Solnechno-Zemnaya Fizika Solnechno-Zemnaya Fizika Солнечно-земная физика 2712-9640 100199 10.12737/szf-112202510 Результаты исследований Results of current research Результаты исследований Experimental distributed network of VLF receivers for thunderstorm activity monitoring in the Baikal Natural Territory Экспериментальная распределенная сеть ОНЧ-приемников для мониторинга грозовой активности на Байкальской природной территории Ткачев Иван Дмитриевич Tkachev Ivan Dmitrievich tid007@iszf.irk.ru https://orcid.org/0000-0001-8758-7964 Васильев Роман Валерьевич Vasilyev Roman Valeryevich roman_vasilyev@iszf.irk.ru

кандидат физико-математических наук;

candidate of physical and mathematical sciences;

 Зоркальцева Ольга Сергеевна Zorkaltseva Olga Sergeevna olgak@iszf.irk.ru

кандидат физико-математических наук;

candidate of physical and mathematical sciences;

 Полетаев Александр Сергеевич Poletaev Alexandr Sergeevich poletaevas@ex.istu.edu Ченский Александр Геннадьевич Chensky Alexandr Gennadyevich zavmts@ex.istu.edu Васильев Константин Максимович Vasiliev Konstantin Maksimovich vasilevkm@iszf.irk.ru Салимгореев Ренат Равилевич Salimgoreev Renat Ravilevich salimgoreev.renat@gmail.com Институт солнечно-земной физики СО РАН Иркутск Россия Institute of Solar Terrestrial Physics SB RAS Irkutsk Russian Federation Институт солнечно-земной физики СО РАН Иркутск Россия Institute of Solar-Terrestrial Physics SB RAS Irkutsk Russian Federation Институт солнечно-земной физики СО РАН Иркутск Россия Institute of Solar Terrestrial Physics SB RAS Irkutsk Russian Federation Иркутский национальный исследовательский технический университет Irkutsk Россия Irkutsk State Technical University Irkutsk Russian Federation Институт солнечно-земной физики СО РАН Иркутск Россия Institute of Solar-Terrestrial Physics SB RAS Irkutsk Russian Federation Иркутский государственный университет Иркутск Россия Irkutsk State University Irkutsk Russian Federation 26 06 2025 26 06 2025 11 2 112 123 14 02 2025 09 04 2025 https://naukaru.ru/en/nauka/article/100199/view

В статье представлено текущее состояние развернутой на территории Иркутской области и Республики Бурятия грозопеленгационной сети, в состав которой входят четыре пункта. Объединены результаты, полученные во время нескольких этапов проекта «Фундаментальные основы, методы и технологии цифрового мониторинга и прогнозирования экологической обстановки Байкальской природной территории». Дана схема используемого ОНЧ-приемника. Подробно описан процесс обработки данных, особенности некоторых алгоритмов и обоснование их выбора. При создании алгоритмов обработки и их дальнейшей модернизации стало возможным получение карт молниевых разрядов с периодом несколько минут. Приведены промежуточные результаты работы сети, показана карта распределения молниевых разрядов и даны рекомендации по ее дальнейшему развитию и модернизации.

The paper describes the current state of the lightning location network deployed in the Irkutsk Region and the Republic of Buryatia, which includes four stations. It is based on the results obtained during several stages of the project “Fundamental principles, methods, and technologies for digital monitoring and forecasting of environmental situation of the Baikal Natural Territory”. We present a diagram of the VLF receiver in use. Data processing, features of some algorithms, and the rationale for their choice are described in detail. Developing processing algorithms and further upgrading them have provided lightning discharge maps with a period of several minutes. We present intermediate results of the network operation, a lightning discharge distribution map and give recommendations for further developing and upgrading the lightning location network.

