基本信息
- 项目名称：
- 利用单站地磁数据估算Ap与Kp指数的可行性分析
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 数理
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 通过得到的地磁场的扰动幅度，并分析其与地磁行星指数Ap和Kp的关系，得到快速估算Ap和Kp指数的简洁方。并将估算结果与世界数据中心(WDC)给出的Ap和Kp指数相比较，进行可行性分析。
- 详细介绍：
- 本作品根据单站肇庆台2003-2008年与2009-2010年7月的地磁水平分量H的分钟值数据，得到长期地磁场的扰动幅度.通过分析其与地磁行星指数Ap和Kp的关系，得到快速估算Ap和Kp指数的简洁方法——对1小时磁扰幅度的日平均与Ap进行拟合得到Ap，对3小时时段内的平均与Kp进行对数拟合得到Kp。将估算值与世界数据中心(WDC)给出的Ap和Kp指数相比较，并进行统计分析。结果表明，根据上述方法用肇庆台地磁数据估算Ap和Kp指数在一定的误差范围内是可行的。虽然在强磁扰时段，估算效果略微有所下降，但估算的整体效果还是良好的，这说明本文方法估算效果的稳定性是良好的，不会因选取时间段或者是磁扰的强弱不同而使得估算效果会有明显差异。
作品图片
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 我们的目的是通过分析单站长期的地磁数据，研究其长期的变化特征，找出快速估算Ap和Kp指数的方法，从而反映全球地磁活动强度。 我们的基本思路是通过得到的地磁场的扰动幅度，并分析其与地磁行星指数Ap和Kp的关系，得到快速估算Ap和Kp指数的简洁方。
科学性、先进性及独特之处
- 科学性:一是本文使用的主要研究方法为指数的估算与拟合；二是采用了适合于我国地磁观测H分量K指数的计算方法——FMI—H方法；三是采用了可靠的数据。 先进性及独特之处：一是运用单站地磁数据估算行星性Ap和Kp指数，突破了“多站联测”的局限；二是所用方法可在一定程度上实现“指数实时化”；三是根据此估算方法用单站台1小时磁扰幅度去大致预报相应3小时的Kp指数；四是估算的效果整体上具有良好的稳定性。
应用价值和现实意义
- 作品由肇庆台单站数据快速估算了表征全球地磁活动情况的地磁指数，对研究指数发布实时化和单站地磁数据反映全球地磁活动强度有一定意义。地磁活动指数是空间天气扰动强度指标的主要参数，与各种空间技术系统事故的统计研究密切相关。Ap、Kp等地磁指数的快速估算有利于空间天气的预报。由于地磁指数还与电离层活动、急性传染病的研究等方面都有着密切联系，所以实现指数发布实时化的实现也将促进以上各方面的发展。
学术论文摘要
- 根据单站肇庆台2003-2008年与2009-2010年7月的地磁水平分量H分钟值的数据，得到长期地磁场的扰动幅度.通过分析其与地磁行星指数Ap和Kp的关系，得到快速估算Ap和Kp指数的简洁方法——对1小时磁扰幅度 的日平均与Ap进行拟合得到Ap，对3小时时段内 的平均与Kp进行对数拟合得到Kp。将估算值与世界数据中心(WDC)给出的Ap和Kp指数相比较，并进行统计分析。结果表明，根据上述方法用肇庆台地磁数据估算Ap和Kp指数在一定的误差范围内是可行的。
获奖情况
- 2010年被《地震地磁观测与研究》录用
鉴定结果
- 该作品由学生经广州地面卫星站取得数据，经过大量计算和验证而产生，申报情况属实，同意申报。
参考文献
- 徐文耀.2009.“地磁活动指数的过去、现在和未来”[J].地球物理学进展,24(3),830～841. 徐文耀.2009.“地球电磁现象物理学”[M].合肥：中国科学技术大学出版社. 徐文耀.2005.“地磁活动k指数值量算和确定方法的改进”[J].西北地震学报,27(SO),36～41. 陈伯舫.1995.“地面 磁场的分析和场向电流”[J].地震地磁观测与研究.16(4),18～21. 杨马陵等.2004.“FMI方法计算地磁K指数的初步研究”[J]. 地震地磁观测与研究,25(2),55～61. 陈健,刘江斌,张秀霞等.2008.[J]地震地磁观测与研究.29(6),45～49. Frans De Meyer.2003.“A modulation model for the solar and lunar daily geomagnetic variations”[J].Earth Planets Space,55,405～418. V Golovkov,T Zvereva.“The space-time pattern of midlatitude geomagnetic variations”[J].Geomagn.Aeron,2000,40:84-90 Bartels J.“The technique of scalig indices K and Q of geomagnetic activity”[J].Ann.Intern,Geophys.1957.4:225-226. Joselyn J A.“A real-time index of geomagnetic activity”[J].J.Geophys.Res..1970.75:2777-2780
同类课题研究水平概述
- 国内外同类课题的研究情况 我国地磁台站曾长期使用由(S_q+L)统计得到的“铁曲线”，来识别K变化与非K变化，和手工测量K指数。1989年后开始用规则日变化S_R代替“铁曲线”进行K指数测量(程安龙等，1998)，但S_R的变化还是要凭人工经验识别，用手工测量K变化的量值，并在此基础上确定K指数(国家地震局，1995)。 近年来，由于数字化地磁观测仪器的高速发展，用数字化代替模拟化成为趋势。 FMI(Finish Meteorological Institute)方法是由荷兰气象研究所研制，是在国际地磁和超高层大气物理学协会（IAGA）认可和推荐的USGA，AS，FMI，LRNS等4种方法中应用得比较广泛的计算方法。FMI方法是一种以3天的地磁场X和Y分量分钟值（或更高采样率）观测数据为数据源，计算中间一天K指数的计算方法。该方法由每小时的数据，以及该小时前后各（m+n）分钟的数据计算该小时的平均值，其中m是与当地时间有关的参数，凌晨3~6点和黄昏18~21点m取60,夜间21~02点m取90,白天其余时间m=0；n是依赖于磁场活动程度的参数，通常取n=K^33,K为3小时时段中由最大值和最小值简单确定的K指初始值。由此产生的每小时平均值通过谐波拟合生成S_R曲线，并由观测曲线和S_R曲线的差值确定K指数。在我国主要应用FMI方法的修改版FMI-H方法计算数字地磁资料的K指数，因为FMI-H方法符合我国对地磁H、D和Z分量的观测，和以H分量测量K指数的规范，并且计算结果与实际结果有较好的一致性。 另外，我国还有应用自然正交分量法（NOC）分析S_q的逐日变化特性。一般的简单统计方法只能得到平均的日变化，而难于分离不同的成分，更无法得到每个成分每一天的实际强度。采用每月的平均日变化作为每天的变化会带来误差，要得到更精细、更准确的地磁活动情况描述则须考虑逐日变异性。而采用自然正交分量法来分离日变化中不同的成分，可以从复杂的地磁场变化中得到的形态，并确定各种成分每天的幅度，得到更合理的地磁活动指数值。 国际上应用世界地磁场模型来生成地磁场分量图。WMM2005就是由英国地质测量局（BGS）和美国地质调查局（USGS）联合推出的最新的地磁模型。采用卫星数据和台站数据，基于WMM2005给出的地磁场计算方法，拟合出某地的地磁场分量的值和变化趋势。
