К -индекс

K - индекс количественно определяет возмущения горизонтальной компоненты магнитного поля Земли с целым числом в диапазоне 0–9, где 1 означает штиль, а 5 или более указывает на геомагнитную бурю . Он получен из максимальных колебаний горизонтальных компонент, наблюдаемых на магнитометре за трехчасовой интервал. Маркировка K происходит от немецкого слова Kennziffer. ^[1] означает « характеристическую цифру ». К - индекс был введен Юлиусом Бартельсом в 1939 году. ^[2]^[1]

Определение

- шкала K представляет собой квазилогарифмическую шкалу, полученную из максимального колебания R (в единицах нанотеслы наблюдаемой , нТл) горизонтальной компоненты магнитного поля Земли, на магнитометре относительно спокойного дня в течение трехчасового интервала. Таблица преобразования максимального колебания в K -индекс варьируется от обсерватории к обсерватории таким образом, что историческая скорость появления определенных уровней K примерно одинакова во всех обсерваториях. На практике это означает, что обсерваториям на более высоких геомагнитных широтах требуются более высокие уровни колебаний для данного K -индекса. Например, соответствующее значение R для K = 9 равно 1500 нТ в Годхавне, Гренландия , 300 нТл в Гонолулу, Гавайях и 500 нТл в Киле, Германия . ^[3]

-индекс в реальном времени К определяется после окончания установленных интервалов по 3 часа каждый: 00:00–03:00, 03:00–06:00, ..., 21:00–24:00. Максимальные положительные и отрицательные отклонения за 3-часовой период суммируются для определения общего максимального колебания. Эти максимальные отклонения могут возникнуть в любое время в течение 3-часового периода.

Планетарный K _p -индекс

Официальный планетарный K _p -индекс получается путем расчета средневзвешенного K -индекса по сети из 13 геомагнитных обсерваторий в местах средних широт. Поскольку эти обсерватории не предоставляют свои данные в режиме реального времени, различные операционные центры по всему миру оценивают индекс на основе данных, доступных из их локальной сети обсерваторий. Kp индекс _- был введен Бартельсом в 1939 году. ^[2]

Среднесуточная амплитуда А -индекса

Индекс a K представляет собой трехчасовую эквивалентную амплитуду геомагнитной активности на конкретной станции магнитометра, полученную на основе - индекса для конкретной станции. Из-за квазилогарифмической связи K -шкалы с флуктуациями магнитометра нет смысла напрямую брать среднее значение набора K -индексов. Вместо этого каждый K преобразуется обратно в линейный масштаб. ^[4]^[3]

График зависимости a-индекса от K-индекса — Plot of a-index vs. K-index

Эквивалентный диапазон a для данного K ^[5]
К	0	0+	1−	1	1+	2−	2	2+	3−	3	3+	4−	4	4+
а	0	2	3	4	5	6	7	9	12	15	18	22	27	32

К	5−	5	5+	6−	6	6+	7−	7	7+	8−	8	8+	9−	9
а	39	48	56	67	80	94	111	132	154	179	207	236	300	400

А - индекс представляет собой среднесуточную амплитуду геомагнитной активности на конкретной станции магнитометра, полученную на основе восьми (трехчасовых) а -индексов.

A A _p -индекс — это усредненный планетарный -индекс , основанный на данных набора конкретных K _p станций. ^[4]

Пример

Если К -индексы за день были 3, 4, 6, 5, 3, 2, 2 и 1, то дневной А -индекс представляет собой среднее значение эквивалентных амплитуд:

A=(15+27+80+48+15+7+7+4)/8=25.375

G-шкала

NOAA описывает G-шкала значимость последствий геомагнитной бури для населения и тех, кто пострадал от космической среды. Он напрямую выводится из шкалы K _p , где G1 — это классификация самых слабых штормов (соответствует значению K _p, равному 5), а G5 — самый сильный (соответствует значению K _p, равному 9). ^[6]