 грозопеленгационные сети ОНЧ-приемник молниевые разряды атмосферное электричество мониторинг грозовой активности lightning location networks VLF receiver lightning discharges atmospheric electricity thunderstorm activity monitoring Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России (субсидия № 075-ГЗ/С3569/278) The work was financially supported of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (Subsidy No. 075-GZ/C3569/278)

Аджиев А.Х., Стасенко В.Н., Тапасханов В.О. Система грозопеленгации на Северном Кавказе. Метеорология и гидрология. 2013, № 1, с. 2–11. Adzhiev A.Kh., Stasenko V.N., Tapaskhanov V.O. Lightning detection system in the North Caucasus. Meteorologiya i gidrologiya [Meteorology and Hydrology]. 2013, no. 1, pp. 2–11. (In Russian). Бычков И.В., Гладкочуб Д.П., Ружников Г.М. Фундаментальные основы, методы и технологии цифрового мониторинга и прогнозирования экологической обстановки Байкальской природной территории. Российская Академия наук Сибирское отделение Институт динамики систем и теории управления им. В.М. Матросова. Интеграционные проекты СО РАН. Новосибирск. 2022, т. 48, 345 с. DOI: 10.53954/9785604788943. Bychkov I.V., Gladkochub D.P., Ruzhnikov G.M. Fundamental principles, methods and technologies of digital monitoring and forecasting of the environmental situation in the Baikal natural territory. Russian Academy of Sciences. Siberian Branch. Matrosov Institute of System Dynamics and Control Theory. Integration projects of SB RAS. Novosibirsk, 2022, vol. 48, 345 p. DOI: 10.53954/9785604788943. (In Russian). Васильев Р.В., Тащилин М.А., Татарников А.В. Сопоставление динамики термальных точек и зарегистрированных лесных пожаров с динамикой молниевых разрядов на Байкальской природной территории. Вычислительные технологии. 2023, т. 28, № 6, с. 37–45. DOI: 10.25743/ICT.2023.28.6.004. Chen Z., Qie X., Sun J., Xiao X., Zhang Y., Cao D., Yang J. Evaluation of Fengyun-4A Lightning Mapping Imager (LMI) performance during multiple convective episodes over Beijing. Remote Sens. 2021, vol. 13, no. 9, 1746. DOI: 10.3390/ rs13091746. Горлова И.Д. Изучение грозовой активности средствами космического и наземного базирования. Проблемы военно-прикладной геофизики и контроля состояния природной среды: Материалы VI Всероссийской научной конференции. Санкт-Петербург: Военно-космическая академия им. А.Ф. Можайского. 2020, с. 211–213. Cummins K.L., Krider E.P., Malone M.D. The US National Lightning Detection Network TM and applications of cloud-to-ground lightning data by electric power utilities. IEEE Transactions Electromagnetic Compatibility. 1998, vol. 40, no. 4, pp. 465–480. DOI: 10.1109/15.736207. Каранина С.Ю., Кочеева Н.А., Каранин А.В. Пространственное и временное распределение молниевых разрядов по территории Алтае-Саянского региона. Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. 2017, № 4-1 (196), с. 128–138. DOI: 10.23683/0321-3005-2017-4-1-128-138. Dillinger M., Madani K., Alonistioti N. Software defined radio: architectures, systems, and functions. Wiley. 2003, 454 p. Козлов В.И., Маркова А.Ю., Шабаганова С.Н. Погрешности методов наблюдения грозовых разрядов одно- и двухпунктовыми системами грозолокации. Наука и образование. 2010, № 1, с. 7–12. Dowden R.L., Brundell J.B., Rodger C.J. VLF lightning location by time of group arrival (TOGA) at multiple sites. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2002, vol. 64, no. 7, pp. 817–830. DOI: 10.1016/S1364-6826(02)00085-8. Козлов В.И., Тарабукина Л.Д., Васильев А.