Ground-based and satellite observation of electromagnetic emissions associated with thunderstorm activity

Abstract

This doctoral thesis focuses on the key stages of lightning development, primarily using ground-based measurements of the electromagnetic radiation from atmospheric discharges by the broadband magnetic field sensors SLAVIA (Shielded Loop Antenna with a Versatile Integrated Amplifier). These observations were complemented by data provided by additional instruments, including the Lightning Mapping Array SAETTA (Suivi de l'Activité Electrique Tridimensionnelle Totale de l'Atmosphere) and lightning location networks METEORAGE, EUCLID (European Cooperation for Lightning Detection), and WWLLN (World Wide Lightning Location Network). Optical data from the Lightning Imaging Sensor (LIS) aboard the International Space Station were also utilized for specific analyses. The results of this research highlight optical signatures and electromagnetic properties of the preliminary breakdown stage, demonstrating that lightning initiation can be optically observed from space. Additionally, this thesis work examines varying electromagnetic signatures received immediately after the first return stroke, distinctly differentiating between negative and positive cloud-to-ground flashes. This analysis reveals that the post-return stroke period involves recharging of an in-cloud leader with opposite polarity, thereby...

Tato disertační práce je zaměřena na studium klíčových fází vývoje blesků, a to zejména s využitím pozemních měření elektromagnetických projevů atmosférických výbojů pomocí širokopásmových magnetických antén SLAVIA (Shielded Loop Antenna with a Versatile Integrated Amplifier). Tato měření jsou doplněna daty z bleskových detekčních sítí Meteorage, EUCLID (European Cooperation for Lightning Detection), a WWLLN (World Wide Lightning Location Network) a z anténního pole SAETTA (Suivi de l'Activite Electrique Tridimensionnelle Totale de l'Atmosphere). Pro vybrané studie jsou využita družicová data z optického senzoru LIS (Lightning Imaging Sensor) umístěného na mezinárodní vesmírné stanici. Práce představuje výsledky výzkumu elektromagnetických a optických vlastností iniciační fáze bleskových výbojů, a jasně dokazuje možnost její optické detekce z nízké oběžné dráhy. Studium elektromagnetické aktivity v čase bezprostředně po prvním zpětném boji, a to v závislosti na polaritě výboje, je druhým hlavním tématem této práce. Představená analýza ukazuje, že po zpětném výboji dochází k opětovnému nabití vnitrooblakového vůdčího výboje opačné polarity, a podporuje tím teorii obousměrného šíření výboje. Dále jsou zkoumány izolované iniciační procesy, vznik energetických zimních blesků, a izolované úzké...