Solnechno-Zemnaya Fizika Solnechno-Zemnaya Fizika Солнечно-земная физика 2712-9640 45642 10.12737/szf-74202112 Результаты исследований Results of current research Результаты исследований Comparison of ground-based and satellite data on spatiotemporal distribution of lightning discharges under solar minimum Сравнение наземных и спутниковых данных о пространственно-временном распределении грозовых разрядов при низкой солнечной активности Денисенко Валерий Васильевич Denisenko Valery Vasilyevich denisen@icm.krasn.ru

доктор физико-математических наук;

doctor of physical and mathematical sciences;

 Ляхов Андрей Николаевич Lyakhov Andrey Nikolaevich alyakhov@idg.chph.ras.ru

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Институт вычислительного моделирования СО РАН Красноярск Россия Institute of Computational Modelling RAS SB Krasnoyarsk Russian Federation Институт динамики геосфер имени академика М.А. Садовского РАН Москва Россия Sadovsky Institute of Geosphere Dynamics RAS Moscow Russian Federation 20 12 2021 20 12 2021 7 4 111 119 05 08 2021 12 11 2020 https://naukaru.ru/en/nauka/article/45642/view

На основе данных наземной Всемирной сети определения местоположения молний (WWLLN) за 2007–2009 гг. были построены глобальные карты грозовой активности. Мы создали такие карты для разных сезонов и периодов универсального времени, используя данные WWLLN о времени и координатах каждой из зафиксированных молний. Общее количество молний в данных WWLLN на порядок меньше, чем в спутниковых данных системы OTD/LIS. Тем не менее ключевые особенности пространственного распределения и сезонные тенденции, полученные наземными и спутниковыми методами, находятся в удовлетворительном соответствии. Основное различие заключается в отсутствии суточных вариаций, аналогичных кривой Карнеги, в данных WWLLN при их наличии в спутниковых данных. Это касается количества молний как на всей Земле, так и отдельно в основных грозовых областях. Зависимость от местного времени в данных WWLLN также выражена слабее. Мы показали, что в 2007–2009 гг. средняя широта обнаружения молний смещается в летнее полушарие на величину до 10° от среднегодового значения. В период с начала 2007 до конца 2009 г. среднемесячное число молний в мире по данным WWLLN увеличилось в три раза. Мы объясняем этот факт в первую очередь совершенствованием методов наблюдения в системе WWLLN. Построенные карты необходимы для численного моделирования глобальной электрической цепи.

Worldwide maps of lightning activity have been obtained from the ground-based World Wide Lightning Location Network (WWLLN) for 2007–2009. We have compiled these maps separately for different seasons and UT periods, using WWLLN data on the time and coordinates of each of the recorded lightning. The total number of flashes of lightning in WWLLN data is by an order of magnitude smaller than in satellite data from Optical Transient Detector and the Lightning Imaging Sensor satellites. However, the key features of the spatial distribution and seasonal trends coincide well. The main difference observed is the absence of diurnal variation (similar to Carnegie curve) in WWLLN data against the satellite one. This concerns the global lightning number as well as its density in major thunderstorm regions. The solar local time dependence is also weak in WWLLN data. We show that in 2007–2009 the mean latitude of lightning observation is shifted to the summer hemisphere up to 10° from the annual mean value. From the beginning of 2007 to the end of 2009, the global monthly average number of flashes of lightning increased threefold. We attribute this fact primarily to improved processing techniques in WWLLN. The constructed maps are necessary for numerical simulation of the Global Electric Circuit.

 атмосфера грозовая активность глобальное распределение сезонная зависимость суточные вариации atmosphere thunderstorm activity global distribution seasonal dependence daily variation Работа поддержана Красноярским математическим центром, финансируемым Минобрнауки РФ в рамках мероприятий по созданию и развитию региональных НОМЦ (Соглашение 075-02-2021-1384). Эта работа в части анализа пространственно-временных характеристик грозовой активности поддержана государственным контрактом АААА-А19-119028790056-6 This work is supported by the Krasnoyarsk Mathematical Center and financed by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation in the framework of the establishment and development of regional Centers for Mathematics Research and Education (Agreement No. 075-02-2021-1384). The part of this work related with spatio-temporal analysis of the lightning activity is supported by state contract AAAA-A19-119028790056-6.

