地震地磁低点位移现象与空间环境关系的初步研究

收集了1960～2006年期间的太阳黑子数和地磁指数Kp资料,分析其时间变化特征,研究它们与地磁“低点位移”现象的关系。结果表明：在所研究的62个地震震例中,发生地震震级的大小与全年的地磁活动水平呈反相关趋势,且Ms7以上大震多发生在太阳黑子活动下降时段;而低点位移异常的出现与太阳黑子数和地磁指数Kp之间未发现明确的相关关系。因此,地磁低点位移现象的根本来源,也许是地下地震的孕育和发展。     

利用EMD方法提取地磁A_p指数周期分量

利用EMD和小波对试验信号进行分解比较,结果表明EMD方法能够更加真实的再现数据本身的频谱分量和对应幅度．利用EMD方法对1932年~2006年地磁Ap指数月均值进行了分解,分别得到一系列模式和一个趋势项．其中可能包含了6个月周期分量,准1年周期分量,QBO（准两年震荡）分量,准5年周期分量,准11年周期分量和22年Hale周分量等．地磁活动Ap指数与太阳黑子数都有着11年周期变化,我们比较发现Ap指数11年周期分量极值出现要比太阳黑子数11年周期分量极值出现平均滞后1~2年．     

1932—2018年期间基于Ap指数地磁活动的太阳周分布和季节分布

我们统计分析了1932—2018年期间Ap指数表征的地磁活动的太阳周分布和季节分布.通过分析,我们发现一个太阳活动周每天Ap指数的总和与太阳活动周的幅度具有很好的相关性.太阳活动周最大的Ap值与太阳活动周的幅度相关性比较好.通过拟合,我们得到Ap指数的分布函数为f(Ap)=139.5e^-0.2758Ap+66.2e^-0.004377Ap.为了研究Ap≥25事件的太阳周分布和季节分布特征,我们把Ap指数分成了四个范围,即25≤Ap<50, 50≤Ap<75, 75≤Ap<100, 100≤Ap.太阳活动周的研究发现,对于25≤Ap<50, 50≤Ap<75, 75≤Ap<100, 100≤Ap的地磁活动,出现在太阳活动周上升段的比例分别为26.5%、28%、29.1%和31.5%,出现在太阳活动周下降段的比例分别为73.5%、72%、70.9%和69.5%.这表明地磁活动越弱的事件,出现在太阳活动周下降段的比例越高,反之就越低.对于25≤Ap<50, 50≤Ap<75, 75≤Ap<100,...     

全球电离层TEC起伏特性分析

利用全球电离层TEC地图（GIMs）数据,在已经建立TEC气候学模式的基础上,计算了1998年以来固定UT时间的全球TEC起伏指数σ_DGEC．采用偏相关分析方法对σ_DGEC与太阳活动（F107指数）及其起伏（dF107）、地磁活动（Ap指数）、季节变化因子（太阳偏置角）等因素,以及上述因素的非线性组合等的相关性进行分析,发现σ_DGEC与F107、Ap指数具有最强的相关性,与F107指数和半年变化因子的交叉项F107×S、F107指数的二次方具有较好的相关性,同时,与F107指数与年变化因子的交叉项F107×A及F107扰动指数偏离值（dF107）的二次方也具有一定的相关性．据此,以这些因子作为驱动量,建立了σ_DGEC的多元回归模型．鉴于σ_DGEC反映全球范围内电离层TEC起伏的平均特性,并与太阳活动F107指数、地磁活动Ap指数具有良好的相关性,为此我们建议,将全球TEC相对起伏指数σ_DGEC作为描述全球电离层扰动状态及电离层天气特征的一个新参量．     

北京地磁台K指数3小时扰幅修正及 K指数计算机标定

我国基本处于磁纬40°以下地区,K指数的3小时扰幅一般取:3-6-12-24-40-70-120-200-300 nT.这一K指数3小时扰幅是以磁纬20.88°的佘山地磁台观测数据为基础,按照Bartels 提出的一系列准则而确定的.然而,由于不同地磁台地磁纬度的不同,K指数的3小时扰幅也需要进行相应的修正.本文以北京地磁台(磁纬29.63°)为例,通过频次比较的方法,分别以佘山台K指数和Kp为标准,根据1994~1999年共6年的北京地磁台H分量分均值数据,给出了一个比较合理的北京地磁台K指数3小时扰幅:3.9-7.8-15.6-31.2-47.5-70-120-200-300 nT.基于这一3小时扰幅,采用修正的FMI方法标定了1997年北京地磁台的K指数.将标定结果与磁暴基础数据库中北京台、佘山台和Kp指数进行频次比对,并进行同一3小时段标定差异统计.数据分析表明,修正后比修正前K指数的标定更加合理.     

