GB／T 41214-2021  空间环境(自然和人工) 地磁活动的预报方法

5.4.2Kp指数（行星性3h范围指数）

5.4.3ZKp指数（行星性日范围指数）

2Kp是行星性日范围指数，是每天8个Kp值的和

2Kp是行星性日范围指数电缆标准，是每天8个Kp值的和

5.4.4ap指数（等效行星性3h幅度指数）

地磁扰动的测量单位为纳特斯拉（nT），Kp指数与地磁扰动间并不是线性关系，相反，引入的ap指 数与地磁扰动大致成正相关关系，一个ap单位大约对应于2nT的地磁变化。 推导：ap指数直接通过Kp转换得到，转换表见表3。 见参考文献[12]、[37]和[42]

表3Kp指数和ap指数转换表

5.4.5Ap指数（等效行星性日幅度指数）

Ap指数通过计算每天(UT)8个ap指数的平均值获得，每天(UT)一个值，

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5.5 aa指数(共轭振幅指数）

aa指数是一个简单的描述全球地磁活动的指数，该指数能连续追溯到1868年。 推导：aa指数由K指数产生，K指数由位于英国和澳大利亚两个近似于磁共轭点的地磁观测站测 得。观测站信息见表4。两个观测站测得的K指数通过转换表转换回振幅，见表5。aa指数通过南北 两个观测站的振幅加入加权因子入后平均计算得到，见表4。 见参考文献[36]。

表4位于英国和澳大利亚的计算aa指数的观测站

表5K指数与振幅转换

5.6Dst指数（暴时扰动指数）

Dst指数是H分量在地面上沿地磁赤道的轴对称部分的测量值，其主要物理源是赤道环电流、等 离子体片电流和磁层顶电流的组合。 推导：Dst指数定义为表6中列出的4个观测站测得的H分量扰动变化D：（i=1～4)的平均值除 以各观测站偶极子纬度余弦（归一化到偶极子赤道)的平均值。Dst指数每小时一个值。 见参考文献[54]和[55]。

表6计算Dst指数的4个观测台站

和SYM指数（中纬度扰

中低纬度地区的磁场扰动一般不是轴对称的，特别是在磁暴的发展阶段。为了描述中纬度地区非

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表7计算ASY/SYM指数的6个观测台站

5.8AU、AL、AE和AO指数（极光电集流指数）

极光电集流指数用于描述极光电集流强度，由AU、AL、AE和AO四个指数组成。其中，AU和 AL指数分别表示东向和西向的最强电集流强度，AE指数代表电集流的整体状态，AO指数提供了等 效带状电流的测量。 推导：极光电集流指数由位于北半球极光区的12个观测站（见表8)观测的H分量的地磁变化得 到。AU和AL指数分别定义为地磁场选定的最大值和最小值。按世界时把磁场变化曲线重叠画在一 起，曲线的上、下包络线分别是AU和AL指数，用AU减去AL得到AE指数，AU、AL的平均值为 AO指数，即(AU+AL)/2。 见参考文献[171和[301

算极光电集流指数的12个观测站和停用的3个

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表9计算am指数的观测站（续）

PC指数是描述极盖区地磁活动的指数，极盖区的地磁活动由地球效应行星际电场驱动行星际磁 场和太阳风变化引起。利用靠近北极或南极的单一观测站（见表10)计算出PCN(北部)或PCS(南部） 指数，指数单位为纳特斯拉（nT），时间分辨率为1min。 推导：PC指数由2个极盖区观测站的水平磁场H分量和D分量的偏差计算得出，计算方法见参 考文献。 见参考文献[61]、[62]和[63]

表10计算PC指数的观测站

准导和时间分辨率上的时间延迟（不同级别数据

在实际使用中，上面提及的一 一些指数有不同的操作使用级别（次级）。对于推导出的准实时数据，采 用不同的命名规则，用以区分原始数据， 有实时（快视）Dst、临时Dst和最终Dst：也有研

究尝试增加指数的时间分辨率（见参考文献[68)，见附录A。

地磁指数预报的准确性和预报方法取决于预报的时间尺度。6.2～6.4介绍了几种现有 法，这些方法主要基于三种预报时间尺度：短期预报（1h至数天）；中期预报（数周至数月）； （半年至一个太阳活动周）。其中一些预报方法已经在使用，并在网站发布预报结果，见附录B

