Геомагнитная обстановка к индекс


В данной теме я постараюсь вкратце описать особенности, классификацию и причины возникновения такого явления как магнитные бури. Писать буду стараться крайне упрощённо, посему определения вполне могут быть недостаточно точны.
Начну, пожалуй, с общего описания процесса их возникновения.

Как известно у земли существует магнитное поле, т.н. магнитосфера. Данное поле условно делится на три части:

  • Внешнюю, расположенную за пределами земной атмосферы и формирующуюся в основном за счёт излучений от Солнца, иных звёзд и прочих внешних по отношению к Земле факторов.
  • Авроралъную, являющуюся эдакой прослойкой между внутренней и внешней областями магнитосферы. Отличается крайней изменчивостью как положения и размеров, так и структуры. Своим существованием она обязана в основном взаимодействию внешней и внутренней магнитосферы.
  • Внутреннюю, расположенную преимущественно в ионосфере и формируемая магнитными полями непосредственно Земли. От иных слоёв отличается наибольшей стабильностью.

Собственно сами магнитные бури происходят непосредственно во внутренней магнитосфере, причиной их служит внешняя, а передаются они через авроральную.
Причиной магнитных бурь является солнце. Если быть точным — внезапные усиления активности т.н. солнечного ветра (потока ионизированных частиц истекающий из солнечной короны) и более интенсивным выбросом солнечных лучей. Причиной усиления активности являются  вспышки на солнце или же коронарные выбросами (когда от короны солнца в направлении земли выбрасывается поток плазмы). Соответственно сперва (примерно через 10 минут после вспышки) до планеты долетает большее количество солнечных лучей (правда порождаемые ими бури не сильно значительны), а потом уже (через 2-4 суток) усиленный солнечный ветер (вызывая более серьёзные бури).

Стоит заметить, что такая вещь как северное сияние имеет непосредственное отношение к магнитным бурям, ибо порождается как-раз в авроральной зоне и служит проявлением активного взаимодействия внешнего и внутреннего слоя магнитосферы Земли в области магнитных полюсов. Если, в следствии повышения солнечной активности, внешний слой магнитосферы земли усиливается, то зона активного взаимодействия его с внутренним расширяется. Что, в свою очередь, приводит к тому, что северное сияние можно наблюдать во всё более удалённых от полюсов участках Земли. Нижде будет приведена примерная зависимость интенсивности магнитных бурь и зон распространения северного сияния.

Для определения интенсивности магнитного поля (и, соответственно магнитных бурь) введены соответствующие единицы, называемые индексами. В наше время широко используется два различных типа индексов.


  • Ap-индексы (они же известны как DST) — характеризуют напряжённость магнитного поля земли. Измеряются в наноТеслах (нТ) и всегда имеют отрицательное значение (чем сильнее буря, тем ниже DST). Значение 0 соответствует спокойному состоянию. В режиме реального времени значение можно посмотреть вот тут.
  • Кр-индексы — характеризует среднее отклонение магнитного поля всей планеты от нормы в течении 3х часов. Измеряется в условных единицах от 1 до 10. Спокойное состояние, соответственно — 1. По мере роста интенсивности значение индекса растёт. В режиме реального времени значение можно посмотреть вот тут.

Большая часть открытых источников, сообщающих о солнечных бурях используют для обозначения именно Кр-индексы, соответственно дальше будем рассматривать и использовать именно их.
Собственно сами Кр-индексы высчитываются как средне арифметическое из 13ти К-индексов, вычисляемых каждые три часа в 13ти геомагнитных лабораториях, расположенных в разных точках планеты между 44 и 60 градусами северной и южной геомагнитных широт. Введён индекс в 1938м году. Автор Дж. Бартельс.

На основе коэффициентов, упомянутых в предыдущей части статьи выводят интенсивность магнитных бурь.
Тут есть встречается аж три различных подхода.


  • На основе Ар-индекса бури считают как: умеренные бури (Ар-индекс от −50 до −100 нТл), сильные (от −100 до −200 нТл) и экстремальные (ниже −200 нТл).
  • На основе Кр-индекса: 1 — Нет заметных возмущений, 2 — Небольшие возмущения, 3 — Слабая геомагнитная буря, 4 — Малая геомагнитная буря, 5 — Умеренная геомагнитная буря, 6 —
    Сильная геомагнитная буря, 7 — Жесткий геомагнитный шторм, >7-  Экстремальный шторм.
  • С помощью шкалы силы электромагнитных бурь (G-индекса), введенной Национальной Океанической и Атмосферной Администрацией США (National Oceanic and Atmospheric Administration; NOAA) в 1999м году. Сама данная шкала базируется на значениях Кр-индекса и будет рассмотрена чуть ниже.

