CC BY
0
АНАЛИЗ ШИРОТНО-ЗАВИСИМЫХ ПАРАМЕТРОВ ГЕОМАГНИТНОГО ПОЛЯ
А.Р. Ихсанова, студент И.Г. Хабибуллин, студент Ф.З. Шафикова, студент
Уфимский государственный нефтяной технический университет (Россия, г. Уфа)
DOI:10.24412/2500-1000-2024-11-1-52-56
Аннотация. Рассматриваются изменения магнитных вариаций, связанных со склонениями геомагнитного поля в зависимости от широты. 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. Подчеркнута важность учета изменения магнитных вариаций и склонений в навигационных системах и других областях, где точность направления критически важна.
Keywords: geomagnetic field; geomagnetic variations; magnetic declination.
Геомагнитное поле обладает неоднородной пространственной структурой и широким спектром временных вариаций. Это объясняется тем, что оно создается за счет источников различной природы, расположенных как внутри Земли, так и в околоземном пространстве - в магнитосфере и ионосфере. Основные источники геомагнитного поля находятся в жидком ядре, мантии и коре Земли. Эти источники создают внутреннее геомагнитное поле, вклад которого в полный вектор магнитной индукции B, наблюдаемый на поверхности Земли, является основным [7].
Вектор геомагнитного поля B описывается ортогональными компонентами X (северная
Y Z
D = arctan- l = arctan —
X н
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 Н, 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:
^ = ^Н2+г2 где Н = ^Х2 + У2
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].
Используемая модель: ВДМ-2020
Широта: 42° 11' 6" с.ш. О
Долгота: 75° 24' 52" ЗД
Высота: 0,0 км Средний уровень моря
Дата Склонение Наклон Горизонтальная Северный Восточная Вертикальная Поле всего
( * Е 1 " * ) ( + о|-и) интенсивность Комп масть комп.
(+С | -Ю) (+В | - 3) (+0|-11)
2024-11-16 -12е 9' 17" 67е 8' 37" 20,175.3 нТл 19,723.1 нТл -4,248.0 нТл 47,863.6 нТл 51,942.0 нТл
Изменение/год 0° 2' 27"/год -0° 6' 20"/год 51,6 нТ/год 53,4 нТ/год 3,2 нТ/год -124,3 нТ/год -94,5 нТ/год
Неопределенность 0° 23' 0° 13' 128 нТл 131 нТл 94 нТл 157 нТл 145 нТл
Используемая модель: ВДМ-2020
Широта: Долгота: Высота: 55° 45' 23" с.ш. 37° 36' 53" в.д. 0,0 км Средний уровень моря а
Дата Склонение ( + Е | - УУ ) Наклон (+о|-и) Горизонтальная интенсивность Северный Комп (+С | -Ю) Восточная часть (+ В | - 3) Вертикальная комп. (+ О | - и) Поле всего
2024-11-16 12° 8' 5" 71° 45' 13" 16,603.3 нТл 16,232.3 нТл 3,490.2 нТл 50,361.8 нТл 53,028.1 нТл
Изменение/год 0° 8' 19"/год 0° 2' 30"/ год -14,6 нТ/год -22,8 нТ/год 36,2 нТ/год 78,6 нТ/год 70,1 нТ/год
Неопределенность 0° 26' 0° 13' 128 нТл 131 нТл 94 нТл 157 нТл 145 нТл
Используемая модель: ВДМ-2020
Широта: 0° 31' 42" с.ш. О
Долгота: 37° 53' 22" в.д.
Высота: 0,0 км Средний уровень моря
Дата Склонение Наклон Горизонтальная Северный Восточная Вертикальная Поле всего
( + Е | - УУ ) ( + о | -и) интенсивность Комп (+С | -Ю) часть (+В | -3) комп. (+ о | - и)
2024-10-16 0° 50' 35" -17° 43' 11" 32,226.8 нТл 32,223.3 нТл 474,1 нТл -10,297.1 нТл 33,831.9 нТл
Изменение/год -0° 0' 18"/год 0° 8' 35"/год 30,2 нТ/год 30,2 нТ/год -2,3 нТ/год 79,0 нТ/год 4,7 нТ/год
Неопределенность 0° 19' 0° 13' 128 нТл 131 нТл 94 нТл 157 нТл 145 нТл
д
И1|| 1...1..11.111|1Н..1|.1 Ни II
1011 00 00 111100 00 12 11 00 00 13 11 00 00 14 ПРО 00 1*1100 00 16 11(10 00 09-11-2024 00:03 ... 16-11-2024 00:02 УТ
Рис. 1. Анализ широтно-зависимых параметров геомагнитного поля:
б
а
в
г
е
а) карта склонения (градусы к востоку или Заключение.