Мареев Е.А. Достижения и перспективы исследований глобальной электрической цепи. УФН. 2010. Т. 180. С. 527-534. DOI: 10.3367/UFNr.0180.201005h.0527. Analysis of Climate Variability. Eds H. von Storch, A. Navarra. Springer-Verlag, 1999, 342 p. DOI: 10.1007/978-3-662-03744-7. Analysis of Climate Variability. Eds H. von Storch, A. Navarra. Springer-Verlag, 1999. 342 p. DOI: 10.1007/978-3-662-03744-7. Blakeslee R.J., Mach D.M. Bateman M.G., Bailey J.C. Seasonal variations in the lightning diurnal cycle and implications for the global electric circuit. Atmosph. Res. 2014, vol. 135-136, pp. 228-243. DOI: 10.1016/j.atmosres.2012.09.023. Blakeslee R.J., Mach D.M. Bateman M.G., Bailey J.C. Seasonal variations in the lightning diurnal cycle and implications for the global electric circuit. Atmos. Res. 2014. Vol. 135-136. P. 228-243. DOI: 10.1016/j.atmosres.2012.09.023. Cecil D.J. LIS/OTD Gridded Lightning Climatology Data Collection. 2015. Version 2.3.2015. HRFC_COM_FR. DOI:10.5067/LIS/LIS-OTD/DATA311. Cecil D.J. LIS/OTD Gridded Lightning Climatology Data Collection. Version 2.3.2015. HRFC_COM_FR. 2015. DOI: 10.5067/LIS/LIS-OTD/DATA311. Ccopa J.G.A., Tacza J., Raulin J.-P., Morales C.A. Estimation of thunderstorms occurrence from lightning cluster recorded by WWLLN and its comparison with the ‘universal’ Carnegie curve. J. Atmos. Solar Terrs. Phys. 2021, vol. 221, 105682. DOI: 10.1016/j.jastp.2021.105682. Ccopa J.G.A., Tacza J., Raulin J.-P., Morales C.A. Estimation of thunderstorms occurrence from lightning cluster recorded by WWLLN and its comparison with the “universal” Carnegie curve. J. Atmos. Solar-Terrs. Phys. 2021. Vol. 221, 105682. DOI: 10.1016/j.jastp.2021.105682. Denisenko V.V., Rycroft M.J., Harrison R.G. Mathematical simulation of the ionospheric electric field as a part of the Global Electric Circuit. Surveys in Geophysics. 2019, vol. 40, pp. 1-35. DOI: 10.1007/s10712-018-9499-6. Denisenko V.V., Rycroft M.J., Harrison R.G. Mathematical simulation of the ionospheric electric field as a part of the Global Electric Circuit. Surveys in Geophys. 2019. Vol. 40. P. 1-35. DOI: 10.1007/s10712-018-9499-6. Harrison R.G. The Carnegie Curve. Surveys in Geophysics. 2013, vol. 34, pp. 209-232. DOI: 10.1007/s10712-012-9210-2. Harrison R.G. The Carnegie Curve. Surveys in Geophys. 2013. Vol. 34. P. 209-232. DOI: 10.1007/s10712-012-9210-2. Hays P.B., Roble R.G. A quasi-static model of global atmospheric electricity. 1. The lower atmosphere. J. Geophys. Res. 1979, vol. 84 (A7), pp. 3291-3305. DOI: 10.1029/JA084iA12p07247. Hays P.B., Roble R.G. A quasi-static model of global atmospheric electricity. 1. The lower atmosphere. J. Geophys. Res. 1979. Vol. 84, no. A7. P. 3291-3305. DOI: 10.1029/JA084iA12p07247. Kaplan J.O., Lau H.-K.K. The WGLC global gridded monthly lightning stroke density and climatology. 2019. PANGAEA. DOI: 10.1594/PANGAEA.904253. Kaplan J.O., Lau H.-K.K. The WGLC global gridded monthly lightning stroke density and climatology. PANGAEA. 2019. DOI: 10.1594/PANGAEA.904253. Mach D.M., Blakeslee R.J., Bateman M.G. Global electric circuit implications of combined aircraft storm electric current measurements and satellite-based diurnal lightning statistics. J. Geophys. Res. 2011, vol. 116, D05201. DOI: 10.1029/2010JD014462. Mach D.M., Blakeslee R.J., Bateman M.G. Global electric circuit implications of combined aircraft storm electric current measurements and satellite-based diurnal lightning statistics. J. Geophys. Res. 2011. Vol. 116, D05201. DOI: 10.1029/201 0JD014462. Mareev E.A. 2010: Global electric circuit research: achievements and prospects, UFN, 180:5 (2010), 527-534; Phys. Uspekhi. 2010, 53:5, pp. 504-511. DOI: 10.3367/UFNr.0180.201005h.0527. Mezuman K., Price C., Galanti E. On the spatial and temporal distribution of global thunderstorm cells. Environ. Res. Lett. 2014. Vol. 9, no. 12, 124023. DOI: 10.1088/1748-9326/9/12/124023. Mezuman K., Price C., Galanti E. On the spatial and temporal distribution of global thunderstorm cells. Environ. Res. Lett. 2014. vol. 9 (12), 124023. DOI: 10.1088/1748-9326/9/12/124023. Poklad Y.V., Ermak V.M. Ryakhovskiy I. A. Influence of local time and power of solar x-rayflashes of M and X classes on the variation of frequency of first mode of Schumann resonance. Proc. SPIE. Vol. 10833: 24th International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics. International Society for Optics and Photonics. 