磁暴是指当太阳表面活动旺盛时,其中的带电粒子(质子、电子)形成的电流冲击地球磁场,并引发短波通讯的事件,是一种涉及全球范围的地磁扰动现象,是一种重要的磁扰变化类型(张素琴等,2010)。自1722年格雷厄姆第一次观测到磁暴变化至今近300年来,磁暴不仅是地磁和空间物理学中的挑战性课题之一,也是地球物理学界的热门话题之一(刘连光,2008)。磁暴是空间环境扰动的主要现象之一,不仅可以造成空间灾害,还会造成地面一些技术系统故障(李志刚等,2005)。磁暴事件对高压直流输电、埋地电网、空间环境以及航空航天、国防等具有重要影响,地磁监测作为地震监测预报的重要手段之一,可及时提供磁暴事件发生的时间和过程,为相关部门提供重要的业务辅助功能,而磁暴事件简报则是在磁暴事件发生后,将磁暴过程的详细参数、预测指标等以报告形式产出。
人类认识地震的重要依据之一是地震科学数据,其多元、交叉、综合化汇聚与应用,不仅可以保障地震系统业务的顺利开展,也是推动地震科学事业创新发展的基石(谢有顺等,2017)。地震科学数据种类繁多,涉及领域宽广,是国家地球科学信息资源的基本组成部分,是国家可持续发展的重要资源之一,也是国民经济快速发展的重要保障之一,地震科学数据共享具有重大的社会效益和经济效益(刘瑞丰等,2007)。借助于中国地震局“十五”数字化改造和中国地震数字台网建设,国家地磁台网对全国数字化运行的地磁记录仪器即时的更新和完善,基本满足用户需求的地震数据管理与服务。磁暴具有变化幅度大、形态复杂的形态学特点,也有全球同步性好、持续时间长的特征(徐文耀,2009)。地磁观测数据具有较强的相关性和同步性(陈传华等,2018),因此,在磁暴事件发生时,可通过全国范围的地磁仪器产出观测数据。基于Datist数据专家软件设计的磁暴事件简报智能化数据产出系统,依托于中国地磁台网数据资源,生成更加直观的图文报表,充分展示数据的科学内涵。磁暴事件简报为地震预报、科学研究等提供资料服务,更好地向行业内外以及公众提供真实有效的数据服务。
1 系统实现及特点基于Datist数据专家软件平台,该智能化系统具有获取数据、清洗、整合、汇总、分析、成图、推送等功能,深挖数据可用性,完成磁暴事件简报编写,采集数据经产品化,以多种形式向业务人员和公众及时推送。系统工作流程见图 1。
基于Datist数据专家实现的磁暴事件简报智能化数据产出系统,后期操作简便,易于配置,功能明了完善,适用性强,可根据不同需求加强部分定制功能,充分实现数据的共享利用。同时,该系统通过读取地磁台网数据库台站基础信息,统计记录磁暴的仪器信息,并进行清洗、筛选、整合处理。产品的形成不仅减轻了业务人员的工作量,也充分发挥了数字化的优越性,降低出错率的同时,进一步提升了工作效率、数据利用率,为广大用户提供了数据产品支撑。
2 软件功能与应用 2.1 地磁台网仪器统计磁暴发生后,通过磁暴事件智能化程序对地磁台网数据库数据进行读取、整理、清洗与统计,得到磁暴事件起止时间和磁暴强度,统计磁暴期内在线运行仪器,并进行分类统计、筛选,可简化磁暴事件报告的编写难度,提高工作效率。
2.2 自动绘制K指数及Dst指数图以2019年5月14—15日磁暴为例,对满洲里台(MZL)、红山台(LYH)、湖北应城台(WHN)、泉州台(QZH)等4个台站在磁暴期内数据进行筛选统计,得到最大扰动时段的K指数值、Dst指数极值以及Kp指数极值,绘制磁暴扰动最大的台站在磁暴期内K指数变化以及磁暴近2天内Dst指数图,结果见图 2。通过自动绘制K指数和Dst指数图,并在Dst指数图中将2天内Dst的最小值以三角形符号标出,在图形内用数字标注Dst值,在K指数图中将K值以颜色区分,并将K≥5的值在柱状图上方标出,方便观察数据变化趋势,反映空间环境变化,及时发现异常数据,以便迅速做出判断。
磁暴事件在地磁水平分量上引起的扰动最为强烈,扰动幅度大小与记录磁暴的地磁台站所处纬度以及与太阳的相对位置(也就是地方时)有关。选定东半球空间环境地基综合监测子午链(简称子午工程)部分台站,以东经120°子午线附近满洲里台(MZL)、红山台(LYH)、湖北应城台(WHN)、泉州台(QZH)作为代表台站,磁暴发生后,读取4个台站的地磁D、H、Z三分量数据,自动绘制磁暴期分量变化图,同时产出磁暴详细参数表,包括台站代码、仪器型号、磁暴起止时间、活动强度、最大扰动K指数、三分量最大扰动值等参数,结果见图 3。通过绘制的图表,向用户直观显示地磁数据变化趋势、数据异常及极值等参数的变动,提供直接可用参数,进而可显著提高工作效率。
在磁暴发生之后,系统读取地磁台网运行仪器记录数据,得到磁暴事件的详细参数,将全国台站记录的D、H、Z三分量数据以点大小和颜色的形式展示在地图上,以地图形式将磁暴强度展示出来,实现磁暴数据中国地图可视化,通过地理位置和磁暴参数2个变量,以可视化形式展现二者之间存在的关联,直观显示扰动幅度大小与地磁台站位置和太阳相对位置的关系。通过全国磁暴日D、H、Z分量最大变幅分布,将本次磁暴对不同地区的影响强度关系更直观地表现出来,见图 4。
基于Datist数据专家的磁暴事件智能化产出系统具有较高的可视化、可编辑、可定制等特性,通过自动推送,可以将信息及时、准确、规范地推送到需求者手中,使之及时了解更新、更准的数据变化和信息,从容应对,及时做出相应决策。通过磁暴事件简报智能化系统,对磁暴数据进行清洗、整合、分析、绘制、推送,使得磁暴事件简报更具时效性和可靠性,对保证资料的规范性等具有借鉴意义。我们将根据需要,不断适应现代社会信息化、智能化、大数据的未来发展方向,以及用户需求、反馈和软件更迭等信息,进一步完善系统在数据收集、图件绘制和分析处理方面的能力。
陈传华, 赵银刚, 张素琴, 等. Datist数据专家在地磁仪器时间检查中的应用[C]//中国地震学会地震电磁学专业委员会2018年学术研讨会暨地震电磁探测新技术进展与应用研讨会论文摘要集.北京: 中国地震学会地震电磁学专业委员会, 2018.
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