Mortality and causes of death among homeless in Finland : a 10-year follow-up study

Background Homelessness is associated with increased mortality, and some predictors of mortality have been previously identified. We examined the overall and cause-specific mortality among homeless men in Helsinki and the associations of social background and health service use with mortality. Methods To assess cause-specific mortality in a competing risks framework, we performed a register-based, case-control study of 617 homeless men and an age-matched control group of 1240 men from the general population that were followed for 10 years between 2004 and 2014. Cox proportional hazards model was used to calculate HR for death and a competing risks model to calculate sub-HRs (sHR) for cause-specific death. Results During the follow-up, 45.0% of the homeless died compared with 10.5% of controls (HR 5.38, 95% CI 4.39 to 6.59). The risk of death was particularly elevated for the homeless aged Conclusions Homelessness is associated with a fivefold mortality compared with the controls, and especially homeless agedPeer reviewe

Environmental data for the planning of off-shore wind parks from the EnerGEO Platform of Integrated Assessment (PIA)

International audienceThe EU-sponsored EnerGEO project aims at providing decision makers with a modelling platform to assess the environmental impacts of different sources of renewable energy. One of the pillars of the project is the Wind Energy Pilot, addressing the effects of offshore wind parks on air pollution and energy use. The methods used in the pilot and the underlying environmental databases are integrated into a WebGIS client tool and made available to the public. This paper is dedicated to describing the environmental databases and supporting data incorporated in the client tool. A 27-km resolution, 11-year wind database is created using the WRF model. The wind database is used to assess the wind climate in the north-west Atlantic region and to derive the potential power output from offshore wind parks. Auxiliary data concerning water depth, distance to shore and distance to the nearest suitable port are created to aid the planning and maintenance phases. Seasonal workability conditions are assessed using a 20-year wave database. The distance at which future wind parks should be placed to exhibit different wind climates is investigated

The FLUXNET2015 dataset and the ONEFlux processing pipeline for eddy covariance data

The FLUXNET2015 dataset provides ecosystem-scale data on CO2, water, and energy exchange between the biosphere and the atmosphere, and other meteorological and biological measurements, from 212 sites around the globe (over 1500 site-years, up to and including year 2014). These sites, independently managed and operated, voluntarily contributed their data to create global datasets. Data were quality controlled and processed using uniform methods, to improve consistency and intercomparability across sites. The dataset is already being used in a number of applications, including ecophysiology studies, remote sensing studies, and development of ecosystem and Earth system models. FLUXNET2015 includes derived-data products, such as gap-filled time series, ecosystem respiration and photosynthetic uptake estimates, estimation of uncertainties, and metadata about the measurements, presented for the first time in this paper. In addition, 206 of these sites are for the first time distributed under a Creative Commons (CC-BY 4.0) license. This paper details this enhanced dataset and the processing methods, now made available as open-source codes, making the dataset more accessible, transparent, and reproducible.Peer reviewe

New genetic loci link adipose and insulin biology to body fat distribution.

Body fat distribution is a heritable trait and a well-established predictor of adverse metabolic outcomes, independent of overall adiposity. To increase our understanding of the genetic basis of body fat distribution and its molecular links to cardiometabolic traits, here we conduct genome-wide association meta-analyses of traits related to waist and hip circumferences in up to 224,459 individuals. We identify 49 loci (33 new) associated with waist-to-hip ratio adjusted for body mass index (BMI), and an additional 19 loci newly associated with related waist and hip circumference measures (P < 5 × 10(-8)). In total, 20 of the 49 waist-to-hip ratio adjusted for BMI loci show significant sexual dimorphism, 19 of which display a stronger effect in women. The identified loci were enriched for genes expressed in adipose tissue and for putative regulatory elements in adipocytes. Pathway analyses implicated adipogenesis, angiogenesis, transcriptional regulation and insulin resistance as processes affecting fat distribution, providing insight into potential pathophysiological mechanisms

Two-locus genome-wide linkage scan for prostate cancer susceptibility genes with an interaction effect

Prostate cancer represents a significant worldwide public health burden. Epidemiological and genetic epidemiological studies have consistently provided data supporting the existence of inherited prostate cancer susceptibility genes. Segregation analyses of prostate cancer suggest that a multigene model may best explain familial clustering of this disease. Therefore, modeling gene–gene interactions in linkage analysis may improve the power to detect chromosomal regions harboring these disease susceptibility genes. In this study, we systematically screened for prostate cancer linkage by modeling two-locus gene–gene interactions for all possible pairs of loci across the genome in 426 prostate cancer families from Johns Hopkins Hospital, University of Michigan, University of Umeå, and University of Tampere. We found suggestive evidence for an epistatic interaction for six sets of loci (target chromosome-wide/reference marker-specific P ≤0.0001). Evidence for these interactions was found in two independent subsets from within the 426 families. While the validity of these results requires confirmation from independent studies and the identification of the specific genes underlying this linkage evidence, our approach of systematically assessing gene–gene interactions across the entire genome represents a promising alternative approach for gene identification for prostate cancer.Peer Reviewedhttp://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/2027.42/47598/1/439_2005_Article_99.pd