在空间天气发展计划的推动下，出现了很多预报1h到数天地磁指数的预报方法和论文。这 可以分为四种类型：（1)线性或非线性预报；（2)机器学习；（3)利用太阳风数据进行概率预报；（4） 型（MHD模拟等。大多数预报方法需要实时的太阳风参数和准实时的地磁观测作为输人。根 表面的观测预报太阳风扰动可是改善地磁指数预报的一个关键因素。 预报举例： Kp，ap和Ap指数： ·类型（1)见参考文献[40]、[51]； ·类型（2)见参考文献[6]、[7]、[14]、[16]、[21]、[57]、[59]、[65]和[66]; ·类型（3)见参考文献[50]、[69]； ·类型（4)见参考文献[25]。 Dst指数： ·类型（1)见参考文献[9]、[13]、[18]、[24]和[27]; ·类型（2)见参考文献[33]、[49]和[53] · 类型（3)见参考文献[15]、[45]、[47]、[58]、[60]和[64]; · 类型（4见参考文献[23]、L28]。 AE指数： · 类型（1)见参考文献[27]、[32]和[34] 类型（2)见参考文献[5]、[46]和[56]； · 类型（3)见参考文献[32]； 类型（4)见参考文献[311、[38]

7.2基于统计模型的预报方法

7.2.1线性或非线性预报

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线性或非线性预报方法采用前一个相似长的时间（或更长时间)间隔的数据来预报下一周期内 预报精度一般取决于最近的数据与所预报的时间之间的时间差。有两种类型的预报方法，一种 个时间间隔的数据作为输人（见参考文献[67])；另一种使用太阳风参数作为输入（见参考 8]、[24]、[27]、[32]、[34]、「41]和[51]],

有一些神经网络模型和深度学习模型适用于数天至一个太阳黑子活动周的时间尺度的预报。其 中，行星际磁场和太阳风等离子体数据是这些模型的重要输人参数（见参考文献[5]、[6]、[7]、［49] 57][59].[65]和[66]]

这种预报方法是基于地磁扰动的11年（太阳黑子周期）、1年或半年的周期性变化来预报地磁扰动 的变化（见参考文献[29]、[64]和[70]）。地磁长周期（1年10年)预报需要太阳黑子数的预报值（见参 考文献[717)。用于预报F10.7和地磁Ap指数的类似技术也可用（见参考文献[44]和[60])。

7.3基于物理原理的预报方法

这种预报方法是基于磁层动力学过程或能量原理的MHD数值模拟，需要用太阳风参数作为输人 （见参考文献[15]、[25]、[28]、[31]和[38])。

太阳黑子极大和极小期间的预报精度不同，不同太阳活动周的预报精度也不同（见参考文献[71])， 不同时间尺度的预报精度也不同。因此，预报效果评估应与其所适用的评估条件一一对应 宜使用技巧评分来评估预报结果。在二分量预报中，常用的技巧评分有：真技巧评分、Gilbert技巧 平分、Heidke技巧评分和其他一些技巧评分（见参考文献[21]）。对于持续变量预报结果的评估，可以 使用均方误差技巧评分（见参考文献[43]）。这些技巧评分的详细介绍见附录C。 使用技巧评分方法对预报Dst指数的各种模型的 行的评估见参考文献[481

预报原理和预报方法应简明、清晰。它们应作为科学文章在专业期刊发表或进行同行审查，文章中 参考的文献应向公众提供。预报方法应易获取，并获得同行认可，

地磁指数预报结果应公开可 果感兴趣的个人或机构）进行评估和应用。 预报结果应与通用的地磁指数的数 如世界数据中心（WDC）的交换格式。

预报有关的信息应详细记录，以便查看。 a）输人： 1）数据类型； 2） 数据源； 3） 数据的时间分辨率； 4) 数据点数； 5） 数据采集时间。 b) 输出： 预报数据类型； 2 预报数据的时间； 3） 预报制作时间。 C 其他： 1）预报方法类型（从第6章所列的四类预报方法中选择，否则应进行简要描述）； 2）联系点。

发布地磁指数时，应对预报结果进行评估。评估方式包括第8章中描述的预报误差、技巧评分、 关系数等。

预报结果应存档，供公众使用和评估。

文件涉及领域相关的有用的学术文献已经出版征

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C.1列出了公式(C.1)公式(C.5)中使用的列联

附录C （资料性） 不同种类技巧评分定义

表C.1预报结果和观测结果比较的列联表

真技巧评分（T）定义为：

Gilbert技巧评分(G)定义为：

ke技巧评分（H）定义为

均方误差技巧评分（S)定义为：

输电线路标准规范范本式中： E—均方误差； f.第i次预报值； T; 第i次观测值； T —第1~n次观测值的平均值。

式中： E——均方误差； f:—第i次预报值； 一第i次观测值； T 第1～n次观测值的平均值

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与本文件领域相关的有用文献（本文件未引用

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