Question

地磁暴的地磁指数

Answer 1

概括来讲，地磁指数就是以地磁监测数据为基础，描述某一时间段内地磁扰动的总体强度或某类磁扰强度的分级指标。它是基于基础理论和实际应用需要，根据一个台站或全球台站的实际测量资料，用方便易行的分类和简单明了的指标，对地磁活动性进行总体特征检阅和总体形态描述，从宏观角度把握全球或区域的地磁场变化规律。
地磁活动指数按照物理意义，可以分为两大类：第一类是描述地磁活动的总体水平，而不考虑地磁扰动具体类型的指数，其中应用较广泛的有K指数、Kp指数、Ap指数；第二类是为了描述特定类型磁扰或特定区域磁扰而设计的指数，其中Dst指数应用较为广泛。 由全球地磁台网中13个地磁台站的K指数计算得到的，用于表示全球地磁活动性，每3小时一个值，取值范围从0到9，共分28级：00，0+，1-，10，1+,…,9-，90。其值逐渐增大表示地磁扰动逐渐增强。在日常的应用中，一般把Kp=5、6称为中小地磁暴，Kp=7、8、9称为大地磁暴。
Kp指数与磁扰幅度不是线性关系，而是近似于对数关系。为了表示磁扰变化幅度，又在Kp指数的基础上定义了全球性的“三小时等效幅度”ap指数，单位为2纳特斯拉。一天8个ap指数的平均值可以作为全天地磁活动水平的量度，即为Ap指数，Ap指数的范围由0到400，其值越大，表示地磁扰动幅度越大。 直接影响：
当地磁场扰动时，磁场方向和大小的改变会影响它们之间的力矩，致使卫星的姿态发生变化。卫星的姿态发生变化后，通信卫星将无法正常通信，甚至有时可能会中断通信；气象卫星、军事卫星也无法监测地球。
间接影响：
当强磁暴发生时，磁层顶部由于受到高速太阳风的剧烈挤压而被压缩到地球同步轨道之内，发生同步轨道磁层顶穿越事件。此时不仅会因所处的磁场环境发生变化而影响姿态，还会因为失去了磁场的保护而直接受到太阳风的冲击。
当地磁暴发生时，焦耳加热和极光粒子沉降加热引起全球高层大气增温，密度和成分发生变化。当大气密度陡增，大气阻力会突然加大，加速了航天器衰减的速度，从而导致其偏离预计航道，甚至提前掉入低层大气而陨落。 强磁暴时，地磁场会发生剧烈扰动变化，变化的地磁场会在土壤电阻率高的地区产生每公里几伏特到十几伏特，持续时间从几分钟到几小时的地面电势（Earth Surface Potential，ESP）。而在高压、超高压输电系统中，由于电网变压器中性点直接接地，所以ESP会在东西走向、长距离输电线路与大地构成的回路中产生地磁感应电流（Geomagnetically Induced Currents, GIC）。容易引起大型变压器半波饱和而缩短其使用寿命，极端情况下会使其烧毁而造成永久损坏。
同时，由于磁暴的发生是全球同步，因此GIC会使整个电网范围内数百台变压器同时发生半波饱和，造成一些保护装置产生跳闸等误动作，致使供电系统电压严重下降导致系统崩溃，从而引发大面积停电事故。