Measuring the health-related Sustainable Development Goals in 188 countries : a baseline analysis from the Global Burden of Disease Study 2015

Background In September, 2015, the UN General Assembly established the Sustainable Development Goals (SDGs). The SDGs specify 17 universal goals, 169 targets, and 230 indicators leading up to 2030. We provide an analysis of 33 health-related SDG indicators based on the Global Burden of Diseases, Injuries, and Risk Factors Study 2015 (GBD 2015). Methods We applied statistical methods to systematically compiled data to estimate the performance of 33 health-related SDG indicators for 188 countries from 1990 to 2015. We rescaled each indicator on a scale from 0 (worst observed value between 1990 and 2015) to 100 (best observed). Indices representing all 33 health-related SDG indicators (health-related SDG index), health-related SDG indicators included in the Millennium Development Goals (MDG index), and health-related indicators not included in the MDGs (non-MDG index) were computed as the geometric mean of the rescaled indicators by SDG target. We used spline regressions to examine the relations between the Socio-demographic Index (SDI, a summary measure based on average income per person, educational attainment, and total fertility rate) and each of the health-related SDG indicators and indices. Findings In 2015, the median health-related SDG index was 59.3 (95% uncertainty interval 56.8-61.8) and varied widely by country, ranging from 85.5 (84.2-86.5) in Iceland to 20.4 (15.4-24.9) in Central African Republic. SDI was a good predictor of the health-related SDG index (r(2) = 0.88) and the MDG index (r(2) = 0.2), whereas the non-MDG index had a weaker relation with SDI (r(2) = 0.79). Between 2000 and 2015, the health-related SDG index improved by a median of 7.9 (IQR 5.0-10.4), and gains on the MDG index (a median change of 10.0 [6.7-13.1]) exceeded that of the non-MDG index (a median change of 5.5 [2.1-8.9]). Since 2000, pronounced progress occurred for indicators such as met need with modern contraception, under-5 mortality, and neonatal mortality, as well as the indicator for universal health coverage tracer interventions. Moderate improvements were found for indicators such as HIV and tuberculosis incidence, minimal changes for hepatitis B incidence took place, and childhood overweight considerably worsened. Interpretation GBD provides an independent, comparable avenue for monitoring progress towards the health-related SDGs. Our analysis not only highlights the importance of income, education, and fertility as drivers of health improvement but also emphasises that investments in these areas alone will not be sufficient. Although considerable progress on the health-related MDG indicators has been made, these gains will need to be sustained and, in many cases, accelerated to achieve the ambitious SDG targets. The minimal improvement in or worsening of health-related indicators beyond the MDGs highlight the need for additional resources to effectively address the expanded scope of the health-related SDGs.Peer reviewe

Μελέτη Μεταβατικών Οπτικών Συμβάντων στην κατώτερη ιονόσφαιρα μέσω ΗΜ κυμάτων Υπέρ Χαμηλών Συχνοτήτων

