基于地磁水平分量序列的磁暴自动识别

应用小波包分析技术提取了地磁水平分量序列的能量特征,用Fisher方法进行识别,研究了磁暴与非磁暴的识别率在不同时间长度t下的变化规律.当t=1h时,对磁暴与非磁暴的平均识别率达到83.8%;在确定为磁暴的前提下,进一步将磁暴按强度分为强磁暴(磁情指数K≥8)和非强磁暴(K≤7),平均识别率为72.9%.在对地磁水平分量进行连续实时监测的情况下,用这种方法可实现对磁暴的自动识别.     

基于Weimer模型的高纬地磁扰动预测

地磁扰动是空间天气中的重要现象,对地基技术系统具有重要的影响.准确预报地磁扰动可以有效避免重大灾害发生.本文基于Weimer电势和磁势模型发展了高纬地区地磁扰动的模拟方法,并与地面台站观测数据进行了比较.地表磁场扰动主要受电离层电流系统的影响,利用Weimer模式计算出电离层等效电流分布后,基于毕奥-萨伐尔定律推导了地磁扰动三分量与电流的关系,最终计算出地磁扰动量.模型的输入参数为太阳风速度、太阳风密度、行星际磁场和磁偶极倾角.模型计算结果与不同纬度和经度的地磁台站观测结果对比表明本文的计算方法能有效地模拟地磁暴期间地磁扰动特征.本文结果对今后发展高纬地区地磁场预报模型奠定了重要基础.     

基于空间加权法的地磁数据重构精度与D_(st)指数的关系

为了研究磁场活动水平对地磁重构数据的影响,以云南省内11个地磁台站地磁记录分数据为研究对象,利用空间加权法进行数据重构,并分析Dst指数与重构数据精度之间的关系。结果表明,Dst指数绝对值与地磁数据重构精度呈明显负相关,即Dst指数绝对值越大,数据重构精度越低。当D_(st)-30时,D分量重构数据与原始数据的绝对残差值小于0.05′的比例为97.1%, H、Z分量重构数据与原始数据的绝对残差值小于0.5 nT的比例分别为97.1%、97.9%,重构精度较高。当弱磁暴、中等磁暴发生时,D、H、Z三分量重构数据与原始数据的绝对残差值随Dst指数绝对值的增大而增大,重构精度减小。本研究成果可为因观测异常或记录缺失的地磁数据重构提供参考。     

第23太阳活动周期太阳风参数及地磁指数的统计分析

日冕物质抛射(Coronal Mass Ejection,简称CME)和共转相互作用区(Corotating Interaction Region,简称CIR)是造成日地空间行星际扰动和地磁扰动的两个主要原因,提供了地球磁暴的主要驱动力,进而显著影响地球空间环境.为深入研究太阳风活动及受其主导影响的地磁活动的时间分布特征,本文对大量太阳风参数及地磁活动指数的数据进行了详细分析.首先,采用由NASA OMNIWeb提供的太阳风参数及地磁活动指数的公开数据,通过自主编写matlab程序对第23太阳活动周期(1996-01-01—2008-12-31)的数据包括行星际磁场Bz分量、太阳风速度、太阳风质子密度、太阳风动压等重要太阳风参数及Dst指数、AE指数、Kp指数等主要的地磁指数进行统计分析,建立了包括269个CME事件和456个CIR事件列表的数据库.采用事例分析法和时间序列叠加法分别对两类太阳活动的四个重要太阳风参数(IMF Bz、太阳风速度、太阳风质子密度、太阳风动压)和三个主要地磁指数(Dst、AE、Kp)进行统计分析,并研究了其统计特征.其次,根据Dst指数最小值确定了第23太阳活动周期内的355个孤立地磁暴事件,并以Dst指数最小值为标准将这些磁暴进一步分类为145个弱磁暴、123个中等磁暴、70个强磁暴、12个剧烈磁暴和5个巨大磁暴.最后,采用时间序列叠加法对不同强度磁暴的太阳风参数和地磁指数进行统计分析.统计分析表明,对于CME事件,Nsw/Pdyn(Nsw表示太阳风质子密度,Pdyn表示太阳风动压)线性拟合斜率一般为正;对于CIR事件,Nsw/Pdyn线性拟合斜率一般为负,这可作为辨别CME和CIR事件的一种有效方法.从平均意义上讲,相较于CIR事件,CME事件有更大的南向IMF Bz分量、太阳风动压Pdyn、AE指数、Kp指数以及更小的Dstmin.一般情况下,CME事件有更大的可能性驱动极强地磁暴.总体而言,对于不同强度的地磁暴,Dst指数的变化呈现出一定的相似性,但随着地磁暴强度的增强,Dst指数衰减的速度变快.CME和CIR事件以及其各自驱动的地磁暴事件有着很多不同,因此,需要将CME事件驱动的磁暴及CIR事件驱动的磁暴分开研究.建立CME、CIR事件及地磁暴的数据库以及获取的统计分析结果,将为深入研究地球磁层等离子体片、辐射带及环电流对太阳活动的响应特征提供有利的帮助.     

