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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 利用單站地磁數(shù)據(jù)估算Ap與Kp指數(shù)的可行性分析
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 數(shù)理
- 簡(jiǎn)介：
- 通過(guò)得到的地磁場(chǎng)的擾動(dòng)幅度，并分析其與地磁行星指數(shù)Ap和Kp的關(guān)系，得到快速估算Ap和Kp指數(shù)的簡(jiǎn)潔方。并將估算結(jié)果與世界數(shù)據(jù)中心(WDC)給出的Ap和Kp指數(shù)相比較，進(jìn)行可行性分析。
- 詳細(xì)介紹：
- 本作品根據(jù)單站肇慶臺(tái)2003-2008年與2009-2010年7月的地磁水平分量H的分鐘值數(shù)據(jù)，得到長(zhǎng)期地磁場(chǎng)的擾動(dòng)幅度.通過(guò)分析其與地磁行星指數(shù)Ap和Kp的關(guān)系，得到快速估算Ap和Kp指數(shù)的簡(jiǎn)潔方法——對(duì)1小時(shí)磁擾幅度的日平均與Ap進(jìn)行擬合得到Ap，對(duì)3小時(shí)時(shí)段內(nèi)的平均與Kp進(jìn)行對(duì)數(shù)擬合得到Kp。將估算值與世界數(shù)據(jù)中心(WDC)給出的Ap和Kp指數(shù)相比較，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果表明，根據(jù)上述方法用肇慶臺(tái)地磁數(shù)據(jù)估算Ap和Kp指數(shù)在一定的誤差范圍內(nèi)是可行的。雖然在強(qiáng)磁擾時(shí)段，估算效果略微有所下降，但估算的整體效果還是良好的，這說(shuō)明本文方法估算效果的穩(wěn)定性是良好的，不會(huì)因選取時(shí)間段或者是磁擾的強(qiáng)弱不同而使得估算效果會(huì)有明顯差異。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 我們的目的是通過(guò)分析單站長(zhǎng)期的地磁數(shù)據(jù)，研究其長(zhǎng)期的變化特征，找出快速估算Ap和Kp指數(shù)的方法，從而反映全球地磁活動(dòng)強(qiáng)度。 我們的基本思路是通過(guò)得到的地磁場(chǎng)的擾動(dòng)幅度，并分析其與地磁行星指數(shù)Ap和Kp的關(guān)系，得到快速估算Ap和Kp指數(shù)的簡(jiǎn)潔方。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 科學(xué)性:一是本文使用的主要研究方法為指數(shù)的估算與擬合；二是采用了適合于我國(guó)地磁觀測(cè)H分量K指數(shù)的計(jì)算方法——FMI—H方法；三是采用了可靠的數(shù)據(jù)。 先進(jìn)性及獨(dú)特之處：一是運(yùn)用單站地磁數(shù)據(jù)估算行星性Ap和Kp指數(shù)，突破了“多站聯(lián)測(cè)”的局限；二是所用方法可在一定程度上實(shí)現(xiàn)“指數(shù)實(shí)時(shí)化”；三是根據(jù)此估算方法用單站臺(tái)1小時(shí)磁擾幅度去大致預(yù)報(bào)相應(yīng)3小時(shí)的Kp指數(shù)；四是估算的效果整體上具有良好的穩(wěn)定性。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 作品由肇慶臺(tái)單站數(shù)據(jù)快速估算了表征全球地磁活動(dòng)情況的地磁指數(shù)，對(duì)研究指數(shù)發(fā)布實(shí)時(shí)化和單站地磁數(shù)據(jù)反映全球地磁活動(dòng)強(qiáng)度有一定意義。地磁活動(dòng)指數(shù)是空間天氣擾動(dòng)強(qiáng)度指標(biāo)的主要參數(shù)，與各種空間技術(shù)系統(tǒng)事故的統(tǒng)計(jì)研究密切相關(guān)。Ap、Kp等地磁指數(shù)的快速估算有利于空間天氣的預(yù)報(bào)。由于地磁指數(shù)還與電離層活動(dòng)、急性傳染病的研究等方面都有著密切聯(lián)系，所以實(shí)現(xiàn)指數(shù)發(fā)布實(shí)時(shí)化的實(shí)現(xiàn)也將促進(jìn)以上各方面的發(fā)展。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 根據(jù)單站肇慶臺(tái)2003-2008年與2009-2010年7月的地磁水平分量H分鐘值的數(shù)據(jù)，得到長(zhǎng)期地磁場(chǎng)的擾動(dòng)幅度.通過(guò)分析其與地磁行星指數(shù)Ap和Kp的關(guān)系，得到快速估算Ap和Kp指數(shù)的簡(jiǎn)潔方法——對(duì)1小時(shí)磁擾幅度 的日平均與Ap進(jìn)行擬合得到Ap，對(duì)3小時(shí)時(shí)段內(nèi) 的平均與Kp進(jìn)行對(duì)數(shù)擬合得到Kp。將估算值與世界數(shù)據(jù)中心(WDC)給出的Ap和Kp指數(shù)相比較，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果表明，根據(jù)上述方法用肇慶臺(tái)地磁數(shù)據(jù)估算Ap和Kp指數(shù)在一定的誤差范圍內(nèi)是可行的。