基于GEI方法对苏皖地区地电活动指数的可靠性研究

使用地电扰动幅度与静日变化幅值比的地电活动指数(GEI)计算方法,连续计算江苏、安徽两省6个地电场台站2018年第一季度的单台地电指数D、平均地电指数Ds。同时将地电指数D、Ds与单台地磁指数K、平均地磁指数K(即[K+0.5])对比得到:86.48%的指数D与指数K完全相同或仅相差1,89.44%的指数D s与指数完全相同或仅相差1。两类电、磁指数的高度吻合说明:(1)连续产出的地电指数是可靠的。(2)地电指数D、Ds可以量化界定地电场活动水平。极个别的地电指数D、Ds与地磁指数K、仍存在一定差异,这与地电场台站观测有关,提升地电场观测资料的质量能更好地确定地电指数。(3)地电指数与地磁指数相互弥补能更准确地确定地球电磁活动水平,其在相关的地球科学技术领域有广泛的应用前景。     

地磁活动指数的过去、现在和未来

地磁活动性是范围广、分量多、种类繁、形态异、频谱宽、原因复杂的时变过程.面对如此复杂的地磁活动性,除了分门别类逐一进行深入研究之外,根据实测资料,用简便易行的分类和简单明了的指标,对地磁活动性进行总体检阅和形态学描述也是非常必要的.于是,各种地磁活动指数应运而生.地磁指数不仅是表征地磁活动现象的重要参数,其应用范围逐渐扩展到日地能量耦合计算、电离层一磁层一太阳风空问环境状态描述、空间环境监测、空间天气预报等许多相关领域."地磁活动指数化"的思想正在向别的领域扩展,其构建原理和量算方法也在不断改进和完善.本文将现有的约50种地磁活动指数分两大类型,综述其提出背景和发展过程,分析其使用范围和优缺点,探讨地磁活动指数未来发展的趋势.     

中国地磁台网的K指数测量结果分析

Ｋ指数以０,１,……,９的数字分为１０级,以３小时为一时段,简单、直观、清晰地表示出地磁场受太阳微粒辐射而形成的扰动变化的程度。Ｋ指数测量是地磁台日常工作的重要内容之一。正确地区别Ｋ变化与非Ｋ变化是测量Ｋ指数的基本要求和关键所在。我国地磁台站从１９８９年开始用规则日变化ＳＲ代替“铁曲线”来识别Ｋ变化与非Ｋ变化,使测量方法与国际上的通行做法相一致。本文通过对我国地磁台站的Ｋ频次分布统计指出,在采用新     

我国部分台站的高K指数检验

为考察我国地磁台站高K指数纬度分布的同一性,选择北京台,佘山台和广州台磁暴时H分量上最大地磁活动8小时K_(max)≥5时段作样本,按其磁纬分别与国外相应的地磁台站结成对比组。对比发现,我国3个台站K≥6的指数存在不同程度的系统偏高趋势,进一步与K_P指数对比确认,反映我国3个台站上的K≥6高K指数及其相应磁场变幅的系统偏高是一种表观现象,原因是这3个台站的H磁变仪都存在着定向差和其它磁变仪的磁系附加磁场影响的缘故。     

基于THEMIS卫星数据的等离子体层顶位置模型

利用2010~2011年的THEMIS卫星观测的卫星电位数据反演电子密度,并用来确定等离子层顶的位置,研究其与地磁指数的关系.利用观测数据得到了一个THEMIS卫星等离子体层顶位置数据库.利用该数据库建立了新的等离子体层顶位置的磁地方时经验模型,并比较了其与现有的四个等离子体层顶位置经验模型的优劣.发现新建立的等离子体层顶位置模型明显优于其余四个经验模型.在模型的三种输入参数中,Kp指数和Dst指数模型的预测效果相当,并明显优于AE指数的模型,这说明磁层的大尺度对流强度是影响等离子体层顶位置最主要的因素.     

