MARC

 008260126s2025        us                              c    eng  d
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■020    ▼a9798291578704
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI32169981
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a550
■1001  ▼aWold,  Alexandra  Michelle.▼0(orcid)0009-0002-1298-2390
■24510▼aLightning-Generated  Whistlers  From  Source  to  Space:  Modeling  and  Measurements  of  Wave  Properties  and  Propagation
■260    ▼a[Sl]▼bUniversity  of  Colorado  at  Boulder▼c2025
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2025
■300    ▼a165  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  87-02,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Marshall,  Robert.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--University  of  Colorado  at  Boulder,  2025.
■520    ▼aLightning  flashes  emit  powerful  electromagnetic  signals  over  a  broad  range  of  frequencies,  including  in  the  very  low  frequency  (VLF)  radio  band  from  ∼  3  −  30  kHz.  These  VLF  waves  travel  through  the  atmosphere  and  the  near-Earth  space  environment.  When  traveling  upwards  through  the  ionosphere,  the  VLF  waves  are  converted  to  whistler-mode  waves  called  lightning-generated  whistlers  (LGWs)  and  lose  a  significant  amount  of  energy  during  transit.  Above  the  ionosphere,  the  LGWs  enter  the  plasmapshere,  where  the  LGWs  propagate  for  several  to  tens  of  seconds,  until  their  energy  is  dissipated  into  the  plasma.Overlapping  with  the  plasmasphere  are  populations  of  high-energy  particles  trapped  in  toroidal  regions  around  the  Earth  called  the  radiation  belts.  The  radiation  belts  are  hazardous  to  both  spacecraft  and  astronauts.  LGWs  can  change  the  trajectories  of  radiation  belt  particles  through  resonant  wave-particle  interactions,  inducing  precipitation  of  the  particles  into  the  atmosphere  where  a  chain  of  chemical  reactions  can  deplete  ozone  concentrations.  The  effectiveness  of  LGWs  in  scattering  radiation  belt  particles  depends  on  wave  properties  including  amplitude  and  wave  normal  angle.  This  work  is  motivated  by  the  need  to  better  understand  these  LGW  wave  properties  and  support  future  investigation  into  precipitation  and  radiation  belt  lifetimes.  This  dissertation  aims  to  improve  our  understanding  of  the  propagation,  prevalence,  and  distribution  of  LGWs  using  data  analysis  and  numerical  modeling  methods.Observations  of  LGWs  from  space-based  missions  began  as  early  as  1964  with  the  launch  of  Orbiting  Geophysical  Observatory  (OGO)  1.  More  recently,  the  Van  Allen  Probes  (VAP)  mission  has  lead  to  significant  advances  in  our  understanding  of  whistler-mode  wave  propagation.  In  this  work,  we  present  analysis  of  a  previously  unexplored  set  of  VAP  observations  from  the  Electric  Fields  and  Waves  (EFW)  suite,  and  we  produce  a  complete  set  of  over  50,000  burst  intervals  with  LGW  observations.  Through  magnetic  spectral  analysis,  clustering,  and  ray  tracing  techniques,  we  assess  the  prevalence,  distribution,  wave  amplitudes,  wave  normal  angles,  and  propagation  modes  of  the  LGWs  in  the  dataset.  We  determine  that  LGWs  observed  in  the  plasmasphere  with  WNAs  below  32◦  are  likely  ducted  and  are  mainly  observed  below  L  =  2. The  accuracy  of  trans-ionospheric  propagation  modeling,  specifically  in  predicting  wave  amplitude  and  power  at  the  top  of  the  ionosphere,  has  been  under  investigation  for  decades.  Historic  estimates  of  attenuation  were  invalidated  by  spacecraft  observations,  and  new  modeling  methods  were  explored  to  generate  improved  estimates.  In  this  thesis,  we  update  legacy  trans-ionospheric  attenuation  estimates  with  new  ionospheric  density  models.  We  also  assess  the  effect  of  modeled  wave  normal  angle  at  the  top  of  the  ionosphere,  and  we  show  that  initial  wave  normal  angle  choice  when  modeling  LGWs  into  the  magnetosphere  has  significant  impacts  on  the  trajectory  and  power  of  the  waves.Finally,  we  combine  our  LGW  data  analysis,  our  trans-ionospheric  propagation  modeling,  and  ray  tracing  to  simulate  energy  from  real  lightning  detections  through  the  ionosphere,  into  the  magnetosphere,  and  to  the  locations  where  VAP  observed  the  LGWs.  This  particular  combination  of  models  and  observations  has  not  previously  been  integrated  together.  The  methodology  we  present  can  be  used  to  support  future  modeling  work  aimed  at  predicting  global  LGW  energy  or  resultant  precipitation  from  the  radiation  belts.  We  explore  the  main  sources  of  uncertainty  in  the  modeling  and  highlight  the  need  for  accurate  representations  of  the  source  lightning  flash  and  ionosphere  and  plasmasphere  compositions.
■590    ▼aSchool  code:  0051.
■650  4▼aGeophysics
■650  4▼aPhysics
■653    ▼aIonosphere
■653    ▼aLightning  generated  whistlers
■653    ▼aMagnetosphere
■653    ▼aVan  Allen  Probes
■653    ▼aWaves  in  plasmas
■653    ▼aWhistlers
■690    ▼a0373
■690    ▼a0467
■690    ▼a0605
■71020▼aUniversity  of  Colorado  at  Boulder▼bAerospace  Engineering.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g87-02B.
■790    ▼a0051
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2025
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17359048▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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