乌什地震台FHD-2型质子磁力仪观测资料干扰分析

地磁台站的观测数据除受到磁暴等自然因素影响外,还受环境和仪器故障等因素的影响.分析乌什地磁观测的人为干扰、数采故障及磁暴等自然因素对磁场的干扰类型和观测数据变化,并给出干扰的解决办法,为进一步提高地磁观测资料质量提供依据.     

承德地震台数字化地磁资料的变化特征

利用承德地震台数字化地磁F、H、D资料,分析了各分量的日变化及对磁暴的响应,且与模拟资料进行了对比,给出了一些变化特征,并提出了一些建议.     

基于地磁台站数据对磁暴期间环电流和场向电流的分布特征研究

磁暴的发生与环电流的变化密切相关.除了对称环电流外,部分环电流在磁暴的发展过程中也起到了重要的作用,同时部分环电流通过场向电流与极区电离层中的电流形成回路.本文应用INTERMAGNET地磁台网北半球中低纬区域地磁台站数据,对不同强度4个磁暴事件主相和恢复相期间部分环电流和场向电流的磁地方时分布进行了分析和讨论.对于每一个磁暴事件,在低纬地区（地磁纬度约0°—40°N）选用地磁经度上大致均匀的8个台站,通过坐标转换计算平行于磁偶极轴的地磁场水平分量H来分析磁暴期间环电流所引起的磁场扰动;在低纬地区8个台站的基础上增加中纬地区（地磁纬度约40°N—60°N）地磁经度上大致均匀的6个台站,计算地磁坐标系下地磁场东西分量Y来分析磁暴期间场向电流在中低纬地区引起的磁场扰动.结果表明,磁暴主相期间的部分环电流主要作用于磁地方时昏侧和夜侧扇区,并且主相和恢复相期间部分环电流引起的磁场变化随着磁暴级别的增大而增大;磁暴主相期间向下的场向电流多出现在夜侧至晨侧扇区,向上的场向电流多出现在昏侧至午后扇区,且中纬地区向下和向上场向电流的展布范围明显大于低纬地区;恢复相期间弱、中磁暴事件的场向电流呈现与部分环电流相同的减弱趋势,而强、大磁暴事件在恢复相末期场向电流引起的磁场变化明显不同于恢复相的其他时刻,这可能与高纬较强的亚暴活动有关.     

江苏地区地电暴特征及差异性

利用FFT方法对江苏区域地电场、地磁以及有关台站的钻孔应变数据进行处理,提取频谱特征,对该区各地电台站的地电暴特征进行分析,研究结果表明：①江苏区域地电场各测项地电暴数据与地磁H分量变化趋势接近,但各台地电场不同测项的突跳方向存在各向异性,4个地电台站EW向数据具有一致同向现象,NS向数据有差异性;②由各分量优势周期对应性可知,江苏地区地电场NS向含有的地磁场H分量高于体应变成分,地电场EW向倾向于地磁场H分量与体应变叠加抵消的结果;③当磁暴发生时,地磁H分量变化幅度相同的台站,地电场变化幅度不同,地电台站的地电暴变化特征与其地下结构有关,地下深层阻抗越大,感应电场越大,地电场日变化幅度越大。     