А. Развитие системы грозопеленгации в Якутии. Материалы IX Всероссийской научной конференции по атмосферному электричеству: Военно-космическая академия им. А.Ф. Можайского. Санкт-Петербург. 2023, с. 278–287. Filippov A.Kh. Grozy Vostochnoj Sibiri [Thunderstorms in Eastern Siberia]. Leningrad, Hydrometeoizdat Publ., 1974, 75 p. (In Russian). Кононов И.И., Петренко И.А., Снегуров В.С. Радиотехнические методы местоопределения грозовых очагов. Л.: Гидрометеоиздат, 1986, 220 с. Gorlova I.D. Study of thunderstorm activity by means of space and ground-based means. Problems of military applied geophysics and monitoring of the state of the natural environment: Proc. VI All-Russian Scientific Conference. St. Petersburg: A.F. Mozhaisky Military Space Academy, 2020, pp. 211–213. (In Russian). Московенко В.М., Знаменщиков Б.П., Золотарев С.В. Применение системы грозопеленгации «Верея-МР» в интересах электроэнергетики России. Новое в российской электроэнергетике. 2012, № 2, с. 15–23. Hersbach H., Bell B., Berrisford P., Hirahara S., Horányi A., Muñoz-Sabater J., Nicolas J., et al. The ERA5 global reanalysis. Quarterly J. Royal Meteorological Soc. 2020, vol. 146, pp. 1999–2049. DOI: 10.1002/qj.3803. Нечепуренко О.Е., Горбатенко В.П., Пустовалов К.Н., Громова А.В. Грозовая активность над Западной Сибирью. Геосферные исследования. 2022, № 4, с. 123–134. DOI: 10.17223/25421379/25/8. Karanina S.Yu., Kocheeva N.A., Karanin A.V. Spatial and temporal distribution of lightning discharges on the territory of the Altai-Sayan region. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Severo-Kavkazskii region. Estestvennye nauki [News of Higher Educational Institutions. North Caucasian Region. Natural Sciences], 2017, no. 4-1 (196), pp. 128–138. DOI: 10.23683/0321-3005-2017-4-1-128-138. (In Russian). Сарафанов Ф.Г., Шаталина М.В., Шлюгаев Ю.В., Мареев Е.А. Современные системы локации молний: глобальные и региональные аспекты. Фундаментальная и прикладная климатология. 2024, т. 10, № 1, с. 76–92. DOI: 10.21513/2410-8758-2024-1-76-92. Kononov I.I., Petrenko I.A., Snegurov V.S. Radiotekhnicheskie metody mestoopredeleniya grozovykh ochagov [Radiotechnical Methods for Locating Thunderstorm Centers]. Leningrad, Hydrometeoizdat Publ., 1986, 220 p. (In Russian). Селиванов В.Н., Бурцев А.В., Ивонин В.Н., Колобов В.В. Анализ молниевой активности в Мурманской области в 2021 году. Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2022, т. 13, № 3, с. 59–67. DOI: 10.37614/2949-1215.2022.13.3.006. Kozlov V.I., Markova A.Yu., Shabaganova S.N. Errors in methods of observing lightning discharges using one- and two-point lightning detection systems. Nauka i obrazovanie [Science and Education], 2010, no. 1, pp. 7–12. (In Russian). Тарабукина Л.Д., Козлов В.И. Сравнение измерений нескольких систем регистрации молниевых радиоимпульсов. Вестник СВФУ. 2018, т. 64, № 2, с. 77–86. Kozlov V.I., Tarabukina L.D., Vasiliev A.A. Development of lightning detection system in Yakutia. Materialy IX Vserossiiskoi nauchnoi konferencii po atmosfernomu elektrichestvu: Voenno-kosmicheskaya akademiya imeni A.F. Mozhajskogo. Sankt-Peterburg [Proc. IX All-Russian Scientific Conference on Atmospheric Electricity: A.F. Mozhaisky Military Space Academy. St. Petersburg]. 2023, pp. 278–287. (In Russian). Ткачев И.Д., Васильев Р.В., Белоусова Е.П. Кластерный анализ молниевых разрядов по данным грозопеленгационной сети «Верея-МР». Солнечно-земная физика. 2021, т. 7, № 4, с. 92–99. DOI: 10.12737/szf-74202109 / Tkachev I.D., Vasilyev R.V., Belousova E.P. Cluster analysis of lightning discharges: Based on Vereya-MR network data. Solar-Terrestrial Physics. 