Масштабы и последствия геомагнитных бурь
Шкала	Уровень	Эффект			К _п эквивалент	Средняя частота (1 цикл = 11 лет)	Дни солнечного цикла 24 ^[7]
Шкала	Уровень	Система питания	Операции космического корабля	Другие системы	К _п эквивалент	Средняя частота (1 цикл = 11 лет)	Дни солнечного цикла 24 ^[7]
Г1	Незначительный	Могут возникнуть слабые колебания в электросети.	Возможно незначительное влияние на работу спутников.	Мигрирующие животные поражаются на этом и более высоких уровнях; Полярное сияние обычно видно в высоких широтах (северный Мичиган и Мэн).	5	1700 за цикл (900 дней в цикле)	256
G2	Умеренный	В энергосистемах высоких широт могут возникнуть аварийные сигналы напряжения, а длительные штормы могут привести к повреждению трансформатора.	Наземный контроль может потребовать корректирующих действий по ориентации; возможные изменения сопротивления влияют на прогнозы орбиты.	Распространение ВЧ-радиосигналов может затухать на более высоких широтах, а полярные сияния наблюдались даже ниже Нью-Йорка и Айдахо (обычно 55° геомагнитной широты).	6	600 за цикл (360 дней в цикле)	86
G3	Сильный	Может потребоваться коррекция напряжения, на некоторых устройствах защиты срабатывают ложные срабатывания.	Поверхностная зарядка может возникнуть на компонентах спутников, сопротивление может увеличиться на спутниках, находящихся на низкой околоземной орбите, и могут потребоваться поправки для проблем с ориентацией.	Могут возникнуть проблемы с прерывистой спутниковой навигацией и низкочастотной радионавигацией, ВЧ-радио может работать с перебоями, а полярные сияния наблюдались даже ниже Иллинойса и Орегона (обычно 50° геомагнитной широты).	7	200 за цикл (130 дней в цикле)	18
G4	Серьезный	Возможные широко распространенные проблемы с контролем напряжения, а также некоторые системы защиты по ошибке отключат ключевые активы от сети.	Могут возникнуть проблемы с наземной зарядкой и отслеживанием, могут потребоваться исправления для проблем с ориентацией.	Наведенные токи в трубопроводах влияют на профилактические меры, распространение ВЧ-радиосигналов носит спорадический характер, спутниковая навигация ухудшилась на несколько часов, низкочастотная радионавигация нарушена, а полярные сияния наблюдались даже ниже Алабамы и Северной Калифорнии (обычно 45° геомагнитной широты).	8-9	100 за цикл (60 дней в цикле)	9
G5	Экстрим	Могут возникнуть широко распространенные проблемы с контролем напряжения и проблемы с системами защиты, а в некоторых энергосистемах может произойти полный коллапс или отключение электроэнергии. Трансформаторы могут быть повреждены.	Могут возникнуть обширные наземные зарядки, проблемы с ориентацией, восходящей/нисходящей связью и отслеживанием спутников.	Ток в трубопроводе может достигать сотен ампер, распространение ВЧ-радиосигнала во многих районах может быть невозможно в течение одного-двух дней, спутниковая навигация может ухудшиться на несколько дней, низкочастотная радионавигация может отключиться на несколько часов, а полярные сияния наблюдается на уровне Флориды и южного Техаса (обычно 40° геомагнитной широты).	9	4 за цикл (4 дня в цикле)	1

Использование в исследованиях распространения радиоволн.

K высокочастотных _p -индекс используется для изучения и прогнозирования ионосферного распространения радиосигналов . Геомагнитные бури, обозначаемые K _p = 5 или выше, не оказывают прямого влияния на распространение. Однако они нарушают F-слой ионосферы , особенно в средних и высоких географических широтах, вызывая так называемую ионосферную бурю , ухудшающую распространение радиосигнала. Ухудшение в основном заключается в уменьшении максимальной полезной частоты (МПЧ) на целых 50%. ^[8] Иногда E-слой может быть затронут и . В отличие от внезапных ионосферных возмущений (ВИД), которые затрагивают высокочастотные радиотрассы преимущественно в средних и низких широтах, последствия ионосферных бурь более интенсивны в высоких широтах и полярных регионах.