地电扰动指数GEI研究

本文应用中国大陆地区11个地电场台站5.5年（2012-01-01—2017-05-31）中磁静日和磁扰日的观测数据,并联系地电场变化敏感响应地下介质非均匀性和空间电磁活动的特点,发展了地电扰动指数,即消除静日地电变化的幅值比地电指数（GEI）.对比各台站的地电指数与地磁指数,87.43%的单台地电指数D与单台地磁指数K在数值上完全相同或相差1,93.75%的单台平均地电指数Ds与单台平均地磁指数[K+0.5]（四舍五入）相同或仅相差1,说明地电指数能用于量化界定地电扰动水平,如同地磁指数量化界定磁扰水平.地电指数将服务于地球电磁环境监测、科学研究等领域,同时也可以用来评估地电场观测数据的质量.     

Time variations of geomagnetic activity indices Kp and Ap: an update

Kp and Ap indices covering the period 1932 to 1995 are analysed in a fashion similar to that attempted by Bartels for the 1932–1961 epoch to examine the time variations in their characteristics. Modern analysis techniques on the extended data base are used for further insight. The relative frequencies of occurrence of Kp with different magnitudes and the seasonal and solar cycle dependences are seen to be remarkably consistent despite the addition of 35 years of observations. Many of the earlier features seen in the indices and special intervals are shown to be replicated in the present analysis. Time variations in the occurrence of prolonged periods of geomagnetic calm or of enhanced activity are presented and their relation to solar activity highlighted. It is shown that in the declining phase the occurrence frequencies of Kp = 4–5 (consecutively over 4 intervals) can be used as a precursor for the maximum sunspot number to be expected in the next cycle. The semiannual variation in geomagnetic activity is reexamined utilising not only the Ap index but also the occurrence frequencies of Kp index with different magnitudes. Lack of dependence of the amplitude of semiannual variation on sunspot number is emphasised. Singular spectrum analysis of the mean monthly Ap index shows some distinct periodic components. The temporal evolution of 44 month, 21 month and 16 month oscillations are examined and it is postulated that while QBO and the 16 month oscillations could be attributed to solar wind and IMF oscillations with analogous periodicity, the 44 month variation is associated with a similar periodicity in recurrent high speed stream caused by sector boundary passage. It is reconfirmed that there could have been only one epoch around 1940 when solar wind speed could have exhibited a 1.3-year periodicity comparable to that seen during the post-1986 period.     

Sq电流系午前午后不对称性现象的来源

太阳静日变化Sq是地球变化磁场的基本组成部分,Sq的特征反映电离层的电性质和高层大气的潮汐特性.研究Sq的变化特性,能够加深对电离层\|热层耦合的认识.准确分离出Sq,为计算地磁指数（如Dst、Kp和AE等）以及空间天气的准确预报提供必要信息.本文利用地磁观测数据,重点分析了北半球Sq形态及其午前午后不对称现象、Sq日变幅的变化特征、不同纬度地区日变幅与太阳天顶角的相关性的差异.研究表明低纬电流系和高纬电流系是引起Sq形态变化的重要来源,也是各种不对称性的主要起因.     

Geoeffectiveness of solar wind interplanetary magnetic structures

We address the geoeffectiveness of three interplanetary structures in the interplanetary space: magnetic clouds (MCs), interplanetary shocks (IPSs), and corotating interaction regions (CIRs). The geoeffectiveness is evaluated using the geomagnetic indices Kp, AE, and Dst. We find that MCs are more geoeffective than IPSs, or CIRs. The average values of magnetic indices are significantly enhanced during disturbed periods associated with MCs, IPSs and CIRs, compared to the whole interval. The highest effect is noted for MC disturbed periods.Results obtained for the three data sets are used to derive a theoretical (continuous) probability distribution function (PDF) by fitting the histograms representing the percentage of events against the intervals of magnetic index. PDFs allow estimation of the probability of a given level of geomagnetic activity to be reached after the detection, by in situ solar wind observations, of a given interplanetary structure approaching the Earth.     

利用最小二乘拟合法进行多站地磁日变基值归算

多站日变改正技术是解决远海区大范围磁力测量地磁日变改正的关键技术,然而多站日变改正中,为了减小磁场水平差异的影响,分站日变基值必须向主站归算.基于地磁日变化的时空特点,尝试将最小二乘拟合法引入到多站日变基值归算中,并采用多站同步观测数据对方法的有效性进行了验证.结论表明:当主站和分站日变性质相似时,最小二乘拟合法可以取得良好的效果,且对同步观测时段低.但是当日变性质差异较大时,则应当采用传统的同步比对法.     