2021, vol. 7, iss. 4, pp. 85–92. DOI: 10.12737/stp-74202109. Lay E.H., Holzworth R.H., Rodger C.J., Thomas J.N., Pinto O.Jr., Dowden R.L. WWLL global lightning detection system: Regional validation study in Brazil. Geophys. Res. Lett. 2004, vol. 31, L03102. DOI: 10.1029/2003GL018882. Филиппов А.Х. Грозы Восточной Сибири. Л.: Гидрометеоиздат, 1974, 75 с. Moskovenko V.M., Znamenshhikov B.P., Zolotarev S.V. Application of the Vereya-MR lightning-direction finding system in the interests of the Russian electric power industry. Novoe v rossiiskoi elektroenergetike [New in the Russian Power Industry], 2012, no. 2, pp. 15–23. (In Russian). Chen Z., Qie X., Sun J., et al. Evaluation of Fengyun-4A Lightning Mapping Imager (LMI) Performance during Multiple Convective Episodes over Beijing. Remote Sens. 2021, vol. 13, no. 9, 1746. DOI: 10.3390/rs13091746. Naccarato K.P., Pinto O.Jr., Garcia S.A.M., Murphy J.M., Demetriades N.W.S., Cramer J.A. Validation of the new GLD360 dataset in Brazil: First results. Preprints. International Lightning Detection Conference. Vaisala. 2010, pp. 1–6. Cummins K.L., Krider E.P., Malone M.D. The U.S. National Lightning Detection NetworkTM and applications of Cloud-to-Ground lightning data by electric power utilities. IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. 1998, vol. 40, no. 4, pp. 465–480. DOI: 10.1109/15.736207. Nechepurenko O.E., Gorbatenko V.P., Pustovalov K.N., Gromova A.V. Thunderstorm activity over Western Siberia. Geosfernye issledovaniya [Geospheric Research], 2022, no. 4, pp. 123–134. DOI: 10.17223/25421379/25/8. (In Russian). Dillinger М., Madani K., Alonistioti N. Software defined radio: architectures, systems, and functions. Wiley. 2003, 454 p. Orville R.E., Huffines G.R., Burrows W.R., Holle R.L., Cummins K.L. The North American Lightning Detection Network (NALDN) — First results: 1998–2000. Monthly Weather Review. 2002, vol. 130, no. 8, pp. 2098–2109. DOI: 10.1175/1520-0493(2002)130<2098:TNALDN>2.0. CO;2. Dowden R.L., Brundell J.B., Rodger C.J. VLF lightning location by time of group arrival (TOGA) at multiple sites. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2002, vol. 64, no. 7, pp. 817–830. DOI: 10.1016/S1364-6826(02)00085-8. Proctor D.E. A hyperbolic system for obtaining VHF radio pictures of lightning. J. Geophys. Res. 1971, vol. 76, no. 6, pp. 1478–1489. DOI: 10.1029/JC076i006p01478. Hersbach H., Bell B., Berrisford P., et al. The ERA5 Global Reanalysis. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society. 2020, vol. 146, pp. 1999–2049. DOI: 10.1002/qj.3803. Qie X., Yuan S., Chen Z., Wang D., Liu D., Sun M., et al. Understanding the dynamical-microphysical-electrical processes associated with severe thunderstorms 535 over the Beijing metropolitan region. Science China Earth Sciences. 2020, vol. 64, pp. 10–26. DOI: 10.1007/s11430-020-9656-8. Lay E.H., Holzworth R.H., Rodger C.J., et al. WWLL global lightning detection system: Regional validation study in Brazil. Geophys. Res. Lett. 2004, vol. 31, L03102. DOI: 10.1029/2003GL018882. Sarafanov F.G., Shatalina M.V., Shlyugaev Yu.V., Mareev E.A. Modern lightning detection systems: global and regional aspects. Fundamentalnaya i prikladnaya klimatologiya [Fundamental and Applied Climatology]. 2024, vol. 10, no. 1, pp. 76–92. DOI: 10.21513/2410-8758-2024-1-76-92. (In Russian). Naccarato K.P., Pinto O. Jr., Garcia S.A.M., et al. Validation of the new GLD360 dataset in Brazil: First results. Preprints. International Lightning Detection Conference. Vaisala. 