|
|
|
Описание индексов геомагнитной активности
Индексы геомагнитной активности являются количественной мерой геомагнитной активности и
предназначены для описания вариаций магнитного поля Земли, вызванных воздействием потока
солнечной плазмы (солнечного ветра) на магнитосферу Земли, изменениями внутри магнитосферы
и взаимодействием магнитосферы и ионосферы.
Каждый из индексов вычисляется по результатам
измерений и характеризует только часть сложной картины солнечной и геомагнитной активности.
Существующие индексы геомагнитной активности можно условно разделить на три группы.
К первой группе можно отнести локальные индексы, вычисленные по данным одной обсерватории
и говорящие о величине локальной по территории геомагнитной возмущенности: С, К индексы.
Ко второй группе можно отнести индексы, характеризующие геомагнитную активность на всей Земле.
Это так называемые планетарные индексы: Кp, ар, Ар, аm, Am, aa, Aa.
В третью группу входят индексы, отражающие интенсивность магнитной возмущенности от вполне определенного
источника: Dst, AЕ, РС.
Все индексы геомагнитной активности, перечисленные выше, вычисляются и публикуются по всемирному времени UT.
Международная ассоциация геомагнетизма и аэрономии - МАГА (International Association of geomagnetism and
Aeronomy – IAGA) официально признает индексы
aa, am, Kp, Dst, PC и AE. Более подробная информация
об индексах МАГА доступна на сайте Международной службы геомагнитных индексов (International
Service of geomagnetic Indices – ISGI).
K индекс
К индекс - квазилогарифмический трехчасовой индекс, характеризующий изменение геомагнитной
активности на конкретной обсерватории в трехчасовых интервалах времени, начиная с 00 ч всемирного
времени (UT), и выражается в баллах. К индекс принимает значения от 0 (спокойное магнитное поле)
до 9.
Значение К=9 соответствует очень сильному геомагнитному возмущению. Учитывая, что амплитуда
геомагнитного возмущения зависит от широты места наблюдения, значению К=9 соответствует возмущение
большее 2500 γ в зоне полярных сияний и большее 300 γ в низких широтах (исключая экватор).
Для всех других обсерваторий, расположенных в полярной шапке и средних широтах, значению К=9
соответствуют возмущения меньшие 2500 γ, но большие 300 γ.
Индекс был введен Дж. Бартельсом (J.Bartels) в 1939 г. [1]. Он классифицирует возмущения более неустойчивой горизонтальной
компоненты поля. Конкретно для каждой обсерватории соответствие между значением
К=9 и амплитудой возмущения было получено при рассмотрении исключительно сильного геомагнитного возмущения,
которое наблюдалось 16 апреля 1938 г. Приняли, что в этот день с 6 до 9 ч UT К индекс всех обсерваторий
равнялся 9 баллам, а максимальное значение амплитуды возмущения за этот интервал времени было взято за
нижний предел амплитуды балла К=9.
Для обсерваторий, созданных после 1938 г., нижний предел амплитуды К=9 выбирается в консультации
с IAGA, а именно с рабочей группой по индексам геомагнитной активности.
Верхний предел амплитуды для балла К=0 получается путем умножения нижнего предела амплитуды балла К=9
на коэффициент 0,01. Верхние пределы амплитуд от 1 до 7 баллов получаются путем умножения верхнего предела
амплитуды балла К=0 на множители: 2, 4, 8, 16, 24, 40, 64, соответственно.
Таким образом, К-шкала является квазилогарифмической, т. е. возрастание К с 8 (от нижнего предела амплитуды)
до 9 баллов означает гораздо большее увеличение возмущения, чем возрастание К с 1 до 2 баллов.
Каждая обсерватория, публикуя данные по К индексу, обязательно указывает нижний предел для К=9.
Для вычисления индекса берется изменение магнитного поля за трехчасовой интервал, из него вычитается
регулярная часть, определяемая по спокойным дням, и полученная величина по специальной (для каждой
обсерватории) таблице переводится в К индекс.
C индекс
Наиболее простой С индекс геомагнитной активности характеризует возмущенность геомагнитного поля
в течение суток и имеет трехбалльную шкалу (0, 1, 2). Начал определяться с 1906 г. На каждой обсерватории
магнитолог «на глаз» оценивает возмущенность геомагнитного поля за сутки. Наиболее спокойные записи
геомагнитного поля оцениваются нулем, наиболее бурные – числом 2. Часто эта характеристика носит
субъективный характер.
На страницу "К и С индексы геомагнитной активности"
aa и Aa индексы
Простой планетарный aa индекс магнитной активности, вычисляемый
по трехчасовым значениям K индекса, измеренным на двух почти диаметрально противоположных магнитных
обсерваториях в северном и южном полушариях. В настоящее время это Хартланд (Hartland) в Великобритании
и Канберра (Canberra) в Австралии. Значения K индекса преобразуются обратно в амплитуды.
Индекс aa определяется как среднее значение между амплитудами этих обсерваторий,
с учетом поправки на небольшую разницу в широтах двух обсерваторий или небольших изменений в их
расположении.
Индекс aa является 3-часовым индексом, представляет уровень активности на инвариантной магнитной
широте ~50°, измеряется в нанотеслах (нТл).
Индекс aa был введен в 1972 г. П.Майо (P.Mayaud) [2] с целью
получения однородного ряда индекса планетарной
возмущенности за максимально возможный интервал времени. Значения aa индекса определены с 1868 г.
по настоящее время. Набор данных является однородным с 1868 года.
Окончательные значения aa индекса определяются и публикуются Международной службой геомагнитных индексов
(International Service of Geomagnetic Indices – ISGI) во Франции.
Обсерватории, по данным которых в разные годы определялся aa индекс
| Северное полушарие |
Южное полушарие |
| Период | Обсерватория |
Весовой коэффициент* | Период |
Обсерватория | Весовой коэффициент* |
| 1868-1925 | Гринвич | 1.007 | 1868-1919 | Мельбурн | 0.967 |
| 1926-1956 | Абингер | 0.934 | 1920-1979 | Туланги | 1.033 |
| 1957-... | Хартланд | 1.059 | 1980-... | Канберра | 1.084 |
*) Весовой коэффициент стандартизации по широте
Аa индекс – среднее значение индекса aa за сутки.
Полное описание aa индекса приводится в IAGA Bulletin 33, который содержит данные за 1868-1967 гг.
Описания также даны (особенно сравнения с am, ap или Ci индексами) в двух коротких статьях
[Ann. Geoph., 27, 62-70, 1971; J. Geophys. Res., 77, 6870-6874, 1972].
Значения aa для 1968-75 содержатся в IAGA Bulletin 39. С 1976 и далее они включены в IAGA Bulletin 32.
Пересмотренные значения aa индекса для периода 1969-76 гг. были распространены в 1979 году до
получателей IAGA Bulletin 32 в виде отдельных листов, вставленных в Bulletin 39 (1968-75) и 32f (1976).
График этих значений 1868-1979 опубликован в Solar-Geophysical Data № 426, часть I, с. 137.
Пересмотренные значения aa для 1968-77 гг. появились в Solar-Geophysical Data № 411, часть II.
На страницу "aa и Aa индексы геомагнитной активности"
Kp, ap и Ap индексы
Kp индекс - планетарный индекс, характеризующий глобальную возмущенность
магнитного поля Земли в трехчасовом интервале времени.
Индекс Kp определяется как среднее значение уровней возмущения двух горизонтальных компонент
геомагнитного поля, наблюдаемых на
13 отобранных магнитных обсерваториях, расположенных в субавроральной зоне между 48 и 63 градусами северной
и южной геомагнитных широт.
Для определения Kp индекса используются стандартизованные значения локальных K
индексов (Ks) этих 13 обсерваторий.
Обсерватории, по данным которых определяется Kp индекс
| № |
IAGA Code |
Name |
Land |
Lat |
Long |
K=9 (nT) |
| 1 |
LER |
Lerwick |
Scotland |
60° 08′ |
358° 49′ |
1000 |
| 2 |
MEA |
Meanook |
Canada |
54° 37′ |
246° 40′ |
1500 |
| 3 |
SIT |
Sitka |
Alaska |
57° 03′ |
224° 40′ |
1000 |
| 4 |
ESK |
Eskdalemuir |
Scotland |
55° 19′ |
356° 48′ |
750 |
| 5 |
UPS |
Uppsala |
Sweden |
59° 54′ |
17° 21′ |
600 |
| 6 |
OTT |
Ottawa |
Canada |
45° 24′ |
284° 27′ |
750 |
| 7 |
BFE |
Brorfelde |
Denmark |
55° 37′ |
11° 40′ |
600 |
| 8 |
HAD |
Hartland |
England |
50° 58′ |
355° 31′ |
500 |
| 9 |
WNG |
Wingst |
Germany |
53° 45′ |
9° 04′ |
500 |
| 10 |
NGK |
Niemegk |
Germany |
52° 04′ |
12° 41′ |
500 |
| 11 |
FRD |
Fredericksburg |
USA |
38° 12′ |
282° 38′ |
500 |
| 12 |
CNB |
Canberra |
Australia |
-35° 18′ |
149° 00′ |
450 |
| 13 |
EYR |
Eyrewell |
New Zealand |
-43° 25′ |
172° 21′ |
450 |
Kp индекс имеет 28 значений в диапазоне от 0 до 9 и определяется с точностью до 1/3:
0о, 0+, 1-, 1о, 1+, 2-, … 8-, 8o, 8+, 9-, 9о.