Шкала NOAA характерна тем, что для неё легче всего найти описания возможных последствий, смещения северного сияния и прочие интересные показатели. Так же, она характерна тем, что описание последствий максимального её значения сильно напоминает описание одного из недавно предсказанных концов света (что как-бы намекает, что описание оного конца света взято не из каких-то древних пророчеств, а тупо из описания шкалы NOAA).
Существенным же минусом данной шкалы является тот факт, что в ней не приводится влияние на здоровье человека. Впрочем, это легко объясняется мало изученностью оного влияния (собственно о вилянии на здоровье и его изучении будет написано ниже).
Для удобства восприятия шкалу интенсивности я приведу отдельной таблицей.



Значения шкалы (G) и соотвествующие им значения Кр-индекса (Кр). Название. Проявления. Широта северного сияния.
G0 — Kp<5 Без шторма Геомагнитная обстановка от спокойной до возмущенной (ярко выраженного влияния не замечено). В высоких (> 65°) широтах.
G1 — Kp= 5 Слабый шторм. Незначительные сбои в работе энергосистем. Изменения путей миграции животных и птиц. На географической широте Ст.Петербурга [Corrected Magnetic Latitude=56.1°]).
G2 — Kp=6 Средний шторм. В энергосистемах, расположенных в высоких широтах, могут происходить сбои напряжения. Длительный геомагнитный шторм может вызвать неполадки на трансформаторных подстанциях. На географической широте г. Пскова [Corrected Magnetic Latitude=54°]).
G3 — Kp=7 Умеренный шторм. Возникновение перенапряжений в промышленной электросети. Ложные срабатывания автоматики. Кратковременные сбои GPS-навигации и низкочастотной радионавигации. Перебои коротковолновой связи. На широте Риги [Corrected Magnetic Latitude=51°], Москвы [Corrected Magnetic Latitude=51.8°]).
G4 — Kp=8 Сильный шторм. Широкомасштабное возникновение перенапряжений в промышленной электросети. Повсеместное ложное срабатывание работе аварийных защитных систем (АЗС). Коротковолновая связь неустойчива. GPS-навигация ухудшается на несколько часов. Средневолновая радионавигация отсутствует. На широте Минска [Corrected Magnetic Latitude=50°]).
G5 — Kp>8 Очень сильный. Могут возникнуть повсеместные проблемы с регулировкой напряжения промышленной электросети и проблемы в работе защитных систем (АЗС). Энергосистемы в целом и трансформаторные подстанции в частности могут полностью выйти из строя или отключиться (наведенные токи могут достигать сотен ампер). КВ-связь, GPS-навигация и средневолновая радионавигация отсутствует как вид… в общем примерно так конец света и описывали. на широтах Варшавы [Corrected Magnetic Latitude=46.7°], Бреста [Corrected Magnetic Latitude=47°], Гомеля [Corrected Magnetic Latitude=48°]).

Например, на момент написания данной статьи активность магнитосферы по шкале NOAA и в Кр-индексах следующая:
Геомагнитная обстановка к индекс
Подобная картинка для текущего момента времени доступна вот по этой ссылке.

Согласно проводимым исследованиям влияние магнитных бурь на человека считается доказанным. Так, например, с 98го года в ИЗМИРАН (Институт земного магнетизма и распространения радиоволн РАН, г.
оицк Моск. обл.) проводились ежедневные эксперименты по фиксированию набора физиологических параметров постоянной группы из 30 человек разного возраста, с различным состоянием здоровья, из числа активно работающих сотрудников института. Целью являлось обнаружение динамики влияния состояния магнитного поля Земли на человека.
Большему всего влиянию магнитных бурь оказались подвержены мужчины (правда женщины оказались не столько устойчивее, сколько более подвержены влиянию внутренних факторов). Так во времена магнитных бурь у них наблюдалась аритмия, нарушение динамики выхода из состояния с недозируемой физической нагрузкой и прочие небольшие отклонения…
Во времена сильных магнитных бурь серьёзные нарушения наблюдались уже у всех подопытных без исключения.