Eighteen years ago researchers accidentally discovered spectacular flashes occurring high up in the atmosphere above intense thunderstorms, which have later become known as sprites. Since, a category of upper atmospheric optical phenomena has been established, including elves, blue jets, and halos, in addition to sprites, collectively termed as transient luminous events (TLEs). Their highly non-linear nature and short lifetimes, from less than 1ms to about 250ms, constitute an impediment to their study. Although their discovery opened a new field of research that has advanced our physical understanding of TLEs, important questions still remain unanswered. In particular, there is need to improve our knowledge on how the mechanisms responsible for TLEs affect the medium hosting them, that is, the upper atmosphere and lower ionosphere. The aim of this thesis is to contribute new knowledge on the physics of TLEs and the electrical coupling processes between the troposphere, where lightning occurs, and the upper atmosphere where the TLEs appear. The approach followed here is mostly experimental, based on the reception and analysis of electromagnetic signals from powerful very low frequency (VLF, 3&minus;30kHz) transmitters around the globe. Their propagation in the Earth-ionosphere waveguide can be affected by perturbations in ionospheric conductivity which might also be caused directly by the electrical coupling of the troposphere and the lower ionosphere during TLE occurrences. High resolution VLF recordings made with state-of-the art receivers in Crete and France simultaneously with TLE and lightning detection observations in France, were analysed to study the effects of lightning-induced electric fields on the lower ionosphere. These investigations led to a number of new findings which are reported in the present thesis. A virtually one-to-one relationship between sprites and early VLF events was established. This constitutes evidence of electron density enhancements in the D region during sprites, corroborating theoretical predictions of lightning-induced air breakdown and ionisation production in the upper atmosphere. The relation between sprites and their causative positive cloud-to-ground (+CG) discharges was examined and revealed a 30% occurrence of long-delayed sprites lagging a preceding discharge by 30 to 220ms. This time lag is much larger than in previous reports, suggesting that long-lasting continuing currents play a key role in the build-up of sprite-causative, strong quasielectrostatic (QE) fields in the upper atmosphere/lower ionosphere. The role of intracloud lightning in the sprite generation process was studied further by using broadband VLF recordings in addition to lightning detection data of intracould discharges. It was found that intracloud lightning does indeed play a role, apparently by influencing the charge redistribution and thus shaping the intensity and duration of the mesospheric QE fields that produce sprites. In particular, the presence of intracloud discharges was found to be decisive in sprite morphology, leading to the appearance of carrot rather than column type sprites, possibly because they cause the impacting QE fields in the upper atmosphere to exceed the breakdown threshold for longer times and larger areas in the former cases than the latter. A D-region model, accounting for reactions between four types of charged particles and involving various electron loss mechanisms, was solved numerically to compute relaxation times for electron density enhancements produced by the action on the ionosphere of lightning-induced QE fields. Model results for different parameters were compared with early VLF event recoveries to infer estimates of sprite-related ionisation increases and the altitudes at which they occur. The model accounted for the observed recovery times from about 20 to more than 250s, if electron density increases of 102 to 104 times the ambient values were taken to occur in the altitude range from 75 to 85km. This endorsed the notion of VLF scattering from relatively large diffuse regions of electron ionisation enhancements located right below the night-time VLF reflection heights, in line also