Анализ широтно-зависимых параметров геомагнитного поля

Наиболее информативной измеряемой величиной при изучении магнитных вариаций Земли является магнитное склонение, так как изменения значений этой величины напрямую отражает магнитную активности. Эти изменения могут быть плавными и циклическими, с амплитудами в несколько минут дуги на юге Канады, или, во время магнитных бурь, большими и беспорядочными. Изменения склонения становятся все более нерегулярными как по амплитуде, так и по частоте по мере приближения к Северному магнитному полю- интенсивность), Y (восточная интенсивность) и Z (вертикальная интенсивность, положительная вниз); общая интенсивность F, горизонтальная интенсивность H, наклон (или падение), I (угол между горизонтальной плоскостью и вектором поля, измеренный положительно вниз) и склонение (или магнитное склонение) D (горизонтальный угол между истинным севером и вектором поля, измеренный положительно на восток). Склонение, наклонение и общая интенсивность могут быть вычислены из ортогональных компонентов с помощью уравнений:

F = ^H2 + Z2 где H = ^X2 + Y2

су, в результате слабой горизонтальной составляющей магнитного поля. Количество раз в году, когда пользователь компаса будет затронут изменениями склонения, вызванными магнитными бурями, будет зависеть как от приложения пользователя, так и от его местоположения [5].

На поверхности Земли основное поле можно аппроксимировать диполем, размещенным в центре Земли и наклоненным к оси вращения примерно на 10°. Однако существуют значительные отклонения от дипольного по- ля. На рисунке 1 (а,б) показаны карты склонения в 2020 [3].

Геомагнитные вариации существенно зависят от широты. Рассмотрим, как это происходит в разных географических зонах:

В полярных зонах (высоких широтах), особенно вблизи полюсов, геомагнитные вариации могут быть значительными и быстрой изменчивости. Тут проявляются сильные магнитные бури, которые могут вызывать резкие отклонения в магнитном поле. Например, в регионах, таких как Арктика и Антарктика, магнитные линии почти вертикальны, что приводит к повышенному уровню инклина-ции [9].

Поскольку эти области ближе к магнитным полюсам, они более подвержены эффектам солнечной активности, что делает их важными для исследований геомагнитных бурь.

В умеренных широтах наблюдаются умеренные вариации магнитного поля. Здесь отклонения от истинного северного направления являются менее выраженными, и магнитное поле часто более стабильно по сравнению с высокими широтами. Однако эти районы могут все еще испытывать воздействие магнитных бурь, хотя и в меньшей степени.

Умеренные широты располагают очагами, где часто фиксируются геомагнитные бури, а также магнитные аномалии, которые влияют на навигацию.

В экваториальной зоне геомагнитные вариации и наклонение заметно менее выражены. Здесь направление магнитного поля сохраняется относительно стабильным, и значительные вариации в магнитном поле встречаются реже. Это связано с тем, что в экваториальных регионах магнитные линии наклонены почти горизонтально.

Тем не менее, в экваториальных регионах также возможны местные аномалии, вызван- ные геологической активностью, которая может вызывать локализованные изменения в магнитном поле [6].

Из всего многообразия эффектов воздействия Солнца на Землю именно магнитные бури представляют собой наиболее доступное и информативное их проявление, позволяющее оценить состояние околоземного космического пространства. Ввиду этого сведения о магнитных бурях и сопровождающих их вариациях магнитного поля получили наиболее широкий спрос [1].

Наиболее активные проявления геомагнитных возмущений и геоиндуцированных токов (ГИТ) в проводящих заземленных системах наблюдаются на авроральных широтах. Во многих странах активно ведутся исследования по влиянию ГИТ на наземные технологические системы и возможным мерам по уменьшению негативных последствий [8].

Для потребителей геомагнитной информации важно не само возмущение, а те последствия, к которым оно приводит. Для качественной и количественной оценок состояния магнитного поля в обращение введены индексы магнитной активности. В настоящее время наиболее распространены планетарные индексы Кр, АЕ и Dst. Индекс Кр характеризует активность по сети из 12 среднеширотных станций за каждый 3-х часовой интервал. Схема определения Кр простая – К-индекс по отдельным обсерваториям представляет собой условную меру амплитуды вариаций за трехчасовой интервал. К-индексы усредняют, и среднее значение принимают в качестве индекса Кр. На рисунке 1,е приведен пример регистрации магнитного поля за 9 ноября – 16 ноября 2024 года по обсерватории Москва, и здесь же представлен К-индекс [1].

а                                             б

в

г

д

е

Рис. 1. Анализ широтно-зависимых параметров геомагнитного поля:

• а)    карта склонения (градусы к востоку или западу от истинного севера) в 2020;

• б)    карта прогнозируемой годовой скорости изменения склонения (градусы/год к востоку или западу) на 2020-2025;

• в)    расчетные значения магнитного поля с использованием модели World Magnetic Model (WMM) или модели International Geomagnetic Reference Field (IGRF) для Арктики.

• г)    расчетные значения магнитного поля с использованием WMM ил и IGRF для Москвы;

• д)    расчетные значения магнитного поля с использованием WMM ил и IGRF для Кении.

• е)    пример записи вариаций магнитного поля в обсерватории Москва. Нижний график представляет определения К-индекса.

Заключение.

Установлены закономерности изменений магнитных вариаций и склонения магнитного поля в зависимости от широты, подчеркивающие важность учета географического положения при анализе геомагнитных характеристик. Полярные зоны характеризуются наибольшей чувствительностью к солнечной активности, что приводит к резким и непредсказуемым колебаниям магнитного поля. С другой стороны, умеренные широты, обладая более устойчивыми магнитными условиями, показывают определенные изменения, связанные с долгосрочными процессами внутри Земли и внешними факторами.