Ionoszonda adatok elemzése összetett űridőjárási események során

A Napkitörési események (flerek és koronakidobódások), valamint a koronalyukakhoz kapcsolódó gyors napszélnyalábok Földünk mágneses mezejéhez érkezve összetett fizikai folyamatokat indítanak el a magnetoszféra- ionoszféra- légkör rendszerben. Az ionoszférában zajló folyamatok közepes szélességeken nagyon összetettek, mert a magasabb szélességeken bekövetkező, és a geomágneses vihar során létrejövő egyenlítői gyűrűáramhoz kapcsolódó változások hatása egyszerre tud érvényesülni. Az európai ionoszondák mérései így egyrészről kiváló lehetőséget biztosítanak a különböző mechanizmusok együttes tanulmányozására, ugyanakkor az egyidejűleg zajló folyamatok szétválasztása nagy kihívást jelent. Míg a flerek hatására megemelkedett röntgen és EUV fluxus főként az alsó ionoszférában (D-, E-réteg) okoz megnövekedett ionizációt, a geomágneses viharokhoz kapcsolódó légkör-dinamikai változások az F réteg elektronsűrűségére vannak hatással. A digiszonda adatok nagy előnye az egyéb mérési technikákkal szemben (pl. földbázisú VLF mérések, műholdas mérésekből származtatott TEC adatok), hogy az ionoszféra különböző rétegeinek elektronsűrűségéről ad információt, így szétválaszthatóak a különböző magasságtartományban zajló folyamatok. A 2018-ban a nagycenki geofizikai obszervatóriumba telepített digiszondának köszönhetően hozzáférünk a globális ionoszféra radarhálózat (GIRO rendszer) adataihoz. Az elsődleges feladat európai ionoszonda adatok elemzése összetett űridőjárási események során, ezen belül az egyes rétegparaméterek (kritikus frekvencia, magasság) változásának és az ionoszférikus plazma mozgásának vizsgálata. Ezen felül az esetleges periodikus jelleget mutató anomáliák (TID – Traveling Ionospheric Disturbances) kimutatása, amelyek a geomágneses viharok következtében előforduló nehézségi hullámokhoz kapcsolódhatnak

Témavezető: Dr. Barta Veronika (barta.veronika@epss.hu), ELKH Földfizikai és Űrtudományi Kutatóintézet

A semleges légkör és az ionoszféra közötti csatolási mechanizmusok vizsgálata

A semleges légköri hullámok, úgymint a teljes légkörrendszerben kialakuló és terjedő árapály hullámok, a troposzférában hegyvonulatok és időjárási rendszerek által keltett légköri nehézségi hullámok valamint az időjárásunkat alapvetően meghatározó planetáris hullámok az ionoszférához érkezve periodikus változásokat hoznak létre az ionoszférikus plazmában. A Széchenyi István Geofizikai Obszervatóriumban működő DPS4D digitális ionoszonda segítségével tanulmányozni tudjuk az egyes rétegek plazmafrekvenciájának, azaz elektronsűrűségének a változását, valamint az ionoszférikus plazma mozgását. Ezen felül a frekvencia - magasság adatpárok idősorának elemzésével ki tudjuk mutatni az ionoszférában létrejövő periodikus változásokat, amelyek általában valamely semleges légkörben terjedő hullámhoz kapcsolódhatnak. A szakdolgozat során néhány konkrét esemény (pl. nappal-éjszaka átmenet (terminátor) átvonulása, hidegfrontok) által keltett semleges légköri hullám ionoszférára gyakorolt hatását vizsgáljuk ionoszonda adatok segítségével. A hallgató betekintést nyerhet a semleges légkör és az ionoszféra közötti csatolási mechanizmusok részleteibe, valamint az ionoszonda adatok feldolgozásába és elemzésébe. Szakdolgozatán keresztül bekapcsolódhat a  T-FORS (TRAVELLING IONOSPHERIC DISTURBANCES FORECASTING SYSTEM) nyertes HORIZON 2022 nemzetközi projekt munkájába.