with existing simulations and observations of sprite halos. Studies of sprite-related early VLF perturbations lead to the discovery of a new category of VLF events, termed early/slow, characterised by long onset durations up to 2.5s in contrast to the well-known early/fast events reaching their maximum amplitude in less than 50ms. A new mechanism was proposed to explain the slow growth of these events, postulating a process of gradual secondary ionisation build-up, caused by the effects on sprite-produced electrons of electromagnetic pulses (EMPs) radiated upwards by intracloud lightning channels. This was substantiated by the identification of burst-like VLF sferic activity in conjunction with intracloud discharges occurring in the sprite-producing storms, accompanying the early/slow event amplitude growth. An examination of elve observations, made by ground-based and satellite-borne imagers, along with simultaneous VLF recordings, led to the identification of elve-related early VLF perturbations for the first time. This is long-awaited experimental evidence in favour of ionisation produced in the upper D region by lightning-induced EMPs that also produce elves, which came in support of existing theories and simulation models. Using a chain of high-resolution pulsation magnetometers, the ultra low frequency (ULF, f< 10Hz) response to sprite-producing lightning discharges was studied statistically. ULF signatures of sprite-producing and non sprite-related +CG discharges were compared. No signature was found unique to sprite-causative +CG discharges, in contrast with previous claims based on event studies. Finally, an existing numerical model was upgraded to be capable of simulating VLF scattering from a group of vertical plasma structures corresponding to sprite bodies. Under the action of an incident VLF wave, the scattering system was treated as an assembly of conducting columns divided into sequential radiating segments (dipoles). A novel feature was the inclusion of electromagnetic interaction between the radiating elements and realistic Earth-ionosphere waveguide propagation effects, which enables the simulation of a self-consistent scattering radiation pattern. First tests indicate that this model could be easily adapted to simulate early VLF perturbations at a receiver location.Ο όρος «μεταβατικά οπτικά συμβάντα» (ΜΟΣ), που αντιστοιχεί στον αγγλικό “transient luminous events” (TLE), αναφέρεται σε στιγμιαία φωτεινά φαινόμενα που λαβαίνουν χώρα στην ανώτερη ατμόσφαιρα πάνω από περιοχές ενεργών κεραυνο- καταιγίδων. Η έρευνα των φαινομένων αυτών, τα οποία έχουν ανακαλυφθεί τα τελευταία χρόνια και περιλαμβάνουν διάφορες κατηγορίες, όπως αυτές των sprites (διάρκειας 10 – 100 ms) και elves ( διάρκειας < 1 ms), είναι εντατική και επίμονη, απασχολεί δε αρκετές ομάδες επιστημόνων ατμοσφαιρικής φυσικής ανά τον κόσμο. Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι να συνεισφέρει με νέα επιστημονική γνώση στην φυσική κατανόηση των ΜΟΣ και των μηχανισμών σύζευξης της ηλεκτρικής ενέργειας των κεραυνών, που εκλύεται υπό την μορφή ημι-ηλετροστατικών και ηλεκτρομαγνητικών παλμών, στην ανώτερη ατμόσφαιρα και την κατώτερη ιονόσφαιρα. Η διερεύνηση των ΜΟΣ γίνεται μέσω της ανάλυσης των ταυτόχρονων αποτελεσμάτων της δράσης της ηλεκτρικής ενέργειας στο ιονοσφαιρικό πλάσμα. Αυτά ανιχνεύονται με ΗΜ κύματα υπέρ χαμηλών συχνοτήτων (VLF) τα οποία εκπέμπονται από υπάρχοντες ανά την υφήλιο ισχυρούς πομπούς. Τα κύματα αυτά διαδίδονται σε μεγάλες αποστάσεις εντός του κυματοδηγού Γης-Ιονόσφαιρας, ενώ επηρεάζονται από διαταραχές στην κατώτερη ιονόσφαιρα, εκ των οποίων κάποιες σχετίζονται με την ύπαρξη των ΜΟΣ. Το μεγαλύτερο μέρος της παρούσας έρευνας έγινε με βάση την ανάλυση και ερμηνεία σημάτων ερευνητικών δεκτών VLF υψηλής χρονικής διακριτικής ικανότητας, που ήσαν εγκατεστημένοι ο ένας στην Κρήτη και ο άλλος στην κεντρική Γαλλία, όπου έγιναν και οι μετρήσεις των ΜΟΣ με ειδικές κάμερες υψηλής ευκρίνειας και συστήματα ανίχνευσης ατμοσφαιρικών ηλεκτρικών εκκενώσεων. Η παρούσα μελέτη οδήγησε σε μία σειρά νέων αποτελεσμάτων τα οποία και τεκμηριώνονται με λεπτομέρεια στην διατριβή, ενώ αποτέλεσαν τη βάση σειράς δημοσιεύσεων. Τα αποτελέσματα αυτά, συνοψίζονται εδώ ως εξής: 1) Βρέθηκε ότι τα sprites συνοδεύονται με μια παλμική διαταραχή στο πλάτος του VLF σήματος η οποία συνεπάγεται ότι η δράση των ηλεκτροστατικών παλμών που δημιουργούν το οπτικό φαινόμενο (με την διέγερση / αποδιέγερση των μορίων του αζώτου) παράγουν επίσης και ικανό ιονισμό στην κατώτερη ιονόσφαιρα ο οποίος ευθύνεται για την προς τα εμπρός κατευθυντική σκέδαση των κυμάτων VLF. 2) Βρέθηκε ότι υπάρχει μια σημαντική υποκατηγορία των sprites στην οποία το οπτικό φαινόμενο, αλλά και η παλμική διαταραχή που αποτυπώνεται στο VLF σήμα, καθυστερεί να εμφανισθεί ως προς την προκαλούσα αυτό θετική κεραυνική εκκένωση νέφους-εδάφους (positive cloud to ground discharge, +CG). Αυτό φαίνεται να υπαγορεύει ένα σημαντικό ρόλο, στον μηχανισμό δημιουργίας sprites, των «συνεχών ρευμάτων» (continuing currents) νέφους-εδάφους και νέφους-νέφους που ακολουθούν τις κεραυνικές εκκενώσεις. 3) Διαμέσου φασματικής ανάλυσης του κεραυνικού ΗΜ θορύβου στην ζώνη των VLF, εντοπίσθηκε ότι η κύρια αιτία υπεύθυνη για την μορφολογία των sprites και των σχηματικών τους χαρακτηριστικών είναι η χωρική ανακατανομή ηλεκτρικού φορτίου μέσου εκκενώσεων ενδονεφικής προέλευσης (intracloud discharges). 4) Η αριθμητική επίλυση ενός χημικού ιονοσφαιρικού μοντέλου τεσσάρων κύριων φορτισμένων συστατικών, των οποίων η χρονική μεταβολή εκφράζεται από ένα ισάριθμο αριθμό συνήθων διαφορικών εξισώσεων συνέχειας, και η προσαρμογή των λύσεων αυτών στα πειραματικά δεδομένα, επέτρεψε για πρώτη φορά την εκτίμηση των επιπέδων ιονισμού που μπορεί να συνοδεύει τα sprites και τα ύψη στα οποία ο ιονισμός αυτός εντοπίζεται στην κατώτερη ιονόσφαιρα. 5) Δια της ανάλυσης χρονοσειρών υψηλής χρονικής ευκρίνειας, ανακαλύφθηκε μια νέα κατηγορία παλμικής διαταραχής του ΗΜ κύματος VLF που λαβαίνει χώρα ταυτόχρονα με τα sprites, η οποία χαρακτηρίζεται από μια βραδεία αύξηση του πλάτους του σήματος αμέσως μετά την περαίωση του οπτικού φαινομένου. Αυτή η παρατήρηση συνεπάγεται την δράση μιας παρατεταμένης πηγής ηλεκτρικής ενέργειας που επαυξάνει σταδιακά την διαταραχή της ηλεκτρικής αγωγιμότητας της περιοχής της κατώτερης ιονόσφαιρας πάνω από την κεραυνο-καταιγίδα. Λεπτομερής ανάλυση του ΗΜ θορύβου στην περιοχή VLF του φάσματος, οδήγησε σε ένα μηχανισμό ερμηνείας που θεωρεί ότι η αιτία της βραδείας αύξησης της διαταραχής είναι ομάδες πυκνών ενδονεφικών ηλεκτρικών εκκενώσεων που εκπέμπουν πακέτο ΗΜ παλμών. Στη συνέχεια, οι παλμοί αυτοί φτάνουν στην κατώτερη ιονόσφαιρα όπου ενεργοποιούν τα πρωτογενή ηλεκτρόνια των sprites και έτσι οδηγούν σε κατακλυσμιαία παραγωγή δευτερογενών ηλεκτρονίων και συνεπώς σε μια σταδιακή συσσώρευση ιονισμού. 6) Η παρούσα εργασία οδήγησε για πρώτη φορά στην πειραματική επαλήθευση θεωρητικών προβλέψεων σύμφωνα με τις οποίες τα στιγμιαία οπτικά φαινόμενα των elves συνοδεύονται με παραγωγή ελεύθερων ηλεκτρονίων σε ύψη άνω των 80 km. 7) Λεπτομερής διερεύνηση των χαρακτηρι-στικών της απόκρισης μαγνητομετρικών συστημάτων μέτρησης ΗΜ θορύβου στην ζώνη των «άκρως χαμηλών συχνοτήτων» (ULF, f < 10 Hz), έδειξε ότι δεν υπάρχει κάποια ειδοποιός διαφορά στις +CG ηλεκτρικές εκκενώσεις που οδηγούν σε sprites, σε σχέση με αυτές που δεν οδηγούν. Αυτό το (αρνητικό) εύρημα αποδυναμώνει προηγούμενες παραδοχές για το αντίθετο οι οποίες βασίζονταν στην ύπαρξη «μακρόβιων» συνεχών ρευμάτων (που μπορεί να επηρεάζουν και συνεπώς να αποτυπώνονται στην ζώνη των ULF) μόνο σε εκείνες τις +CG κεραυνικές εκκενώσεις που οδηγούν στην δημιουργία sprites στην ανώτερη ατμόσφαιρα. 8) Τελικά, επιχειρήθηκε η βελτίωση υπάρχοντος μοντέλου σκέδασης VLF κυμάτων από ένα σύνολο αγώγιμων κυλίνδρων ταυτόσημων με κατακόρυφες δομές sprites, οι οποίοι ενεργούν ως στοιχεία δευτερογενούς ακτινοβολίας του προσπίπτοντος κύματος. Τα νέα χαρακτηριστικά του μοντέλου αυτού, ως προς το υπάρχον, είναι ότι λαμβάνει υπόψη την ΗΜ αλληλεπίδραση των στοιχείων ακτινοβολίας και την μεταβολή των ηλεκτρικών τους ιδιοτήτων με το ύψος. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι το μοντέλο αυτό μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την προσομοίωση των μεταβολών στο σήμα VLF που οφείλονται στην σκέδαση του κύματος από διαταραχές στο ιονοσφαιρικό πλάσμα λόγω της δράσης της ηλεκτρικής ενέργειας που δημιουργεί ταυτόχρονα και τα sprites

