Tibetan Wanderer by The Internal Expression

Обнаружение молний: от земли до неба: как изучение молний перешло с земли на вид с высоты птичьего полета

Наблюдение

В начале 1700-х годов обнаружение молний было исключительно наблюдательным. Мы полагались на то, что увидели молнию и дождались раската грома, чтобы определить, насколько далеко он находился, что является примерно точным и до сих пор практикуется многими людьми.

Громоотвод Франклина

В середине XVIII века Бенджамин Франклин изобрел громоотвод. Франклин начал экспериментировать с электричеством в 1745 году, что привело его к этой идее. Заостренный стержень был сделан из проводящего материала, такого как алюминий или медь, и размещался на крыше здания, а провод спускался к другому стержню, воткнутому в землю, который безопасно отводил электричество от молнии от здания в землю. земля. Он выдвинул теорию об этой концепции задолго до того, как запустил свой знаменитый воздушный змей, сказав: «Я думаю, электрический огонь вырвется из облака бесшумно, прежде чем он сможет приблизиться достаточно близко, чтобы нанести удар».

Детектор молний Попова

Александр Степанович Попов в конце 1800-х годов изобрел детектор молний на основе раннего приемника радиоволн. Он обнаружил молнию, воспринимая ее электромагнитные импульсы с помощью когерерного приемника, изобретенного Эдуардом Бранли в 1890 году. Когерер состоит из трубки, содержащей два близко расположенных электрода. Между электродами находятся железные опилки, которые слипаются, образуя путь, по которому может течь электрический ток. В 1895 году прибор Попова был установлен в метеорологической обсерватории Института лесного хозяйства в Петербурге. Его детектор молний также был приспособлен для передачи электрических сигналов азбукой Морзе.

Методы геолокации по времени прибытия

Методы геолокации по времени прибытия (TOA) были разработаны в 1930-х и 1940-х годах для помощи в навигации судов. В конце 1950-х годов метеорологи начали использовать те же методы для обнаружения молний. Метод TOA использовал задержку времени прибытия на нескольких станциях обнаружения молний, чтобы определить, где находилась молния и когда она прибудет в проблемную зону.

Системы картирования молний

В конце 20-го века были разработаны системы Lightning Mapping Array (LMA). Это сеть станций, состоящая из антенн, GPS-приемников и систем обработки, которые обнаруживают молнию и оценивают местоположение и скорость движения молнии на основе времени, которое требуется частотному сигналу, излучаемому разрядом, для достижения различных антенных станций. в массиве.

Спутники

Спутники позволили нам обнаружить и нанести на карту грозы, как никогда раньше – из космоса. Геостационарные оперативные спутники окружающей среды NOAA (GOES-R) оснащены инструментом под названием Geostationary Lightning Mapper (GLM), первым оптическим детектором молний на спутнике, находящемся на геостационарной орбите. NOAA начало использовать GLM в марте 2017 года. В июле 2018 года Национальная метеорологическая служба начала включать ее данные при составлении оперативных прогнозов погоды.

До геостационарного картографа молний низкоорбитальный спутник НАСА по измерению тропических осадков (TRMM) имел на борту датчик изображения молний (LIS), который работал аналогичным образом. Запасная LIS НАСА сейчас находится на Международной космической станции. 29 апреля 2020 года геостационарный картограф молний NOAA зафиксировал самую длинную вспышку молнии за всю историю наблюдений, которая преодолела расстояние в 477 миль.
Шокирует! В этом кластере штормов одна молния, захваченная спутником NOAA GOES-16 (GOES East) в апреле 2020 года, была недавно сертифицирована Всемирной метеорологической организацией (ВМО) как самая длинная вспышка в мире за всю историю наблюдений с расстоянием 477 миль.

Комплексный подход

В настоящее время NOAA использует как системы картографирования молний, так и спутниковые изображения для обнаружения и определения местоположения наземных и облачных молний в трех измерениях, а также во времени. Эти совокупные методы наблюдения защищают нас от ударов молний как никогда.
Источники. Национальное управление океанических и атмосферных исследований
Министерство торговли США, Новости, Обнаружение молний: от земли до неба, как изучение молний перешло от земных к взглядам с высоты птичьего полета, 20 июня 2023 г.

Lightning detection: From ground to sky, how the study of lightning went from earthbound to a bird’s eye view

Observation

In the early 1700s, lightning detection was solely observational. We relied on seeing lightning and waiting for the thunderclap to determine how far away it was, which is roughly accurate and still practiced by many people.

Franklin’s Lightning Rod

In the mid-18th century, Benjamin Franklin invented the lightning rod. Franklin began experimenting with electricity in 1745 which led him to the idea. The pointed rod was made of conductive material, such as aluminum or copper, and placed on top of a building with a wire running down to another rod stuck in the ground, which would conduct a lightning bolt’s electricity safely away from the building and into the ground. He theorized about the concept long before he ever flew his famous kite, saying, "The electrical fire would, I think, be drawn out of a cloud silently, before it could come near enough to strike."

Popov's Lightning Detector

Alexander Stepanovich Popov devised a lightning detector based on an early radio wave receiver in the late 1800s. It detected lightning by sensing its electromagnetic pulses using a coherer receiver that had been invented by Édouard Branly in 1890. A coherer consists of a tube containing two closely spaced electrodes. Between the electrodes are iron filings that stick together, establishing a path through which an electrical current can flow. In 1895, Popov’s device was installed at the meteorological observatory of the Institute of Forestry in St. Petersburg. His lightning detector was also adapted to transmit electrical signals in morse code.

Time-of-arrival Geolocation Techniques

Time-of-arrival (TOA) geolocation techniques were developed in the 1930s and 1940s to aid in ship navigation. In the late 1950s, meteorologists began using these same techniques to locate lightning. The TOA method used the delay in arrival time at multiple lightning detection stations to determine where the lightning was and when it would arrive in the area of concern.

Lightning Mapping Array Systems

In the late 20th century, Lightning Mapping Array (LMA) systems were developed. These are a network of stations consisting of antennas, GPS receivers, and processing systems that detect lightning and estimate the location and travel speed of the lightning bolt based on the time it takes the frequency signal radiated by the discharge to arrive at the various antenna stations in the array.

Satellites

Satellites have allowed us to detect and map lightning storms like never before – from space. NOAA Geostationary Operational Environmental Satellites (GOES-R) are equipped with an instrument called the Geostationary Lightning Mapper (GLM), the first optical lightning detector on a satellite in geostationary orbit. NOAA began using the GLM in March 2017. In July 2018, the National Weather Service started including its data in the determination of operational weather forecasts.

Prior to the Geostationary Lightning Mapper, the NASA Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) low earth orbit satellite had the Lightning Imaging Sensor (LIS) onboard, which operated similarly. NASA’s spare LIS is now on the International Space Station. On April 29, 2020, NOAA’s Geostationary Lightning Mapper captured the longest lightning flash on record, which covered a distance of 477 miles.
Shocking! Within this cluster of storms, a single lightning bolt captured by NOAA's GOES-16 (GOES East) satellite in April 2020 was recently certified by the World Meteorological Organization (WMO) as the world’s longest flash on record with a distance of 477 miles.

An Integrated Approach

Currently, NOAA uses both Lightning Mapping Array systems and satellite imagery to detect and locate ground lightning and in-cloud lightning in three dimensions, as well as time. These collected methods of observation keep us safer than ever from lightning strikes.
Sources. National Oceanic and Atmospheric Administration
U.S. Department of Commerce, News, Lightning detection: From ground to sky, how the study of lightning went from earthbound to a bird’s eye view, June 20, 2023