Kp индекс введен Ю.Бартельсом
(Julius Bartels)
в 1949 г. [3]. Значения Kp индекса определены с 1932 г.
Наиболее распространенным наглядным представлением Kp индекса является музыкальная
диаграмма Бартельса. Музыкальная диаграмма показывает количественные значения Kp,
позволяет установить периоды повышенной активности с помощью длины и ширины символов.
В 1949-1996 гг. индекс Kp определялся в Институте геофизики Гёттингенского университета
(Institut fur Geophysik of Gottingen University, Germany).
С 1997 г. индекс Kp и связанные с ним индексы (ap, Ap, Cp)
определяются в Геомагнитной обсерватории Нимек им. Адольфа Шмидта (Adolf Schmidt geomagnetic
Observatory Niemegk) центра им. Гельмгольца в Потсдаме
(Helmholtz Centre Potsdam GFZ German Research Centre for Geosciences),
являющегося членом Международной службы геомагнитных индексов (International Service of geomagnetic Indices).
ap индекс вычисляется по значениям Kp индекса и представляет изменение наиболее
возмущенного элемента магнитного поля D или H в трехчасовом интервале времени на
среднеширотных станциях.
ар индекс называют планетарной амплитудой в трехчасовом интервале.
ар индекс изменяется в интервале от 0 до 400 и представляет значения Kp, преобразованные
к линейной шкале в нанотеслах (нТл), которая показывает эквивалентное возмущение амплитуды на станции,
которое при K=9 имеет нижний предел в 400 нТл.
Ар индекс получается осреднением восьми значений ар за день и поэтому является
эквивалентной среднесуточной планетарной амплитудой возмущения магнитного поля Земли с линейной шкалой.
Определяется Ар в нанотеслах в интервале значений от 0 до 280 нТл.
На страницу "Kp, ap и Ap индексы геомагнитной активности"
AE, AU, AL, AО индексы
AE, AU, AL, AО индексы геомагнитной активности характеризуют магнитную возмущенность
в зоне полярных сияний, обусловленную усилением токов в ионосфере, протекающих вдоль границы
аврорального овала (восточного и западного токов полярного электроджета).
Методика вычисления AE, AU, AL, AО индексов основана на определении величины отклонения
горизонтальной H
составляющей геомагнитного поля от спокойного уровня — среднемесячного значения H составляющей,
вычисленного по данным пяти международных спокойных дней. Для вычисления AE, AU, AL, AО индексов
используют геомагнитные данные 12 обсерваторий, расположенных на авроральных или субавроральных широтах
и равномерно распределенных по долготе. Индексы AE, AU, AL, AО были введены Т.Дэвисом и М.Сугиурой в 1966 г.
[4]. Индексы AE, AU, AL, AО измеряются в гаммах.
Обсерватории, по данным которых определяется AE индекс
| № |
IAGA Code |
Observatory |
Geographic Coordinates |
| Lat. °N |
Long. °E |
| 1 |
ABK |
Abisko |
68.36 |
18.82 |
| 2 |
DIK |
Dixon Island |
73.55 |
80.57 |
| 3 |
CCS |
Cape Chelyuskin |
77.72 |
104.28 |
| 4 |
TIK |
Tixie Bay |
71.58 |
129.00 |
| 5 |
PBK |
Pebek |
70.09 |
170.93 |
| 6 |
BRW |
Barrow |
71.30 |
203.25 |
| 7 |
CMO |
College |
64.87 |
212.17 |
| 8 |
YKC |
Yellowknife |
62.40 |
245.60 |
| 9 |
FCC |
Fort Churchill |
58.80 |
265.90 |
| 10 |
SNK |
Sanikiluaq |
56.5 |
280.8 |
| 11 |
NAQ |
Narssarssuaq |
61.20 |
314.16 |
| 12 |
LRV |
Leirvogur |
64.18 |
338.30 |
Это число станций может меняться для разных интервалов времени.
