Obszervatóriumi tevékenységek - Villámdetektálás

A globális zivatartevékenységhez köthető, a troposzférában fellépő villámoknak sokrétű kapcsolata van a földi környezetünk több folyamatával, így nyomon követésük, minél pontosabb monitorozásuk jelentős, kurrens kutatási terület. Példaképpen: a villámok előfordulása az intenzív felhőcellák, ill. mozgó légköri frontok helyét jelölik (ld. meteorológiai előrejelzés, repülésbiztonság), a villámaktivitás változása a klimaváltozás egyik jele és közvetett mérőszáma, a kisülések rövid (néhányszor tíz mikroszekundum hosszú) impulzusa a plazmaszférában terjedő elektormágneses jelek (whistlerek) forrása, amik fontos szereplői több felsőlégköri energiacsatolási folyamatnak. 2008 februárjától az ELTE Űrkutató Csoportja telepítette Pencre a német LINET villámdetektáló hálózat mérőállomását.


A LINET villámdetektáló hálózat mérőállomása a penci KGO-ban


A globális zivatartevékenységhez köthető, a troposzférában fellépő villámoknak sokrétű kapcsolata van a földi környezetünk több folyamatával, így nyomon követésük, minél pontosabb monitorozásuk jelentős, kurrens kutatási terület. Példaképpen: a villámok előfordulása az intenzív felhőcellák, ill. mozgó légköri frontok helyét jelölik (ld. meteorológiai előrejelzés, repülésbiztonság), a villámaktivitás változása a klimaváltozás egyik jele és közvetett mérőszáma, a kisülések rövid (néhányszor tíz mikroszekundum hosszú) impulzusa a plazmaszférában terjedő elektormágneses jelek (whistlerek) forrása, amik fontos szereplői több felsőlégköri energiacsatolási folyamatnak.

A villámok detektálásának több bevált módja ismert, két alapvető kategóriáját alkalmazzák széles körben: optikai megfigyelés, jellemzően műholdas eszközzel, illetve a villámok ionoszféra alatt terjedő villamos jelének rögzítése és detektálása.

Az optikai alapú monitorozás (pl. OTD, TRMM LIS) fő előnye a közel globális, egységesen kalibrált átlag-gyakoriság eloszlási kép, hátránya a műhold pályához kötött, térben korlátozott detektálási képesség egyedi villámok azonosításában, valamint a felhőtetőnek a látható tartományokban erős takaró és diszpergáló hatása, ami az egyes felvillanás észlelhetőségét, ill. annak térbeli helyzete meghatározását nagyban korlátozza.



A kisülések szélessávű elektromágneses impulzust (UWB, 100 MHz-es tartományig) gerjesztenek, ezek jelentős energiahányada ún. szférikszként (atmospherics) a földfelszín mentén terjed. Míg a szfériksz alacsonyfrekvenciás (ELF-VLF) jelrésze nagy távolságokra (>10,000 km) is eljuthat a Föld-ionoszféra hullámvezetőben, a magasabb frekvenciákat (>100 kHz) csak közeli (<1000 km) állomással észlelhetjük. Ez egyben az eltérő frekvenciatartományokban működő mérőhálózatok állomássűrűségét is meghatározza. A méréstechnikai korláton túl (a vizsgálható régió kiterjedése egy állomással) az egyes villámimpulzusok azonosítása a rögzített adatsoron (egyedi DSP algoritmusok), az azokból származtatott villámjellemzők köre (a kisülés földrajzi koordinátái, magassága, típusa) és ezek megbízhatósága igen eltérő az egyes mérőrendszerekben.


Pencen a FÖMI KGO területén 2008 februárjában telepítette az ELTE Űrkutató Csoportja a német LINET mérőhálózat egyik magyarországi észlelőállomását. A Dél-Németország és Közép-Európa térségét lefedő, bővítés alatt álló rendszer VLF-LF tartományban mér, további hazai állomások működnek Pécsett és Szegeden (OMSZ), Sopronban (MTA GGKI) és Debrecenben (MTA CSKI).



A mérőhálózat pontjain kereszthurkolt mágneses antennák az érzékelők, az antenna szélessávú jelén a mintavételezést és a szférikszek időtartományú detektálását egy erre a célra fejlesztett DSP HW végzi. Az automata üzemmel futó egység a szfériksz jelalakjának elemzésével nyert paramétereket hálózaton továbbítja a mérési helyszínek adatait összegző és a feldolgozást végző központnak. Az azonosított szfériksz beérkezési időkből (TOA, time-of-arrival) 3D koordinátákat és kisülési időt szolgáltat a rendszer. A villám típusát (felhőn belüli, vagy felhő-Föld) annak magasság koordinátájából származtatja, villámeseményen belüli tagolást, polaritást, áramértéket a rendszer (ma még) nem azonosít. A LINET automata, közel real-time (nowcasting) rendszere folyamatos, kis (max. 128 kbit/s) sávszélességű hálózati kapcsolatot igényel (zivatartevékenységtől függő, eseti kimenő, upload adatforgalom), ez a kapcsolat egyben lehetővé teszi a felmerülő szorferkarbantartást és -felügyeletet is az ELTE kutatóinak. A LINET által szolgáltatott archív adatokat a hálózatban részt vevő intézetek kutatási céljaikra felhasználhatják.


További információk: Steinbach Péter, ELTE Űrkutató Csoport, spacerg@sas.elte.hu