Geomagneettinen aktiivisuusennuste - taustaa- English

Kokeellinen ennustusmenetelmä perustuu reaaliaikaisiin aurinkotuulihavaintoihin ja Maan magneettikentän mittauksiin.

Aurinkotuulihavainnot

Yhdysvaltalainen ACE-satelliitti (Advanced Composition Explorer) havaitsee aurinkotuulta Lagrange 1-pisteessä Maan ja Auringon välisellä akselilla noin 1.5 miljoonan km etäisyydellä Maasta. Ennustepalvelussa käytetään ACEn reaaliaikaisia mittaustuloksia, jotka välittää Yhdysvaltain Avaruussään ennustuskeskus (NOAA/Space Weather Prediction Center). Käytämme seuraavien suureiden minuuttiarvoja, joista lasketaan viimeisimmän tunnin keskiarvo: aurinkotuulen magneettikentän pohjoiskomponentti (IMF Bz), nopeus ja protonien lukumäärätiheys. Aktiivisuustasoa luonnehditaan seuraavan taulukon mukaisesti:

aktiivisuuden kuvaus % IMF Bz (nT) nopeus (km/s) tiheys (1/cm3)
hyvin korkea 2.8 -7.8 677 18.7
korkea 14.6 -3.6 544 9.3
kohonnut 40.5 -1.3 401 4.1
rauhallinen 42.1 yli -1.3 alle 401 alle 4.1

Luokittelu on yksinkertaistus magneettikentän vaihteluvälille yllä käytetystä taulukosta. Suureiden rajat on määritetty vuosien 1996-2008 aurinkotuulidatasta. Esimerkki: jos nopeuden tuntikeskiarvo on 500 km/s, niin aktiivisuus on kohonnut. Huomautus: vain negatiiviset magneettikentän arvot viittaavat aktiiviseen tilanteeseen eli kaikki positiiviset Bz-arvot vastaavat rauhallista tilannetta.

Koska ennuste laaaditaan automaattisesti reaaliaikaisen datan avulla, niin kaikkia virheellisiä mittausarvoja ei välttämättä saada poistettua. Viimeisimmän tunnin ajalta ei myöskään välttämättä ole saatavissa kaikkia 60 minuuttiarvoa.

Maanpinnan magneettikenttä

Havaintoaineistona on muutaman IMAGE-magnetometriaseman reaaliaikainen mittaus. Aktiivisuusmittarina on magneettikentän pohjoiskomponentin (BX) vaihteluväli (RX), joka määritellään yhtälöllä RX = max(BX)-min(BX), ja ilmaistaan nanotesloina. Ennustepalvelussa RX lasketaan yhden tunnin mittaisille jaksoille.

Magneettisen aktiivisuuden luonnehdintaan sovelletaan NOAAn magneettisten myrskyjen asteikkoa. Alkuperäinen määritelmä liittyy magneettisen 3-tuntisen indeksin Kp esiintymisjakaumaan 11-vuotisen auringonpilkkujakson aikana. Tällöin saadaan seuraava taulukko eri aktiivisuusskaalojen esiintymisestä:

skaala kuvaus lukumäärä %
G5 extreme 4 0.012
G4 severe 100 0.31
G3 strong 200 0.62
G2 moderate 600 1.9
G1 minor 1700 5.3
G0+ active 3000 9.3
G0 unsettled 13000 40.5
G0- quiet 13516 42.1

Kokonaislukumääränä on 11 vuoden aikana esiintyvien 3 tunnin jaksojen lukumäärä 32120. NOAAn määritelmä sisältää skaalat G1-G5, joiden jatkeeksi on määritelty vähemmän aktiiviset luokat (G0-, G0, G0+). Näiden valintojen mukaan noin 8% kaikista tapahtumista on myrskyjä. Prosentuaalisen jakauman perusteella on määritetty eri asemille RX-rajat, joiden avulla tapahtumat jaetaan eri luokkiin. Rajat vaihtelevat siten, että samansuuruinen häiriö nanotesloina mitattuna voi saada Etelä-Suomessa korkeamman aktiivisuusluokituksen kuin Pohjois-Suomessa.

Seuraavan tunnin magneettisen aktiivisuustason (RX) ennuste perustuu aurinkotuulen magneettikentän ja nopeuden keskiarvoihin viimeisimmän tunnin aikana. Näiden tilastollinen yhteys magneettikentän vaihteluväliin voidaan arvioida vuosien 1996-2008 mittausaineiston avulla. Ennuste ilmaisee rajat, joiden välissä RX on seuraavan tunnin aikana 90% todennäköisyydellä. Tilastojen mukaan RX on ollut 5% tapauksista annetun alarajan alapuolella ja vastaavasti 5% tapauksista annetun ylärajan yläpuolella.

Muutama tulkintaohje

Ennuste laaditaan automaattisesti, joten ongelmat mittausaineistossa tai datansiirrossa voivat johtaa ennusteen puuttumiseen tai virheellisyyteen. Selvät virheet havainnoissa pyritään poistamaan automaattisesti, mutta niitä voi silti jäädä jonkin verran jäljelle. Yleissääntö on, että aktiivisen aurinkotuulen aikana myös maanpinnan magneettikenttä vaihtelee paljon. Kentän vaihtelu on yleensä suurempaa yöllä kuin päivällä. Pohjoisessa (Kilpisjärvi) vaihtelu on tyypillisesti suurempaa kuin eteläisillä asemilla (Nurmijärvi ja Hankasalmi).

Aurinkotuulen suureista merkittävin on magneettikentän pohjoiskomponentti (IMF Bz). Magneettiset myrskyt esiintyvät pääasiassa silloin, kun IMF Bz on riittävän negatiivinen. Myös aurinkotuulen nopeus on silloin yleensä suuri, mutta tiheyden merkitys on vähäisempi.

Lähiajan ennuste englanniksi ja suomeksi

Tutustu myös revontulipalveluun: AurorasNow!

Palaute: ari.viljanen (at) fmi.fi