних компонентів та графіки варіацій частоти першої моди резонансу публікуються на сайті Харківського РадіоастрономічногоІнституту разом із даними станції Мартова тих самих сторінках (див. вище).

Мал. D12. Електрична антена станції Hornsund (ліворуч) та статистика багаторічного моніторингу частоти резонансу Шумана на станції Arrival Heights (праворуч)

Інші станції

Вище були перераховані станції, які найчастіше згадуються в наукових публікаціях. З початку 2000-х років інтерес до дослідження резонансу Шумана та його геофізичних додатків зростає, і багато наукових організацій мають власні станції моніторингу. Деякі з них (станція Модраської обсерваторії, станція Mitzpe Ramon, станції Університету Іоанніна, станція Харківського Радіоастрономічного Інституту та станція Hornsund на Шпіцбергені) були згадані вище, інші згадувалися в Додатку B (станція Johnson County)станція Сьєрра-Невада). До названих станцій можна додати станціїBelsk(Польща),Eskdalemiur(Шотландія), індійські станції вКалькутті, вАгріта в Антарктиці (станціяMaitri), станціюКаримшина(РФ, Камчатка), японську антарктичну станціюSyowaі низку інших. Створюються також тимчасові станції для цільового моніторингу у певних географічних районах, а також спеціалізовані станції та мережі станцій для реєстрації спрайтів та інших оптичних явищ в іоносфері.