Μελέτη μεταβατικών οπτικών συμβάντων στην κατώτερη ιονόσφαιρα μέσω ΗΜ κυμάτων υπέρ χαμηλών συχνοτήτων

Eighteen years ago researchers accidentally discovered spectacular flashes occurring high up in the atmosphere above intense thunderstorms, which have later become known as sprites. Since, a category of upper atmospheric optical phenomena has been established, including elves, blue jets, and halos, in addition to sprites, collectively termed as transient luminous events (TLEs). Their highly non-linear nature and short lifetimes, from less than 1ms to about 250ms, constitute an impediment to their study. Although their discovery opened a new field of research that has advanced our physical understanding of TLEs, important questions still remain unanswered. In particular, there is need to improve our knowledge on how the mechanisms responsible for TLEs affect the medium hosting them, that is, the upper atmosphere and lower ionosphere. The aim of this thesis is to contribute new knowledge on the physics of TLEs and the electrical coupling processes between the troposphere, where lightning occurs, and the upper atmosphere where the TLEs appear. The approach followed here is mostly experimental, based on the reception and analysis of electromagnetic signals from powerful very low frequency (VLF, 3−30kHz) transmitters around the globe. Their propagation in the Earth-ionosphere waveguide can be affected by perturbations in ionospheric conductivity which might also be caused directly by the electrical coupling of the troposphere and the lower ionosphere during TLE occurrences. High resolution VLF recordings made with state-of-the art receivers in Crete and France simultaneously with TLE and lightning detection observations in France, were analysed to study the effects of lightning-induced electric fields on the lower ionosphere. These investigations led to a number of new findings which are reported in the present thesis. A virtually one-to-one relationship between sprites and early VLF events was established. This constitutes evidence of electron density enhancements in the D region during sprites, corroborating theoretical predictions of lightning-induced air breakdown and ionisation production in the upper atmosphere. The relation between sprites and their causative positive cloud-to-ground (+CG) discharges was examined and revealed a 30% occurrence of long-delayed sprites lagging a preceding discharge by 30 to 220ms. This time lag is much larger than in previous reports, suggesting that long-lasting continuing currents play a key role in the build-up of sprite-causative, strong quasi-electrostatic (QE) fields in the upper atmosphere/lower ionosphere. The role of intracloud lightning in the sprite generation process was studied further by using broadband VLF recordings in addition to lightning detection data of intracloud discharges. It was found that intracloud lightning does indeed play a role, apparently by influencing the charge redistribution and thus shaping the intensity and duration of the mesospheric QE fields that produce sprites. In particular, the presence of intracloud discharges was found to be decisive in sprite morphology, leading to the appearance of carrot rather than column type sprites, possibly because they cause the impacting QE fields in the upper atmosphere to exceed the breakdown threshold for longer times and larger areas in the former cases than the latter. A D-region model, accounting for reactions between four types of charged particles and involving various electron loss mechanisms, was solved numerically to compute relaxation times for electron density enhancements produced by the action on the ionosphere of lightning-induced QE fields. Model results for different parameters were compared with early VLF event recoveries to infer estimates of sprite-related ionisation increases and the altitudes at which they occur. The model accounted for the observed recovery times from about 20 to more than 250s, if electron density increases of ~10² to 10⁴ times the ambient values were taken to occur in the altitude range from ~75 to 85km. This endorsed the notion of VLF scattering from relatively large diffuse regions of electron ionisation enhancements