Последняя имеющаяся информация по данному поводу относится к 2002му году.

  • Метеословарь Института Географии РАН
  • Влияние солнечной активности на морфологические параметры  ЭКГ  сердца здорового человека.     "ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ"  N 12, 2002
  • Матоериалы сайта ТЕСИС (отечественного комплекса космических телескопов для наблюдения за солнечной активностью)

Источник: atlantis-empire.com


Источник: spacelab.mininuniver.ru

Одним из ключевых навыков любого охотника за DX на КВ диапазонах является способность оценивать условия прохождения в произвольный момент времени. Отличные условия прохождения, когда на диапазонах слышно много станций со всего света, могут изменяться так, что диапазоны пустеют и только единичные станции пробиваются сквозь шум и треск эфира. Для того, чтобы понять что и почему происходит в радиоэфире, а так же оценить его возможности в данный момент времени, используются три основных индекса: поток солнечного излучения (solar flux), Ap и Kp. Хорошее практическое понимание того, что собой представляют эти значения и каков их смысл, является неоспоримым преимуществом даже для радиолюбителя с самым лучшим и современным комплектом связной аппаратуры.

Земная атмосфера

Ионосферу можно представить как нечто многослойное. Границы слоев достаточно условны и определяются областями с резким изменением уровня ионизации (рис. 1). Ионосфера оказывает непосредственное влияние на характер распространения радиоволн, потому что в зависимости от степени ионизации отдельных ее слоев, радиоволны могут преломляться, то есть траектория их распространения перестает быть прямолинейной. Довольно часто степень ионизации достаточно высока, так что радиоволны отражаются от высокоионизированных слоев и возвращаются на Землю (рис. 2).

Границы слоёв ионосферы

Условия прохождения радиоволн на КВ диапазонах непрерывно меняются в зависимости от изменения уровней ионизации ионосферы. Солнечная радиация, достигая верхних слоев земной атмосферы, ионизирует молекулы газов, порождая положительные ионы и свободные электроны. Вся эта система находится в динамическом равновесии за счет процесса рекомбинации, обратного ионизации, года вступающие во взаимодействие друг с другом положительно заряженные ионы и свободные электроны вновь образуют молекулы газов. Чем выше степень ионизации (чем больше свободных электронов), тем лучше ионосфера отражает радиоволны. Кроме того, чем выше уровень ионизациии, тем выше могут быть частоты, на которых обеспечиваются хорошие условия прохождения. Уровень ионизации атмосферы зависит от многих факторов, включая время суток, время года, и самого главного фактора — цикла солнечной активности. Достоверно известно, что интенсивность солнечного излучения зависит от числа пятен на Солнце. Соответственно, максимум излучения, полученного от Солнца, достигается в периоды максимальной солнечной активности. Кроме того, в эти периоды возрастает и геомагнитная активность из-за усиления интенсивности потока ионизированных частиц от Солнца. Обычно этот поток достаточно стабилен, но из-за возникающих на Солнце впышек он может значительно усиливаться. Частицы достигают околоземное пространство и вступают во взаимодействие с магнитным полем Земли, вызывая его возмущения и порождая магнитные бури. Кроме того, эти частицы могут стать причиной возникновения ионосферных бурь, при которых радиосвязь на коротких волнах становится затруднительной, а иногда и вообще невозможной.

Поток солнечного излучения

Величина, известная как поток солнечного излучения, является основным индикатором солнечной активности и определяет уровень излучения, получаемого Землей от Солнца. Он измеряется в единицах солнечного потока (SFU) и определяется уровнем радиошума, излучаемого на частоте 2800 МГц (10.7 см). Радиоастрономическая обсерватория Пентиктона в Британской Колумбии, что в Канаде, ежедневно публикует это значение. Поток солнечного излучения оказывает непосредственное влияние на степень ионизации и следовательно концентрации электронов в области F2 ионосферы. В результате он дает очень хорошее представление о возможности установления радиосвязи на дальние расстояния.