западу от истинного севера) в 2020; Установлены закономерности изменений
б) карта прогнозируемой годовой скорости магнитных вариаций и склонения магнитного изменения склонения (градусы/год к востоку поля в зависимости от широты, подчеркивали западу) на 2020-2025; ющие важность учета географического полов) расчетные значения магнитного поля с жения при анализе геомагнитных характери-
использованием модели World Magnetic Model стик. Полярные зоны характеризуются (WMM) или модели International Geomagnetic наибольшей чувствительностью к солнечной Reference Field (IGRF) для Арктики. активности, что приводит к резким и непред-
г) расчетные значения магнитного поля с сказуемым колебаниям магнитного поля. С использованием WMM или IGRF для Москвы; другой стороны, умеренные широты, обладая
д) расчетные значения магнитного поля с более устойчивыми магнитными условиями, использованием WMM или IGRF для Кении. показывают определенные изменения, свя-
е) пример записи вариаций магнитного по- занные с долгосрочными процессами внутри ля в обсерватории Москва. Нижний график Земли и внешними факторами. представляет определения К-индекса.
Библиографический список
1. Амиантов А.С., Зайцев А.Н., Одинцов В.И., Петров В.Г. «Вариации магнитного поля Земли» база цифровых данных магнитных обсерваторий России. - Москва, 2001. - 44 с.
2. Воробьев А.В., Соловьев А.А., Пилипенко В.А., Воробьева Г.Р. Интерактивная компьютерная модель для прогноза и анализа полярных сияний // Солнечно-земная физика. - 2022. - Т. 8, № 2. - С. 93-100. - DOI: 10.12737/szf-82202213.
3. Воробьев, А.В. Подход к динамической визуализации разнородных геопространственных векторных изображений / А.В. Воробьев, Г.Р. Воробьева // Компьютерная оптика. - 2024. - Т. 48, № 1. - С. 123-138. - DOI: 10.18287/2412-6179-C0-1279.
4. Воробьев А.В. Подход к обнаружению и устранению артефактов пространственных изолиний в приложениях Веб-ГИС / А.В. Воробьев, Г.Р. Воробьева // Компьютерная оптика. - 2023. -Т. 47, № 1. - С. 126-136. - DOI: 10.18287/2412-6179-C0-1127.
5. Воробьев А.В., Воробьева Г.Р. Подход к оценке относительной информационной эффективности магнитных обсерваторий сети INTERMAGNET // Геомагнетизм и аэрономия. - 2018. -Т. 58, № 5. - С. 648-652. DOI: 10.1134/ S0016793218050158.
6. Воробьев, А.В. Подход к оценке относительной информационной эффективности магнитных обсерваторий сети INTERMAGNET / А.В. Воробьев, Г.Р. Воробьева // Геомагнетизм и аэрономия. - 2018. - Т. 58, № 5. - С. 648-652. - DOI 10.1134/S0016794018050164.
7. Гвишиани А.Д. Геомагнетизм: от ядра Земли до Солнца // Геомагнетизм: от ядра Земли до Солнца - М.: РАН, 2019. - 186 с.: ил.
8. Козырева О.В., Пилипенко В.А., Добровольский М.Н., Зайцев А.Н., Маршалко Е.Е. База данных геомагнитных наблюдений в российской Арктике и ее использование для оценки воздействий космической погоды на технологические системы // Солнечно-земная физика. - 2022. -Т. 8, № 1. - С. 39-50. - DOI: 10.12737/szf-81202205.
9. Пилипенко В.А., Черников А.А., Соловьев А.А., Ягова Н.В., Сахаров Я.А., Кудин Д.В., Ко-старев Д.В., Козырева О.В., Воробьев А.В., Белов А.В. Влияние космической погоды на надежность функционирования транспортных систем на высоких широтах, Russian Journal of Earth Sciences. - 2023. - Т. 23. - ES2008. - DOI: 10.2205/2023ES000824.
ANALYSIS OF LATITUDE-DEPENDENT GEOMAGNETIC FIELD PARAMETERS
A.R. Ihsanova, Student
I.G. Khabibullin, Student
F.Z. Shafikova, Student
Ufa State Petroleum Technical University
(Russia, Ufa)
Abstract. The changes in magnetic variations associated with geomagnetic field declinations depending on latitude are considered. The regularities of changes in magnetic variations and magnetic field declinations depending on latitude are established, emphasizing the importance of taking into account the geographical location when analyzing geomagnetic characteristics. Polar zones are characterized by the greatest sensitivity to solar activity, which leads to sharp and unpredictable fluctuations in the magnetic field. On the other hand, moderate latitudes, having more stable magnetic conditions, show certain changes associated with long-term processes inside the Earth and external factors. The importance of taking into account changes in magnetic variations and declinations in navigation systems and other areas where the accuracy of direction is critical is emphasized.
Ключевые слова: геомагнитное поле; геомагнитные вариации; магнитное склонение.