Так, задержка в получении магнитограмм какой-либо обсерватории, некачественные записи геомагнитного поля,
особенно во время больших магнитных бурь — все это сокращает список обсерваторий, данные которых используют
для вычисления AE, AU, AL, AО индексов. Имеются случаи, когда во время больших геомагнитных бурь
эти индексы определяли по данным трех геомагнитных обсерваторий.
Величины отклонения H составляющей геомагнитного поля от спокойного уровня определяются по огибающим
кривым, определенным методом суперпозиции записи H составляющей
всех используемых станций. Числовые значения любой точки верхней и нижней огибающих
определяют соответственно значения AU и AL индексов.
AU индекс (auroral upper) соответствует максимальному по всем обсерваториям авроральной
зоны положительному отклонению H составляющей магнитного поля от среднего спокойного уровня.
AL индекс (auroral low) соответствует максимальному отрицательному отклонению
H составляющей магнитного поля от среднего спокойного уровняна станциях авроральной зоны.
Поскольку положительные отклонения наблюдаются в зоне в вечерние часы, а отрицательные в утренние и ночные
и связаны они с авроральными электроджетами, текущими вдоль зоны соответственно на восток и на запад,
то индекс AU характеризует интенсивность восточного тока полярного электроджета, а индекс AL
- западного. Численные значения AU индекса находятся в интервале от 0 γ в магнитоспокойный день
до приблизительно +1500 γ в возмущенный день, а для AL индекса - от 0 до -3000 γ соответственно.
AЕ индекс определяется как сумма абсолютных значений AU и AL индексов, т. е.
суммарный размах магнитных флуктуаций в H составляющей геомагнитного поля. Индекс AЕ характеризует
магнитную возмущенность в зоне в целом, безотносительно к месту появления возмущения. Он рассматривается
как мера интенсивности магнитных возмущений в зоне полярных сияний, называемых полярными магнитными суббурями.
Численное значение AЕ индекса лежит в интервале от 0 γ в магнитоспокойный день до приблизительно
+3000 γ в возмущенный день.
AO индекс был определен как значение (AU+AL)/2
и геометрически представляет перемещающуюся серединную точку между AU и AL значениями в
любой данный момент времени. Численные значения AO индекса могут изменяться от 0 γ в магнитоспокойный
день до приблизительно –1500 или до +1000 γ в магнитовозмущенный день.
AE индекс и AU, AL, AО индексы вычисляются и публикуются в Мировом центре данных по геомагнетизму, Киото
(World Data Center for geomagnetism, Kyoto).
На страницу "AE, AU, AL, AO индексы геомагнитной активности"
Dst индекс
Dst индекс геомагнитной активности в низких широтах был введен М.Сугиурой в 1964 г. [5, 6] как мера изменения поля из-за
кольцевых токов, возникающих в магнитосфере во время магнитных бурь (Disturbance storm-time). На земной поверхности влияние кольцевых токов
сказывается в уменьшении горизонтальной Н составляющей магнитного поля с максимальным уменьшением в низких широтах.
Вычисляется Dst индекс как средняя в часовом интервале величина возмущения горизонтальной составляющей напряженности
магнитного поля Земли, отсчитываемого от спокойного уровня, определенная по данным четырех низкоширотных обсерваторий,
равномерно распределенных по долготе.
Обсерватории, по данным которых определяется Dst индекс
| № |
IAGA Code |
Observatory |
Geographic Coordinates |
geomagnetic
Dipole latitude, ° |
| Lat. °N |
Long. °E |
| 1 |
HER |
Hermanus |
-34.40 |
19.22 |
-33.3 |
| 2 |
KAK |
Kakioka |
36.23 |
140.18 |
26.0 |
| 3 |
HON |
Honolulu |
21.30 |
201.90 |
21.0 |
| 4 |
SJG |
San Juan |
18.38 |
293.88 |
29.9 |
В магнитоспокойные дни величина Dst лежит в пределах ± 20 нТл, во время магнитных бурь
она достигает больших отрицательных значений до − 450 нТл.
Использование индекса Dst не ограничивается периодами геомагнитных бурь.
Непрерывные ряды часовых значений индекса широко используются для характеристики геомагнитных вариаций в спокойные периоды и для
исследований по солнечно-земной физике.
Dst индекс вычисляется и публикуется в Мировом центре данных по геомагнетизму, Киото
(World Data Center for geomagnetism, Kyoto).