См. также

Индекс времени шторма возмущений

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б Бартельс, Дж . ; Черт возьми, Нью-Хэмпшир; Джонстон, Х.Ф. (1939). «Индекс трехчасового диапазона измерения геомагнитной активности». Журнал геофизических исследований . 44 (4): 411–454. Бибкод : 1939TeMAE..44..411B . дои : 10.1029/TE044i004p00411 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Флеминг, Дж. А.; Харрадон, HD; Джойс, JW (1939). «Седьмая Генеральная ассамблея Ассоциации земного магнетизма и электричества в Вашингтоне, округ Колумбия, 4–15 сентября 1939 г.». Земной магнетизм и атмосферное электричество . 44 (4). стр. 477–478, Резолюция 2. Бибкод : 1939TeMAE..44..471F . дои : 10.1029/TE044i004p00471 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Дэвис, Кеннет (1990). Ионосферное радио . Серия IEE «Электромагнитные волны» № 31. Лондон, Великобритания: Peter Peregrinus Ltd/Институт инженеров-электриков. п. 50. ISBN 0-86341-186-Х .
^ Перейти обратно: ^а ^б «Справка по данным SPIDR – описание данных геомагнитных и солнечных индексов» . Интерактивный ресурс данных NOAA по космической физике (SPIDR). Архивировано из оригинала 20 февраля 2013 г. Проверено 12 сентября 2012 г.
^ «Геомагнитные индексы кп и ап» . NOAA Национальные центры экологической информации (NESDIS) . Проверено 21 августа 2016 г.
^ «Шкалы космической погоды NOAA | Центр прогнозирования космической погоды NOAA / NWS» . www.swpc.noaa.gov . Проверено 15 января 2024 г.
^ «Архив полярных сияний и солнечной активности» . Космическая погода в прямом эфире . Проверено 3 марта 2022 г.
^ Джордж Джейкобс и Теодор Дж. Коэн (1997). Новое руководство по распространению коротких волн . Хиксвилл, Нью-Йорк: CQ Publishing. п. 1.14. ISBN 0-943016-11-8 .

Внешние ссылки

Эта статья включает в себя общедоступные материалы правительства США.

[Bartels1939-1] Перейти обратно: ^а ^б Бартельс, Дж . ; Черт возьми, Нью-Хэмпшир; Джонстон, Х.Ф. (1939). «Индекс трехчасового диапазона измерения геомагнитной активности». Журнал геофизических исследований . 44 (4): 411–454. Бибкод : 1939TeMAE..44..411B . дои : 10.1029/TE044i004p00411 .

[resolution2-2] Перейти обратно: ^а ^б Флеминг, Дж. А.; Харрадон, HD; Джойс, JW (1939). «Седьмая Генеральная ассамблея Ассоциации земного магнетизма и электричества в Вашингтоне, округ Колумбия, 4–15 сентября 1939 г.». Земной магнетизм и атмосферное электричество . 44 (4). стр. 477–478, Резолюция 2. Бибкод : 1939TeMAE..44..471F . дои : 10.1029/TE044i004p00471 .

[Davis-3] Перейти обратно: ^а ^б Дэвис, Кеннет (1990). Ионосферное радио . Серия IEE «Электромагнитные волны» № 31. Лондон, Великобритания: Peter Peregrinus Ltd/Институт инженеров-электриков. п. 50. ISBN 0-86341-186-Х .

[SPIDR-4] Перейти обратно: ^а ^б «Справка по данным SPIDR – описание данных геомагнитных и солнечных индексов» . Интерактивный ресурс данных NOAA по космической физике (SPIDR). Архивировано из оригинала 20 февраля 2013 г. Проверено 12 сентября 2012 г.

[5] «Геомагнитные индексы кп и ап» . NOAA Национальные центры экологической информации (NESDIS) . Проверено 21 августа 2016 г.

[6] «Шкалы космической погоды NOAA | Центр прогнозирования космической погоды NOAA / NWS» . www.swpc.noaa.gov . Проверено 15 января 2024 г.

[7] «Архив полярных сияний и солнечной активности» . Космическая погода в прямом эфире . Проверено 3 марта 2022 г.

[8] Джордж Джейкобс и Теодор Дж. Коэн (1997). Новое руководство по распространению коротких волн . Хиксвилл, Нью-Йорк: CQ Publishing. п. 1.14. ISBN 0-943016-11-8 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]