Отражение радиоволн

Величина солнечного потока может изменяться в пределах 50 — 300 единиц. Небольшие значения указывают на то, что максимально-применимая частота (МПЧ) будет низкой, а общие условия прохождения радиоволн будут плохими, особенно на высокочастотных диапазонах. (Рис. 2) Напротив, большие значения солнечного потока свидетельствуют о достаточной ионизации, что позволяет устанавливать дальние связи на более высоких частотах. Однако, следует помнить, что требуется несколько дней подряд с высокими значениями величины солнечного потока, чтобы условия прохождения ощутимо улучшились. Обычно в периоды высокой солнечной активности величина солнечного потока превышает 200 с кратковременными всплесками вплоть до 300.

Геомагнитная активность

Существуют два индекса, которые используются для определения уровня геомагнитной активности — A и K. Они показывают величины магнитного и ионосферного возмущений. Индекс K показывает величину геомагнитной активности. Ежедневно, каждые 3 часа, начиная с 00:00 UTC, определяются максимальные отклонения значения индекса относительно значений для спокойного дня выбранной обсерватории, и выбирается наибольшая величина. На основании этих данных вычисляется значение индекса K. Индекс K является квазилогарифмической величиной, поэтому его нельзя усреднять для получения долгосрочной исторической картины состояния магнитного поля Земли. Для решения этой проблемы существует индекс A, который представляет собой дневное среднее. Вычисляется он довольно просто — каждое измерение индекса K, сделанное, как уже говорилось выше, с 3-х часовым интервалом, по Табл. 1

A K Описание
0 0 Спокойно
2 1 Спокойно
3 1 Спокойно
4 1 От спокойно до умеренно
7 2 Умеренно
15 3 Активно
27 4 Активно
48 5 Слабая буря
80 6 Буря
132 7 Сильный шторм
208 8 Очень сильный шторм
400 9 Очень сильный шторм

преобразуется в эквивалентный индекс. Полученные в течение дня значения этого индекса усредняются и в итоге получается значение индекса A, который в обычные дни не превышает 100, а во время очень серьезных геомагнитных бурь может достигать 200 и даже больше. Значения индекса A могут быть отличаться у разных обсерваторий, так как возмущения магнитного поля Земли могут носить локальный характер. Чтобы избежать разночтений, индексы A, полученные в разных обсерваториях, усредняются и в итоге получается глобальный индекс Ap. Точно так же получается значение индекса Kp — среднее значение всех индексов K, полученных в различных обсерваториях земного шара. Его значения между 0 и 1 характеризует спокойную геомагнитную обстановку, и это может указывать на наличие хороших условий прохождения на коротковолновых диапазонах при условии достаточно высокой интенсивности потока солнечного излучения. Значения между 2 и 4 указывают на умеренную или даже активную геомагнитную обстановку, что, вероятно, отрицательно повлияет на условия прохождении радиоволн. Далее по шкале значений: 5 свидельствует о незначительной буре, 6 — сильная буря и 7 — 9 говорят об очень сильной буре, в результате которой прохождения на КВ скорее всего не будет. Несмотря на то, что геомагнитные и ионосферные бури взаимосвязаны, стоит еще раз отметить, что они различны. Геомагнитная буря — это возмущение магнитного поля Земли, а ионосферная буря — это возмущение ионосферы.

Интерпретация значений индексов

Самый простой способ использования значений индексов состоит в том, чтобы ввести их в качестве исходных данных в программу расчета прогноза прохождения радиоволн. Это позволит получить более или менее достоверный прогноз. В своих расчетах эти программы учитывают дополнительные факторы, такие как пути распространения сигналов, потому что для разных трасс влияние магнитных бурь будет разным.

Индексы солнечной и геомагнитной активности

При отсутствии программы неплохой оценочный прогноз можно сделать самостоятельно. Очевидно, что большие значения индекса солнечного потока — это хорошо. Вообще говоря, чем интенсивнее поток, тем лучше будут условия прохождения на высокочастотных КВ диапазонах, включая диапазон 6 м. Однако, следует иметь ввиду так же и значения потока за предыдущие дни. Сохранение больших значений в течение нескольких дней обеспечит более высокую степень ионизации слоя F2 ионосферы. Обычно значения, превышающие 150, гарантируют хорошее прохождение на КВ. Высокие уровни геомагнитной активности обладают так же и неблагоприятным побочным эффектом, значительно снижающим МПЧ. Чем выше уровень геомагнитной активности согласно индексам Ap и Kp, тем ниже МПЧ. Фактические значения МПЧ зависят не только от силы магнитной бури, но также и от ее продолжительности.

Источник: www.radiouniverse.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.