2018. P. 2091-2094. DOI: 10.1117/12.2504511. Poklad Y.V., Ermak V.M., Ryakhovskiy I.A. Influence of local time and power of solar X-ray flashes of M and X classes on the variation of frequency of first mode of Schumann resonance. 24th International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics. International Society for Optics and Photonics, SPIE. 2018. vol. 10833, pp. 2091-2094. DOI: 10.1117/12.2504511. Poklad Y.V., Ermak V.M., Ryakhovskiy I.A., Rybakov V. Variation of frequency of first modeof schumann resonance under solar x-ray flashes and its relation with helio-geophysical conditions. Proc. SPIE. Vol. 11208: 25th International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics. International Society for Optics and Photonics. 2019. P. 1910-1913. DOI: 10.1117/12.2540671. Poklad Y.V., Ermak V.M., Ryakhovskiy I.A., Rybakov V. Variation of frequency of first modeof schumann resonance under solar X-ray flashes and its relation with helio-geophysical conditions. 25th International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics. International Society for Optics and Photonics, SPIE. 2019, vol. 11208, pp. 1910-1913. DOI: 10.1117/12.2540671. Rodger C.J., Brundell J.B., Dowden R.L., Thomson N.R. Location accuracy of long distance VLF lightning location network. Ann. Geophys. 2004. Vol. 22. P. 747-758. DOI: 10.5194/angeo-22-747-2004. Rodger C.J., Brundell J.B., Dowden R.L., Thomson N.R. Location accuracy of long distance VLF lightning location network. Ann. Geophys. 2004, vol. 22, pp. 747-758. DOI: 10.5194/angeo-22-747-2004. Rycroft M.J., Israelsson S., Price C. The global atmospheric electric circuit, solar activity and climate change. J. Atmos. Solar-Terrs. Phys. 2000. Vol. 62. P. 1563-1576. DOI: 10.1016/S1364-6826(00)00112-7. Rycroft M.J., Israelsson S., Price C. The global atmospheric electric circuit, solar activity and climate change. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2000, vol. 62, pp. 1563-1576. DOI: 10.1016/S1364-6826(00)00112-7. Salby M.L. Sampling theory for asynoptic satellite observations Part I: Space-time spectra, resolution and aliasing. J. Atmos. Sci. 1982a. Vol. 39, iss. 11. P. 2577-2600. DOI: 10.1175/1520-0469(1982)039<2577:STFASO>2.0.CO;2. Salby M.L. Sampling theory for asynoptic satellite observations Part I: Space-time spectra, resolution and aliasing. J. Atmos. Sci. 1982a, vol. 39, pp. 2577-2600. DOI: 10.1175/1520-0469(1982)039<2577:STFASO>2.0.CO;2. Salby M.L. Sampling theory for asynoptic satellite observations. Part II: Fast Fourier synoptic mapping. J. Atmos. Sci. 1982b. Vol. 39, iss. 11. P. 2601-2614. DOI: 10.1175/1520-0469(1982)039<2601:STFASO>2.0.CO;2. Salby M.L. Sampling theory for asynoptic satellite observations. Part II: Fast Fourier synoptic mapping. J. Atmos. Sci. 1982b, vol. 39 (11), pp. 2601-2614. DOI: 10.1175/1520-0469(1982)039<2601:STFASO>2.0.CO;2. Tinsley B.A. Influence of the solar wind on the global electric circuit, and inferred effects on cloud microphysics, temperature, and dynamics of the troposphere. Space Sci. Rev. 2000. Vol. 94. P. 231-258. DOI: 10.1023/A:1026775408875. Tinsley B.A. Influence of the solar wind on the global electric circuit, and inferred effects on cloud microphysics, temperature, and dynamics of the troposphere. Space Sci. Rev. 2000, vol. 94, pp. 231-258. DOI: 10.1023/A:1026775408875. Williams E.R. Lightning and climate: A review. Atmos. Res. 2005. Vol. 76. P. 272-287. DOI: 10.1016/j.atmosres.2004.11.014. Williams E.R. Lightning and climate: A review. Atmos. Res. 2005, vol. 76, pp. 272-287. DOI: 10.1016/j.atmosres.2004.11.014. URL: https://wwlln.net (дата обращения 20 октября 2021 г.). URL: https://wwlln.net (accessed October 20, 2021).