На страницу "Dst индекс геомагнитной активности"
PC индекс
PC индекс (от Polar Cap) характеризует геомагнитные возмущения в полярной шапке,
обусловленные воздействием солнечного ветра и межпланетного магнитного поля на
магнитосферу Земли.
PC индекс вычисляется отдельно для северного и южного полушария по геомагнитным данным одной станции,
расположенной вблизи полярной шапки.
Для северного полушария PCN индекс вычисляют по данным станции Туле (Thule (Qaanaaq) - THL),
расположенной в Гренландии. Для южного полушария PCS индекс вычисляют по данным станции Восток
(Vostok - VOS) в Антарктиде.
Индекс был введен в практику в середине 70-х годов 20 века.
PC индекс рассчитывали за 15-минутный и 1-минутный интервалы врмени.
В 2013 году Международная ассоциация геомагнетизма и аэрономии (International Association of
Geomagnetism and Aeronomy - IAGA Resolution No. 3, 2013) рекомендовала
международному научному сообществу использовать PC индекс. Новый индекс магнитной активности
PC был введен и изучен О.Трошичевым и В.Андрезеном
[9, 10].
Процедура определения индекса обеспечивает он-лайн расчет
PCN и PCS независимо от времени, сезона и солнечного цикла.
Индекс определяется и публикуется почти в реальном времени и в окончательной (definitive) форме в
Арктическом и Антарктическом научно-исследовательском институте институте (
ААНИИ, Российская Федерация) и
Национальном космическом институте Дании
(
DTU Space - Denmark's National Space Institute, Denmark).
На страницу "PC индекс геомагнитной активности"
am, an, as индексы
Трехчасовые am, an, as индексы представляют собой амплитуды возмущения, определяемые по значениям К
индекса, определенным на тех же обсерваториях, объединенных в группы, по которым вычисляются
Km, Kn, Ks индексы геомагнитной активности (см. выше).
Индексы an, as и am выражаются в гаммах.
Аm индекс определяется как среднее значение из восьми значений индекса am за сутки.
На страницу "am, an, as индексы геомагнитной активности"
Библиография
1. Bartels J., N.H.Heck, H.F.Johnston. The three-hour-range index measuring geomagnetic activity. J. Geophys. Res. 1939. V. 44. Issue 4. 411-454.
2. Mayaud P.N. The aa indices: A 100-year series characterizing the magnetic activity // J. Geophys. Res. 1972. V. 77. 6870–6874.
3. Bartels J. The standardized index Ks, and the planetary index Kp. IATME Bull., No. 12b, Geomagnetic Indices K and C. 1949. 97-120.
4. Davis T.N., and M.Sugiura. Auroral electrojet activity index AE and its universal time variations, J. Geophys. Res. 1966. V. 71. 785-801.
5. Sugiura M. Hourly values of equatorial Dst for the IGY, Ann. Int. Geophys. Year, 35, 9-45, Pergamon Press, Oxford, 1964.
6. Sugiura M. and D.J.Poros. Hourly values of equatorial Dst for years 1957 to 1970, Rep.
X-645-71-278, Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Maryland, 1971.
7. Crooker N.C. High-time resolution of the low-latitude asymmetric disturbance in the geomagnetic
field. J. Geophys Res. 77, 773-775, 1972.
8. Clauer C.R. and R.L.McPherron. The relative importance of the interplanetary electric field and
magnetospheric substorms on the partial ring current development, J. Geophys. Res., 85,
6747-6759, 1980.
9. Troshichev O.A., Andrezen V.G. The relationship between interplanetary quantities and magnetic activity
in the southern polar cap. Planet Space Sci. 1985. 33. 415.
10. Troshichev O.A., Andrezen V.G., Vennerstrom S., Friis-Christensen E. Magnetic activity in the
polar cap – A new index. Planet. Space Sci. 1988. 36. 1095.
Литература, использованная при подготовке данного описания геомагнитнх индексов
1. Яновский Б.М. Земной магнетизм. Л.: Издательство Ленинградского университета, 1978. 592 с.
2. Заболотная Н.А. Индексы геомагнитной активности. М.: Гидрометеоиздат, 1977. 59 с.
3. Дубов Э.Е. Индексы солнечной и геомагнитной активностии. Материалы Мирового центра данных Б. М.:
Междуведомственный геофизический комитет при Президиуме АН СССР, 1982. 35 с.
4. Солнечная и солнечно-земная физика. Иллюстрированный словарь терминов. Под ред. А.Бруцека и Ш.Дюрана.
М.: Мир, 1980. 254 с.
|
|
|