Effects of geomagnetic storm on GPS ionospheric scintillations at Sanya

The effects of geomagnetic storm on GPS ionospheric scintillations are studied here using GPS scintillation data recorded at Sanya (18.3°N, 109.5°E; geomagnetic: 7.6°N, 180.8°E), the southmost station in the Chinese longitude region. GPS scintillation/TEC and DMSP data are utilized to show the development of irregularities during the period year 2005 (solar minimum). Statistical analysis of K planetary index (Kp) and amplitude scintillation index (S4) indicates that most storms of the year did not trigger the scintillation occurrence at Sanya. However, cases of scintillation occurring during moderate and strong storm (Dst<−100) periods show clearly that the development of irregularities producing scintillations can be triggered by geomagnetic storms during the low scintillation occurrence season. The effects (trigger or not trigger/inhibit) depend on the maximum dDst/dt determined local time sector, and can be explained by the response of the equatorial vertical drift velocities to magnetospheric and ionospheric disturbance electric fields. For station Sanya, the maximum dDst/dt determined local time is near the noon (or post-midnight) sector for most storms of the year 2005, which inhibited (or did not trigger) the post-sunset (or post-midnight) scintillation occurrence and then led to the phenomena that the statistical results presented.     

Manifestation of solar and geodynamic activity in the dynamics of the Earth’s rotation

The relationships between different manifestations of solar and geomagnetic activity and the structural peculiarities of the dynamics of the pole wobble and irregularities in the Earth??s rotation are studied using singular spectrum analysis. There are two close major peaks and several lower ones in the same frequency range (1.1?C1.3 years) in the Chandler wobble (CW) spectrum. Components in the geomagnetic activity were distinguished in the same frequency band (by the Dst and Ap indices). Six- to seven-year oscillations in the Earth??s rotation rate with a complex dynamics of amplitude variations are shown in variations in geomagnetic activity. It is revealed that secular (decade) variations in the Earth??s rotation rate on average repeat global variations in the secular trend of the Earth??s geomagnetic field with a delay of eight years during the whole observation period.     

不同高度和不同地磁扰动期间热层大气密度模式值与探测值的显著差异

热层大气密度是空间大气环境的重要参数,经过多年的研究已开发了多种大气模式,但其误差普遍较大,尤其在磁暴期间偏差值甚至超过100%.本文利用中国星载大气密度探测器和CHAMP卫星加速度计在轨获得的连续探测数据,针对近10年(2003—2014)中多次强磁暴事件和多次中等强度扰动事件,即2003年11月、2004年7月和2005年8~9月多次强磁暴事件(Kp值均达到9),2006年4月、2012年4月的两次中等强度磁暴事件(Kp值分别达到7和6),分析和比对不同强度磁扰事件期间不同高度全球大气密度就位探测值与模式值(NRLMSISE00)之间的差别.在2005年8月24日强磁扰事件中,560 km高度中国卫星就位探测值上涨幅度约2~3倍,扰动区中的增变比高达5.7倍,375 km高度CHAMP卫星就位探测值上涨幅度约0.8倍,扰动区中增变比达4.0倍,期间大气密度模式值不仅没有出现明显的涨落,更没有出现强烈的区域扰动;在2003年11月和2004年7月的强磁扰事件中,CHAMP卫星就位探测值均有显著涨变和强烈扰动变化,而模式值无明显扰动变化;在中等强度磁扰事件中,高度560 km附近就位探测值在北、南半球高纬地区显著上涨,远高于模式值,高度350 km附近就位探测值在地球阴影区域显著上涨,上涨幅度也大于模式值.分析结果表明现有大气模式对地磁扰动(尤其是强磁暴事件)期间全球热层大气密度的响应并不明显,需要进一步改善.     

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.     

Assessment of Planetary Indices of Geomagnetic Activity Based on Data from Individual Magnetic Observatories in the Russian Sector

Geomagnetism and Aeronomy - The relationships between local indices at stations in the Russian sector and the planetary Ap and Kp indices and the potential to evaluate planetary indices based on...