Témavezető: Dr. Barta Veronika (barta.veronika@epss.hu), ELKH Földfizikai és Űrtudományi Kutatóintézet

A légköri dinitrogén-oxid koncentráció alakulása

A dinitrogén-oxid (N2O) a harmadik legfontosabb olyan üvegházhatású gáz, melynek légköri mennyiségét az emberi tevékenység folyamatosan növeli. Elsődleges antropogén forrása a mezőgazdaság, ahol a kibocsátás jelentős csökkentésére az élelmiszertermelés fenntartása, szükségszerű növelése mellett jelenleg nem sok lehetőség látszik, ezért jelentősége a jövőben – a szén-dioxid- és metánkibocsátás mérséklődésével – egyre nőni fog. A dinitrogén-oxidot a talajban lejátszódó nitrifikációs és denitrifikációs folyamatok termelik, melyeket az élelmiszertermelés fenntartásához, a talaj tápanyagtartalmának pótlásához szükséges (mű)trágyázás felerősít. Magyarországon, a hegyhátsáli üvegházgáz mérőállomáson, 2015 óta zajlanak folyamatos légköri dinitrogén-oxid koncentráció mérések. A bő 7 éves adatsor lehetőséget ad a tendenciák, az időbeli ingadozások feltárására, a potenciális okok felderítésére. A tervezett munkához rendelkezésre állnak a világ számos más pontján végzett hasonló mérések eredményei is.

A sikeres pályázó érdeklődik a légköri folyamatok és az éghajlatváltozás kérdései iránt, és kész megismerkedni talajkémiai és talajbiológiai folyamatokkal is. Képes az angol nyelvű szakirodalom megértésére, felhasználására, és olyan szinten ismer valamely számítógépes programnyelvet, hogy azon önállóan adatfeldolgozó programokat tud írni.

Témavezető: Dr. Barcza Zoltán (zoltan.barcza@ttk.elte.hu), ELTE FFI Meteorológiai Tanszék és  Dr. Bór József (Bor.Jozsef@epss.hu) ELKH Földfizikai és Űrtudományi Kutatóintézet

A Föld zivatartevékenységének egy éve

2018 óta a villámlás a World Meteorological Organizaton (WMO) által is elismert alapvető éghajlati indikátor, a változásokat jellemző paraméter. A Földfizikai és Űrtudományi Kutatóintézet Légkörfizika kutatócsoportja célul tűzte ki a villámkisülések globális eloszlásának a meghatározását egy új módszerrel, amely a villámok extrém alacsonyfrekvenciás rádiójeleinek vételén alapul. A módszer kidolgozása még folyamatban van, de már az előzetes eredmények kiértékeléséhez is szükséges, hogy a kapott eloszlásokat független forrásból származó információkkal hasonlítsuk össze.

A kidolgozandó alprojekt célja a villámlás intenzitásának meghatározása és az intenzitás változásainak leírása különböző villámparaméterek alapján (villámszám, legnagyobb áramerősség, energia) bolygónk egészén, illetve néhány kulcsfontosságú régióban egy kiválasztott év során. A vizsgálathoz globális villámészlelő hálózatok adatai és műholdas villámészlelések érhetők el. Az eredmények lehetővé teszik a globális szezonális változások és nagyléptékű éghajlati jellegzetességek területenként leképezett alakulásának összehasonlítását az adott évben, ahogy ezeket a különböző adatforrások mutatják. Ez egyben alapot szolgáltat az általunk fejlesztett villámeloszlás-meghatározó módszer teljesítményének a kiértékeléséhez is.

A projekt folytatásában a villámeloszlások és a légköri elektromosság különböző mérhető paraméterei közötti kapcsolatok vizsgálhatók a kutatócsoport munkájába bekapcsolódva. Szükséges ismeretek: (1) angol nyelvismeret a nemzetközi szakirodalom tanulmányozásához, (2) adatkiértékelő és grafikonkészítő alkalmazások, programnyelvek ismerete (előny valamilyen adatfeldolgozás-orientált programozási nyelv vagy környezet ismerete, mint pl. Python, Matlab).