獲獎(jiǎng)情況
- 2010年被《地震地磁觀測(cè)與研究》錄用
鑒定結(jié)果
- 該作品由學(xué)生經(jīng)廣州地面衛(wèi)星站取得數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)大量計(jì)算和驗(yàn)證而產(chǎn)生，申報(bào)情況屬實(shí)，同意申報(bào)。
參考文獻(xiàn)
- 徐文耀.2009.“地磁活動(dòng)指數(shù)的過(guò)去、現(xiàn)在和未來(lái)”[J].地球物理學(xué)進(jìn)展,24(3),830～841. 徐文耀.2009.“地球電磁現(xiàn)象物理學(xué)”[M].合肥：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社. 徐文耀.2005.“地磁活動(dòng)k指數(shù)值量算和確定方法的改進(jìn)”[J].西北地震學(xué)報(bào),27(SO),36～41. 陳伯舫.1995.“地面 磁場(chǎng)的分析和場(chǎng)向電流”[J].地震地磁觀測(cè)與研究.16(4),18～21. 楊馬陵等.2004.“FMI方法計(jì)算地磁K指數(shù)的初步研究”[J]. 地震地磁觀測(cè)與研究,25(2),55～61. 陳健,劉江斌,張秀霞等.2008.[J]地震地磁觀測(cè)與研究.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
同類課題研究水平概述
- 國(guó)內(nèi)外同類課題的研究情況 我國(guó)地磁臺(tái)站曾長(zhǎng)期使用由(S_q+L)統(tǒng)計(jì)得到的“鐵曲線”，來(lái)識(shí)別K變化與非K變化，和手工測(cè)量K指數(shù)。1989年后開(kāi)始用規(guī)則日變化S_R代替“鐵曲線”進(jìn)行K指數(shù)測(cè)量(程安龍等，1998)，但S_R的變化還是要憑人工經(jīng)驗(yàn)識(shí)別，用手工測(cè)量K變化的量值，并在此基礎(chǔ)上確定K指數(shù)(國(guó)家地震局，1995)。 近年來(lái)，由于數(shù)字化地磁觀測(cè)儀器的高速發(fā)展，用數(shù)字化代替模擬化成為趨勢(shì)。 FMI(Finish Meteorological Institute)方法是由荷蘭氣象研究所研制，是在國(guó)際地磁和超高層大氣物理學(xué)協(xié)會(huì)（IAGA）認(rèn)可和推薦的USGA，AS，F(xiàn)MI，LRNS等4種方法中應(yīng)用得比較廣泛的計(jì)算方法。FMI方法是一種以3天的地磁場(chǎng)X和Y分量分鐘值（或更高采樣率）觀測(cè)數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，計(jì)算中間一天K指數(shù)的計(jì)算方法。該方法由每小時(shí)的數(shù)據(jù)，以及該小時(shí)前后各（m+n）分鐘的數(shù)據(jù)計(jì)算該小時(shí)的平均值，其中m是與當(dāng)?shù)貢r(shí)間有關(guān)的參數(shù)，凌晨3~6點(diǎn)和黃昏18~21點(diǎn)m取60,夜間21~02點(diǎn)m取90,白天其余時(shí)間m=0；n是依賴于磁場(chǎng)活動(dòng)程度的參數(shù)，通常取n=K^33,K為3小時(shí)時(shí)段中由最大值和最小值簡(jiǎn)單確定的K指初始值。由此產(chǎn)生的每小時(shí)平均值通過(guò)諧波擬合生成S_R曲線，并由觀測(cè)曲線和S_R曲線的差值確定K指數(shù)。在我國(guó)主要應(yīng)用FMI方法的修改版FMI-H方法計(jì)算數(shù)字地磁資料的K指數(shù)，因?yàn)镕MI-H方法符合我國(guó)對(duì)地磁H、D和Z分量的觀測(cè)，和以H分量測(cè)量K指數(shù)的規(guī)范，并且計(jì)算結(jié)果與實(shí)際結(jié)果有較好的一致性。 另外，我國(guó)還有應(yīng)用自然正交分量法（NOC）分析S_q的逐日變化特性。一般的簡(jiǎn)單統(tǒng)計(jì)方法只能得到平均的日變化，而難于分離不同的成分，更無(wú)法得到每個(gè)成分每一天的實(shí)際強(qiáng)度。采用每月的平均日變化作為每天的變化會(huì)帶來(lái)誤差，要得到更精細(xì)、更準(zhǔn)確的地磁活動(dòng)情況描述則須考慮逐日變異性。而采用自然正交分量法來(lái)分離日變化中不同的成分，可以從復(fù)雜的地磁場(chǎng)變化中得到的形態(tài)，并確定各種成分每天的幅度，得到更合理的地磁活動(dòng)指數(shù)值。 國(guó)際上應(yīng)用世界地磁場(chǎng)模型來(lái)生成地磁場(chǎng)分量圖。WMM2005就是由英國(guó)地質(zhì)測(cè)量局（BGS）和美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（USGS）聯(lián)合推出的最新的地磁模型。采用衛(wèi)星數(shù)據(jù)和臺(tái)站數(shù)據(jù)，基于WMM2005給出的地磁場(chǎng)計(jì)算方法，擬合出某地的地磁場(chǎng)分量的值和變化趨勢(shì)。
