K index (Julius Bartels, 1938)

Geomagnetické bouře
změna konfigurace
=>
změna proudů tekoucích systémem
=>
změna magnetického pole (i na Zemi)
více než 500 magnetických observatoří,
tolik dat je těžké zpracovat
=>
zavádí se geomagnetické indexy
Během “substorms”:
electrojets, substorm current wedge
Během “storms”:
magnetopause current, ring current,
partial ring current
K index (Julius Bartels, 1938)
Celé číslo v intervalu 0 – 9
Vyjadřuje amplitudu horizontálních disturbancí magnetického pole po odečtení očekávaného
quiet-time denního trendu pro dané roční období a stanici (a fázi měsíce)
Tří-hodinové časové intervaly (tj. jedna hodnota indexu každé 3 hodiny)
Kvazi-logaritmický, převodní tabulka jiná pro každou observatoř (tak, aby výsledné distribuce
K indexů získané v různých observatořích byly stejné)
Na vyšších geomagnetických šířkách je k dosažení stejné hodnoty K-indexu zapotřebí větší
magnetická disturbance
Kp index (Julius Bartels, 1949)
Cílem je získat jedinou hodnotu indexu vyjadřující míru geomagnetické aktivity
K je lokální index vyjadřující velikost disturbancí v blízkosti dané observatoře. Vykazuje denní
variace (větší hodnoty v půlnoci než v poledne), a dále závisí na ročním období a
geomagnetické šířce.
Zavádí se index Ks (přes další převodní tabulku), který toto omezí. Definován po třetinách,
celkem 28 hodnot (0o, 0+, 1-, 1o, 1+, 2-, 2o, 2+, ... , 8o, 8+, 9-, 9o)
Kp index je definován jako průměr Ks indexů ze 13 definovaných observatoří.
Ap index
“Průměrná hodnota Kp indexu za den”, ale je třeba vzít v potaz, že Kp není lineární
Substorm indexy AU, AL, AE, AO
(Davis, Sugiura, 1966)
Zaměřuje se na aurorální oblast,
relativně neovlivněné ring-currentem
Od dat z každé stanice se odečte
měsíční průměrná hodnota
AU (auroral upper) odpovídá v každém
čase maximální kladné disturbanci
AL (auroral lower) odpovídá v každém
čase maximální záporné disturbanci (tj.
“spodní obálka”)
Celková velikost proudů v aurorální
oblasti může být charakterizována jako:
AE = AU – AL
Pro úplnost pak:
AO = (AU + AL) / 2
Storm indexy Dst, Asym
Zaměřuje se na ring-current (je úměrný
celkové energii driftujících částic – Dessler
and Parker, 1959)
Počítá se podobně jako aurorální indexy;
problémy s odečítáním “quiet-day trendu”,
jelikož klidné dny se často vyskytují v
recovery fázi bouřek, kdy je H stále
snížená (ale exponenciálně roste s časem)
Po odečtení “quiet-day trendu”
amplituda reziduí vydělí cos(MLAT)
se
Dst je definováno podobně jako AO
(průměr přeškálovaných reziduí)
Asym je deinováno podobně jako AE
(rozdíl mezi horní a spodní obálkou)
Magnetic Substorms
Nejčastější typ geomagnetické aktivity
Poměrně přesně definovaná sekvence
událostí v magnetosféře a ionosféře
Spouštěcím faktorem je, že díky IMF Bz < 0
dochází ke zvýšenému toku energie ze
slunečního větru do magnetosféry; ta se
ukládá v tailu (“growth phase”)
“Near-Earth” přepojení magnetických siločar
a přechod do “expansion phase” (roli
možného spouštěče zde pravděpodobně
hraje změna IMF Bz na kladné)
Následný
phase”)
návrat
do
normálu
(“recovery
Typické disturbance trvají ~ 1 – 3 hodiny a
mají amplitudy v rozmezí ~ 200 – 2000 nT
Zvýšený výskyt polárních září
(Usadi et al., JGR, 1993)
Substorm Growth Phase
Rekonekce na denní straně probíhá
rychleji než na noční => hromadění
magnetického toku (energie) v tailu
Magnetosféra se “rozevírá”
Plasma sheet se ztenčuje
Posun tail currentu blíže k Zemi
Substorm Expansion Phase (Initial)
Substorm Expansion Phase
(Intermediate)
Plasmoid se pohybuje směrem od Země, má charakteristickou bipolární strukturu v Bz
(nejprve vzrůst, potom pokles)
Magnetic Storms
Pokud je přísun energie ze slunečního větru
značný a trvá delší dobu, dochází k formování
ring-currentu a vzniku geomagnetické bouře
Nejlépe pozorovatelné na malých/středních
šířkách (Dst index)
Dst ~ 50-150 nT … ~ měsíčně
Dst ~ 150-300 nT … několikrát za rok
Dst > 500 nT … několikrát za sluneční cyklus
Initial phase díky proudu na magnetopauze,
který se zvýšeným tlakem slunečního větru
dostane blíže k Zemi a zesílí
Recovery phase díky postupným ztrátám částic
z radiačních pásů a snižující se intenzitě ring
currentu
Význam geomagnetických bouřek
Nebezpečná radiace (především
protony s energiemi > 30 MeV),
hlavně
pro
astronauty
v
kosmickém prostoru (není tam
ochrana v podobě zemské
atmosféry / magnetosféry), ale i
posádky letadel
Vliv na orientaci ptáků (řídících
se magnetickým polem)
Možné poškození družic
Vliv na rádiovou komunikaci a
navigační systémy
Nebezpečí poškození elektrické
rozvodné sítě
Periodicita díky slunečnímu cyklu
(Půl)roční periodicita
i) magnetická aktivita nejvyšší
pro IMF orientované opačně
než zemský dipól
ii) větší ionosférická vodivost
v létě => indexy počítané v
“letní hemisféře” by měly
vykazovat větší aktivitu
Periodicita díky sluneční rotaci
Závislost na rychlosti slunečního větru
Platí pro průměrné variace za delší čas.
Na kratších časových škálách ale korelace mezi geomagnetickými indexy a rychlostí
slunečního větru prakticky neexistuje!