磁暴事件简报智能化产品设计

磁暴事件影响日地空间环境,例如：通讯系统、电力系统、输油管道、空间飞行器等均会受到严重影响。磁暴观测是地磁台站的常规业务工作,结合地震行业发展规划,考虑其他行业对磁暴数据指数的需求,基于Datist数据专家程序设计磁暴事件智能化系统,可在磁暴发生后快速、及时、准确地推送详细指数,根据不同用户需求,以专业磁暴简报产品报告形式进行输出,为用户开展事件分析和深入研究提供基础数据。     

用中低纬度变化磁场监测磁层环电流强度

本文选择北京地磁台和广州地磁台水平分量时均值的资料,采用Hibberd方法,分析研究了环电流对地磁场夜间值变化的影响,提出一种近似估计环电流强度的简便方法,这种方法可用于及时监测环电流强度的变化,为短期磁暴预报提供有用的资料和途径。     

地磁垂直分量Z日变幅逐日比及其与磁暴和地震的关系

地磁垂直分量Z日变幅逐日比是基于变化磁场在地球电导率的作用下会产生一个与变化磁场相反的感应磁场, 该感应磁场不仅包含了外空磁场的信息, 还包含了地下电导率的信息。 因此, 相对于地磁场其他成分来说Z分量更多地反应了地下活动的变化, 逐日比是利用前后两日地磁Z分量日变幅相比来提取该异常现象, 但磁暴可能会对逐日比异常判定产生影响。 我们取1984年至今江苏区域范围达到逐日比异常判定指标的29个事件结合磁暴以及该异常事件之后和地震的对应关系进行统计分析。 研究发现, 无磁暴时逐日比异常和预测范围内地震对应关系达到0.77, 有磁暴时逐日比异常和地震对应关系为0.25。 综合分析认为逐日比异常事件发生后, 若该日无磁暴或者Dst指数小于异常第二日, 那么该异常为地震前兆的可能性大概为0.8, 反之则该异常有可能是磁暴的影响而不是来自于地下活动的影响, 需结合其他前兆分析方法进行综合分析, 该研究增强了逐日比异常判定地震地磁前兆信息的可靠性。     

强磁扰对视电阻率观测的影响

基于地球天然交变电磁场的基本理论,研究了磁静日、磁暴时的视电阻率的变化特征。结果显示：磁暴时ρｓ有明显变化,一般大于或等于２倍的磁静日的标准差。同时发现,由于地下介质的不均匀性,天然交变电磁场各种频率成份对地下电性介质的贡献不同,集肤效果也不同,从而使得在同一地电台、相同观测环境、相同观测条件下,磁暴时地电阻率的测道的差异,其干扰水平显著出明显的方向性。最后对研究中所发现的一些问题尽可能地给予了物     

Spatial-temporal dynamics of auroras during the magnetic storm main phase

The structure and dynamics of auroras in the midnight sector during substorms, which develop during the magnetic storm main phase as compared to the characteristics of a typical auroral substorm, have been studied using the ground-based and satellite observations. It has been found out that a difference from the classical substorm is observed in auroras during the magnetic storm main phase. At the beginning of the storm main phase, the series of pseudobreakups with the most pronounced jump-like motion toward the equator shifts to lower latitudes. The substorm expansion phase can be observed not only as arc jumps to higher latitudes but also as an explosive expansion of a bright diffuse luminosity in all directions. During the magnetic storm main phase, auroras are mainly characterized by the presence of stable extensive rayed structures and by the simultaneous existence of different auroral forms, typical of different substorm phases, in the TV camera field of view.     

Wavelet analysis of geomagnetic field data

Variations in geomagnetic field data at different spectral frequencies and with different periods are observed during increased geomagnetic activity. The formed local structures depend on the field disturbance and contain information on the magnetic storm intensity and character of development. Numerical solutions and algorithms based on wavelet transforms, which make it possible to “automatically” detect periods of increased geomagnetic activity and identify and analyze the structures forming this process, have been proposed in order to study the time characteristics of geomagnetic field variations, using the H component as an example. The separated components, characterizing disturbances, make it possible to estimate variations in the field energy characteristics. An analysis of the constructed wavelet images makes it possible to trace the dynamics of variations in the H component the day before and during a magnetic storm.     