located right below the night-time VLF reflection heights, in line also with existing simulations and observations of sprite halos. Studies of sprite-related early VLF perturbations lead to the discovery of a new category of VLF events, termed early/slow, characterised by long onset durations up to ~2.5s in contrast to the well-known early/fast events reaching their maximum amplitude in less than 50ms. A new mechanism was proposed to explain the slow growth of these events, postulating a process of gradual secondary ionisation build-up, caused by the effects on sprite-produced electrons of electromagnetic pulses (EMPs) radiated upwards by intracloud lightning channels. This was substantiated by the identification of burst-like VLF sferic activity in conjunction with intracloud discharges occurring in the sprite-producing storms, accompanying the early/slow event amplitude growth. An examination of elve observations, made by ground-based and satellite-borne imagers, along with simultaneous VLF recordings, led to the identification of elve-related early VLF perturbations for the first time. This is long-awaited experimental evidence in favour of ionisation produced in the upper D region by lightning-induced EMPs that also produce elves, which came in support of existing theories and simulation models. Using a chain of high-resolution pulsation magnetometers, the ultra-low frequency (ULF, f<10Hz) response to sprite-producing lightning discharges was studied statistically. ULF signatures of sprite-producing and non sprite-related +CG discharges were compared. No signature was found unique to sprite-causative +CG discharges, in contrast with previous claims based on event studies. Finally, an existing numerical model was upgraded to be capable of simulating VLF scattering from a group of vertical plasma structures corresponding to sprite bodies. Under the action of an incident VLF wave, the scattering system was treated as an assembly of conducting columns divided into sequential radiating segments (dipoles). A novel feature was the inclusion of electromagnetic interaction between the radiating elements and realistic Earth-ionosphere waveguide propagation effects, which enables the simulation of a self-consistent scattering radiation pattern. First tests indicate that this model could be easily adapted to simulate early VLF perturbations at a receiver location.Ο όρος «μεταβατικά οπτικά συμβάντα» (ΜΟΣ), που αντιστοιχεί στον αγγλικό “transient luminous events” (TLEs), αναφέρεται σε στιγμιαία φωτεινά φαινόμενα που λαβαίνουν χώρα στην ανώτερη ατμόσφαιρα πάνω από περιοχές ενεργών κεραυνο-καταιγίδων. Η έρευνα των φαινομένων αυτών, τα οποία έχουν ανακαλυφθεί τα τελευταία χρόνια και περιλαμβάνουν διάφορες κατηγορίες, όπως αυτές των sprites (διάρκειας 10 – 100 ms) και elves ( διάρκειας < 1 ms), είναι εντατική και επίμονη, απασχολεί δε αρκετές ομάδες επιστημόνων ατμοσφαιρικής φυσικής ανά τον κόσμο. Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι να συνεισφέρει με νέα επιστημονική γνώση στην φυσική κατανόηση των ΜΟΣ και των μηχανισμών σύζευξης της ηλεκτρικής ενέργειας των κεραυνών, που εκλύεται υπό την μορφή ημι-ηλετροστατικών και ηλεκτρομαγνητικών παλμών, στην ανώτερη ατμόσφαιρα και την κατώτερη ιονόσφαιρα. Η διερεύνηση των ΜΟΣ γίνεται μέσω της ανάλυσης των ταυτόχρονων αποτελεσμάτων της δράσης της ηλεκτρικής ενέργειας στο ιονοσφαιρικό πλάσμα. Αυτά ανιχνεύονται με ΗΜ κύματα υπέρ χαμηλών συχνοτήτων (VLF) τα οποία εκπέμπονται από υπάρχοντες ανά την υφήλιο ισχυρούς πομπούς. Τα κύματα αυτά διαδίδονται σε μεγάλες αποστάσεις εντός του κυματοδηγού Γης-Ιονόσφαιρας, ενώ επηρεάζονται από διαταραχές στην κατώτερη ιονόσφαιρα, εκ των οποίων κάποιες σχετίζονται με την ύπαρξη των ΜΟΣ. Το μεγαλύτερο μέρος της παρούσας έρευνας έγινε με βάση την ανάλυση και ερμηνεία σημάτων ερευνητικών δεκτών VLF υψηλής χρονικής διακριτικής ικανότητας, που ήσαν εγκατεστημένοι ο ένας στην Κρήτη και ο άλλος στην κεντρική Γαλλία, όπου έγιναν και οι μετρήσεις των ΜΟΣ με ειδικές κάμερες υψηλής ευκρίνειας και συστήματα ανίχνευσης ατμοσφαιρικών ηλεκτρικών εκκενώσεων. Η παρούσα μελέτη οδήγησε σε μία σειρά νέων αποτελεσμάτων τα οποία και τεκμηριώνονται με λεπτομέρεια στην διατριβή, ενώ αποτέλεσαν τη βάση σειράς δημοσιεύσεων. Τα