Ortung und Analyse von Blitzentladungen mittels Registrierung von VLF-Atmospherics innerhalb eines Messnetzes

Natürliche Blitzentladungen können aufgrund ihrer abgestrahlten,
elektromagnetischen Impulswellen (Atmospherics) in verschiedenen
Frequenzintervallen geortet werden. Unter Verwendung magnetischer
Sensoren wurde im Rahmen dieser Arbeit ein Messsystem entwickelt
und erprobt, dessen Detektionsschwerpunkt im VLF-Bereich liegt.
Unterschiedlichste Blitzentladungen wurden mit Messnetzen in
Deutschland, Brasilien und Australien gezielt geortet und
analysiert. Durch eine aufwendige Ermittlung der
Signalankunftszeiten an den Messstationen und die Verwendung eines
erweiterten Laufzeitverfahrens zur Blitzpeilung, welches neben
Länge und Breite auch die Höhe der Blitzentladung als Parameter
zulässt, ergaben sich mittlere Laufzeitfehler von nur 0,2 µs.
Simulationen, statistische Vergleiche und alternative Verfahren zur
Blitzhöhenbestimmung belegen, dass die jeweils berechnete Höhe eine
sinnvolle, physikalische Größe darstellt. Durch diese wird es
möglich, Wolken- und Erdblitze auf einfache Art voneinander zu
unterscheiden. Die Peilgenauigkeit und Effizienz der erfassten
Blitzereignisse wurden durch Vergleiche mit einer Reihe von anderen
Blitzmessnetzen untersucht. Dabei stellte sich heraus, dass von
unseren Netzwerken bis zu zehn Mal so viele reale Blitzereignisse
gemeldet wurden. Die Vergleiche der Stromamplituden zeigen, dass
die zusätzlich erfassten Ereignisse fast ausschließlich zu
schwächeren Blitzen mit Entladungsströmen unter 5 kA gehören. Die
starken Amplituden werden von den verschiedenen Netzen in sehr
guter Übereinstimmung gemessen. Die Peildifferenzen zwischen
zeitgleichen Ereignissen der verglichenen Datensätze liegen in den
meisten Fällen unterhalb eines Kilometers. Aufgrund der großen
Datenfülle und der Emissionshöhenbestimmung der Impulse wurde es
erstmals möglich, mit einem VLF-Messnetz dreidimensionale
Entladungsstrecken darzustellen. Durch die Analyse der
aufgezeichneten Wellenformen wurden Einteilungen der Impulse in
verschiedene Kategorien möglich. So ließen sich signifikante
Unterschiede zwischen Wolken- und Erdblitzen, aber auch bei Vor-
und Hauptentladungen aufzeigen.