2010, pp. 1–6. Selivanov V.N., Burtsev A.V., Ivonin V.N., Kolobov V.V. Analysis of lightning activity in the Murmansk region in 2021. Trudy Kolskogo nauchnogo centra RAN. Seriya: Tekhnicheskienauki [Proc. of the Kola Science Center of the Russian Academy of Sciences. Series: Technical Sciences]. 2022, vol. 13, no. 3, pp. 59–67. DOI: 10.37614/2949-1215.2022.13.3.006. (In Russian). Orville R.E., Huffines G.R., Burrows W.R., et al. The North American lightning detection network (NALDN) — First results: 1998–2000. Monthly Weather Review. 2002, vol. 130, no. 8, pp. 2098–2109. DOI: 10.1175/1520-0493(2002) 130<2098:TNALDN>2.0.CO;2. Takagi J., Kanazawa H., Ichikawa K., Mitamura H. A simple intuitive method for seeking intersections of hyperbolas for acoustic positioning biotelemetry. PLOS One. 2022, vol. 17, no. 11, e0276289. DOI: 10.1371/journal.pone.0276289. Proctor D.E. A hyperbolic system for obtaining VHF radio pictures of lightning. J. Geophys. Res. 1971, vol. 76, no. 6, pp. 1478–1489. DOI: 10.1029/JC076i006p01478. Tarabukina L.D., Kozlov V.I. Comparison of measurements of several lightning radio pulse recording systems. Vestnik SVFU [Vestnik of NEFU], 2018, vol. 64, no. 2, pp. 77–86. (In Russian). Qie X., Yuan S., Chen Z., et al. Understanding the dynamical-microphysical-electrical processes associated with severe thunderstorms 535 over the Beijing metropolitan region. Science China Earth Sciences. 2020, vol. 64, pp. 10–26. DOI: 10.1007/s11430-020-9656-8. Tkachev I.D., Vasilyev R.V., Belousova E.P. Cluster analysis of lightning discharges: Based on Vereya-MR network data. Solar-Terrestrial Physics. 2021, vol. 7, iss. 4, pp. 85–92. DOI: 10.12737/stp-74202109. Takagi J., Kanazawa H., Ichikawa K., Mitamura H. A simple intuitive method for seeking intersections of hyperbolas for acoustic positioning biotelemetry. PLOS One. 2022, vol. 17, no. 11, e0276289. DOI: 10.1371/journal.pone.0276289. Uman M.A. The Lightning Discharge.International Geophysics Series. Orlando: Academic Press. 1987, vol. 39, 390 p. Uman M.A. The Lightning Discharge.International Geophysics Series. Orlando: Academic Press. 1987, vol. 39, 390 p. Vasilyev R.V., Tashchilin M.A., Tatarnikov A.V. Comparison of the dynamics of thermal points and registered forest fires with the dynamics of lightning discharges in the Baikal natural territory. Vychislitel’nyetekhnologii [Computingtechnologies]. 2023, vol. 28, no. 6, pp. 37–45. DOI: 10.25743/ ICT.2023.28.6.004. (In Russian). Zhang D., Cummins K.L., Lang T.J., et al. Performance evaluation of the Lightning Imaging Sensor on the International Space Station. J. Atmospheric and Oceanic Technology. 2023, vol. 40, pp. 1063–1082. DOI: 10.1175/JTECH-D-22-0120.1. Zhang D., Cummins K.L., Lang T.J., Buechler D., Rudlosky S. Performance evaluation of the lightning imaging sensor on the international space station. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. 2023, vol. 40, pp. 1063–1082. DOI: 10.1175/JTECH-D-22-0120.1. URL: https://www.blitzortung.org/ (дата обращения 12 декабря 2024 г.). URL: https://www.blitzortung.org/ (accessed December 12, 2024). URL: https://www.eumetsat.int/features/animations-europes-first-lightning-imager (дата обращения 12 декабря 2024 г.). URL: https://www.eumetsat.int/features/animations-europes-first-lightning-imager (accessed December 12, 2024). URL: https://meteoinfo.ru/mapsynop (дата обращения 12 декабря 2024 г.). URL: https://meteoinfo.ru/mapsynop (accessed December 12, 2024). URL: http://www.alwes.ru (дата обращения 12 декабря 2024 г.). URL: http://www.alwes.ru (accessed December 12, 2024).