αποτελέσματα αυτά, συνοψίζονται εδώ ως εξής: 1) Βρέθηκε ότι τα sprites συνοδεύονται με μια παλμική διαταραχή στο πλάτος του VLF σήματος η οποία συνεπάγεται ότι η δράση των ηλεκτροστατικών παλμών που δημιουργούν το οπτικό φαινόμενο (με την διέγερση/αποδιέγερση των μορίων του αζώτου) παράγουν επίσης και ικανό ιονισμό στην κατώτερη ιονόσφαιρα ο οποίος ευθύνεται για την προς τα εμπρός κατευθυντική σκέδαση των κυμάτων VLF. 2) Βρέθηκε ότι υπάρχει μια σημαντική υποκατηγορία των sprites στην οποία το οπτικό φαινόμενο, αλλά και η παλμική διαταραχή που αποτυπώνεται στο VLF σήμα, καθυστερεί να εμφανισθεί ως προς την προκαλούσα αυτό θετική κεραυνική εκκένωση νέφους-εδάφους (positive cloud-to-ground discharge, +CG). Αυτό φαίνεται να υπαγορεύει ένα σημαντικό ρόλο, στον μηχανισμό δημιουργίας sprites, των «συνεχών ρευμάτων» (continuing currents) νέφους-εδάφους και νέφους-νέφους που ακολουθούν τις κεραυνικές εκκενώσεις. 3) Διαμέσου φασματικής ανάλυσης του κεραυνικού ΗΜ θορύβου στην ζώνη των VLF, εντοπίσθηκε ότι η κύρια αιτία υπεύθυνη για την μορφολογία των sprites και των σχηματικών τους χαρακτηριστικών είναι η χωρική ανακατανομή ηλεκτρικού φορτίου μέσου εκκενώσεων ενδονεφικής προέλευσης (intracloud discharges). 4) Η αριθμητική επίλυση ενός χημικού ιονοσφαιρικού μοντέλου τεσσάρων κύριων φορτισμένων συστατικών, των οποίων η χρονική μεταβολή εκφράζεται από ένα ισάριθμο αριθμό συνήθων διαφορικών εξισώσεων συνέχειας, και η προσαρμογή των λύσεων αυτών στα πειραματικά δεδομένα, επέτρεψε για πρώτη φορά την εκτίμηση των επιπέδων ιονισμού που μπορεί να συνοδεύει τα sprites και τα ύψη στα οποία ο ιονισμός αυτός εντοπίζεται στην κατώτερη ιονόσφαιρα. 5) Δια της ανάλυσης χρονοσειρών υψηλής χρονικής ευκρίνειας, ανακαλύφθηκε μια νέα κατηγορία παλμικής διαταραχής του ΗΜ κύματος VLF που λαβαίνει χώρα ταυτόχρονα με τα sprites, η οποία χαρακτηρίζεται από μια βραδεία αύξηση του πλάτους του σήματος αμέσως μετά την περαίωση του οπτικού φαινομένου. Αυτή η παρατήρηση συνεπάγεται την δράση μιας παρατεταμένης πηγής ηλεκτρικής ενέργειας που επαυξάνει σταδιακά την διαταραχή της ηλεκτρικής αγωγιμότητας της περιοχής της κατώτερης ιονόσφαιρας πάνω από την κεραυνο-καταιγίδα. Λεπτομερής ανάλυση του ΗΜ θορύβου στην περιοχή VLF του φάσματος, οδήγησε σε ένα μηχανισμό ερμηνείας που θεωρεί ότι η αιτία της βραδείας αύξησης της διαταραχής είναι ομάδες πυκνών ενδονεφικών ηλεκτρικών εκκενώσεων που εκπέμπουν πακέτο ΗΜ παλμών. Στη συνέχεια, οι παλμοί αυτοί φτάνουν στην κατώτερη ιονόσφαιρα όπου ενεργοποιούν τα πρωτογενή ηλεκτρόνια των sprites και έτσι οδηγούν σε κατακλυσμιαία παραγωγή δευτερογενών ηλεκτρονίων και συνεπώς σε μια σταδιακή συσσώρευση ιονισμού. 6) Η παρούσα εργασία οδήγησε για πρώτη φορά στην πειραματική επαλήθευση θεωρητικών προβλέψεων σύμφωνα με τις οποίες τα στιγμιαία οπτικά φαινόμενα των elves συνοδεύονται με παραγωγή ελεύθερων ηλεκτρονίων σε ύψη άνω των 80 km. 7) Λεπτομερής διερεύνηση των χαρακτηριστικών της απόκρισης μαγνητομετρικών συστημάτων μέτρησης ΗΜ θορύβου στην ζώνη των «άκρως χαμηλών συχνοτήτων» (ULF, f<10 Hz), έδειξε ότι δεν υπάρχει κάποια ειδοποιός διαφορά στις +CG ηλεκτρικές εκκενώσεις που οδηγούν σε sprites, σε σχέση με αυτές που δεν οδηγούν. Αυτό το (αρνητικό) εύρημα αποδυναμώνει προηγούμενες παραδοχές για το αντίθετο οι οποίες βασίζονταν στην ύπαρξη «μακρόβιων» συνεχών ρευμάτων (που μπορεί να επηρεάζουν και συνεπώς να αποτυπώνονται στην ζώνη των ULF) μόνο σε εκείνες τις +CG κεραυνικές εκκενώσεις που οδηγούν στην δημιουργία sprites στην ανώτερη ατμόσφαιρα. 8) Τελικά, επιχειρήθηκε η βελτίωση υπάρχοντος μοντέλου σκέδασης VLF κυμάτων από ένα σύνολο αγώγιμων κυλίνδρων ταυτόσημων με κατακόρυφες δομές sprites, οι οποίοι ενεργούν ως στοιχεία δευτερογενούς ακτινοβολίας του προσπίπτοντος κύματος. Τα νέα χαρακτηριστικά του μοντέλου αυτού, ως προς το υπάρχον, είναι ότι λαμβάνει υπόψη την ΗΜ αλληλεπίδραση των στοιχείων ακτινοβολίας και την μεταβολή των ηλεκτρικών τους ιδιοτήτων με το ύψος. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι το μοντέλο αυτό μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την προσομοίωση των μεταβολών στο σήμα VLF που οφείλονται στην σκέδαση του κύματος από διαταραχές στο ιονοσφαιρικό πλάσμα λόγω της δράσης της ηλεκτρικής ενέργειας που δημιουργεί ταυτόχρονα και τα sprites