Témavezető: Dr. Bór József (Bor.Jozsef@epss.hu) és Bozóki Tamás (Bozoki.Tamas@epss.hu), ELKH Földfizikai és Űrtudományi Kutatóintézet

Űridőjárás a Földről nézve – az ionoszféra monitorozása

A Napból jövő kitöréses események pl. flerek és koronakidobódások, a Földünk védelmező mágneses mezejéhez érkezve összetett fizikai folyamatokat indítanak el a magnetoszféra-ionoszféra-légkör rendszerben. Ilyenkor beszélünk űridőjárási eseményekről. A hatások nagysága és megnyilvánulása modern civilizációnk működése szempontjából kritikus tényező. Társadalmunk már az elektronikai rendszerekkel, és a műholdas szolgáltatásokkal (pl. GPS, banki tranzakciók, rádió és műholdas kommunikáció stb.) összenőve él, és ez a függés egyre csak nő.

A flerek okozzák a legintenzívebb eseményeket a Föld körüli térségben és az ionoszférában. Ezek rövid ideig tartó napkitörési események, melyek hatalmas elektromágneses energiával rendelkeznek széles hullámhossztartományban. Azonban a sugárzás mellett a flerek energikus részecskesugárzással (proton és elektron) is párosulhatnak további ionizációt okozva a Föld légkörében. A flereket gyakran kísérő koronakidobódások plazmacsomagja elérvén a Föld környezetét ún. geomágneses viharokat okoz, melynek hatására további fizikai és légkörkémiai folyamatok zajlanak az ionoszférában, melyeket összefoglaló néven ionoszféra viharnak nevezünk. Intenzív fler események és geomágneses viharok idején a rádió jelek akár teljes elnyelődése tapasztalható az ionoszférában, továbbá zavarok léphetnek fel a műholdas kommunikációban és pontatlanná válik a GPS jeladás. Ezeken felül az intenzív troposzférikus események (pl. hidegfront átvonulás, vulkánkitörés) további zavarokat okozhatnak az ionoszférában, melyek még nagyobb kihívást jelentenek annak monitorozásában és kutatásában.

A legmodernebb digitális ionoszféra radar került üzembe helyezésre 2018-ban az MTA Széchenyi István Geofizikai Obszervatóriumában, mely az ionoszféra egyes rétegeinek elektron tartalmát, valamint az ionoszférikus plazma mozgását képes monitorozni. A műszer telepítésének köszönhetően Magyarország csatlakozott a világ élvonalába tartozó radarok hálózatához, és így a magyar kutatók rendelkezésére állnak a globális hálózat adatai. Ezen felül a többi műszerrel összehangolt mérések kivitelezésével minden eddiginél pontosabb képet kaphatunk az űridőjárási események, vagy a troposzférikus eredetű zavarok idején az ionoszférában bekövetkező változásokról, és ezek hátterében húzódó fizikai folyamatokról. A TDK hallgatónak lehetősége nyílik bekapcsolódni a Földfizikai és Űrtudományi Kutatóintézet, Űrkutatás-űrtechnológia kutatási egységében zajló kutatásokba, és választani a széles kutatási témák közül, mint például a flerek és geomágneses viharok, avagy a troposzférikus események ionoszférára gyakorolt hatásának vizsgálata.

Témavezető: Dr. Barta Veronika, ELKH Földfizikai és Űrtudományi Kutatóintézet (barta.veronika@epss.hu)

A globális zivatartevékenység rekonstruálása genetikus algoritmusok segítségével

A tervezett kutatás célja, hogy genetikus algoritmusok segítségével kísérletet tegyen a globális zivatartevékenység intenzitásának és térbeli eloszlásának meghatározására több állomáson mért Schumann-rezonancia adatok felhasználásával. A villámkisülésekkor keletkező néhányszor 10 Hz-es elektromágneses hullámok többször is körbejárhatják a Földet nagyon kis csillapításuknak köszönhetően, és a fázisban találkozó hullámok frekvenciái (~ 8 Hz, ~14 Hz, ~20 Hz, ~26 Hz,…) rezonancia-csúcsokként jelennek meg a spektrumban. Ezt a jelenséget nevezzük Schumann-rezonanciának. A projekt során lehetőség nyílik megismerkedni a genetikus algoritmusok modern változataival, és egyúttal betekintés nyerhető abba az összetett folyamatba, amely során a matematikai modell alkalmazhatóvá válik egy konkrét inverziós feladat megoldására.

Témavezető: Bozóki Tamás, ELKH Földfizikai és Űrtudományi Kutatóintézet (bozoki.tamas@epss.hu)