北极光“社交网络”揭示：真实的磁暴规模！华威大学一项新研究显示，由北极光等现象引起的磁场干扰可以通过地面仪器组成的“社交网络”来追踪。由哥伦比亚大学物理系桑德拉·查普曼教授领导的研究人员，首次将来自100多个地面磁力仪观测结果定性为一个时变定向连接网络。使用与研究社交网络相同的数学方法来监测地磁亚暴的发展。当磁力计看到传播扰动的相同信号时，它们会互相“交朋友”。
这项发表在《地球物理研究快报》(Geophysical research Letters)上的研究为开发更精确的亚暴模型提供了机会，并帮助了解太空天气对电力和通讯系统的影响。当来自太阳的带电粒子轰击地球磁场时，就会产生北极光。它像电池一样储存能量，然后释放出来，在电离层中产生大规模的电流，在地面上产生磁场扰动。这些子磁暴的小版本很常见，但偶尔会发生更大磁暴，可以有更大的影响。
研究人员使用由杰斯珀·杰罗耶夫(Jesper Gjerloev)博士领导的“超级磁强计计划”(SuperMAG Initiative)的100多个磁力计，利用网络科学中的数学概念来监测北极极光区域亚暴的发展。随着亚暴的发展和电离层中电流的增加，单个磁力仪将记录磁场的变化。当测量值相互关联时，成对的磁力仪就会连接起来，从而扩大了它们的“朋友”网络，让研究人员能够监控来自亚暴的极光干扰是如何形成和传播的，以及传播的速度有多快。来自北极光亚暴在大气中产生电流，并在地面产生回声，地球磁场的局部变化会破坏电力线
电子和通信系统以及GPS等技术，它们只是一种持续影响地球的太空天气。华威大学物理系桑德拉·查普曼教授说：当谈论太空天气时，提供一个数字或评级来表明天气有多严重是很有用的。要做到这一点，需要捕捉事件的强度、空间分布和变化速度的全部行为。目标是利用网络科学来开发有用的参数来做到这一点，封装来自100多个观察的所有信息。利用超磁强计，量化了亚暴电离层电流系统的时空演化，首次利用这些数据构造了动态有向网络。
如果在两个磁强计站观测到矢量磁场扰动之间的正则交叉相关(CCC)超过阈值，则它们形成网络连接。CCC值最大时滞决定了网络连接捕获结构的传播或扩展方向。如果空间相关性反映电离层电流模式，则网络特性可以测试演化亚暴电流系统的不同模型。根据夜间地面站的覆盖范围选择了86个孤立的亚暴，发现并得到了经典子风暴楔流(SCW)形成的时间序列。在SCW向西扩张后，可以看到一个当前系统在午夜前，随后向东扩张的信号减弱，最后，有证据表明亚暴增强对流。
博科园｜研究/来自：华威大学
参考期刊《地球物理研究快报》
DOI: 10.1029/2019GL082824
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