地电暴事件判别方法及特征分析

本文基于我国2015—2018年间地电暴事件,通过对筛选的数据曲线变化特征归纳分析,总结出以下快速准确判断地电暴事件的依据:(1)地电暴发生时,会压制地电场六道观测数据正常日变形态,且变幅是正常日变幅值2倍以上或更大;(2)地电暴事件具有广域同步性,可通过多台观测数据对比判断;(3)地电暴和地磁暴具有同源性,可通过地磁观测来判断;(4)经过上述初判后,还应排除观测系统、自然环境、人为干扰、场地环境事件影响,才能确认为单一地电暴事件。通过对地电暴波形特征的分析,发现一般情况下地电暴变幅与地磁磁情指数—K指数呈正比关系,但是同一台站地电暴变幅在同一K指数下差异较大。不同台站对同一地电暴事件幅度响应不同,仅从变幅来看纬度效应不明显,有局部区域性特点,可能与台站台址条件\,地电场布极方式方位等因素均有关。     

电网磁暴灾害风险影响因素研究综述

磁暴是源自太阳磁场剧烈变化的地球空间效应,随着电网规模的增大和电压等级的增高,磁暴灾害已经成为诱发电网故障风险的威胁之一.研究电力系统磁暴灾害风险的影响因素可为预防与控制其引发的电网事故提供重要参考.在分析历史典型磁暴事件的基础上,剖析了磁暴诱发电力系统故障的机理,阐述了故障传播与电力系统响应的过程,总结了近年来关于影响电力系统的地磁感应电流水平及其产生的变压器无功损耗方面的研究成果,从磁暴本身的特点和电力系统的参数与结构两方面将影响因素分类.以GIC标准模型,通过改变磁暴扰动环境和电力系统参数,说明了各因素对电网磁暴灾害风险的影响程度,并比较了不同因素影响后果的差异,最后指出了尚未解决的问题和可能的研究方向.     

磁暴二倍法预报唐山7.8级地震

磁暴二倍法预报地震的依据是,应变能在运移过程中导致地壳膨胀和压缩形成一个周期,在时间上呈有二倍关系．唐山７．８级地震是我国７０年代最大地震,用磁暴二倍法推出有４组磁暴能对应这次地震．每组磁暴前后都发生了地震,由于这些地震释放的剩余能量在聚积过程中,地壳发生膨胀和压缩,地磁场就受到影响形成了磁暴．因此磁暴与地震能量变化有相关性．可见,磁暴二倍法可以预报地震．     

中低纬度地区磁暴频谱特性及其与唐山地震的关系

本文对北京、青光、昌黎、广州、佘山、武昌、长春等7个地磁台1973——1977五年期间80个磁暴的振幅谱进行了分析和对比,得到中低纬度地区磁暴频谱的一般特性.结果表明:①7个台磁暴频谱的变化趋势同步;②在周期0.5——6.8小时的频率范围内,振幅谱的斜率 b 值相当稳定,反映了在此频段内磁暴能量具有恒定的分配因子;③广州、佘山、武昌、长春四台振幅谱截矩 a 的年均值相当稳定,而距唐山震区较近的北京、青光、昌黎三台 a 的年均值均有不同程度的显著变化.这可能与1976年7月28日强烈的唐山地震有关.      

“天宫二号”空间实验室大气质谱信号与地磁信号在磁暴干扰下的Hilbert-Huang变换

本文采用Hilbert-Huang变换分别对磁暴干扰下的“天宫二号”空间实验室大气质谱信号和乌鲁木齐地磁基准台FHDZ-M15所产出地磁数据进行特征分析.实验首先采用小波分析方法分析两种信号的能量谱,结果可得:“天宫二号”空间实验室大气质谱信号和M15地磁信号在磁暴时段能量较为集中,且幅值较大.该实验表明两种信号的能量分布成正相关性.基于Hilbert-Huang变换的时频聚集性及处理非平稳信号的能力,实验进一步采用Hilbert-Huang变换对磁暴干扰下的两种信号进行时频特性分析.通过对两种信号的Hilbert-Huang谱分析可得:“天宫二号”空间实验室大气质谱信号和M15地磁信号在磁暴干扰下的频率均主要集中在0.2 Hz之内.同时,Hilbert-Huang谱实验清晰反映出了两种信号能量随时间和频率的分布情况.