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Gli indici di attività geomagnetica sono parametri numerici aventi lo scopo di fornire informazioni globali e coincise sulle perturbazioni del campo magnetico terrestre in generale o su aspetti specifici ad esse associati.
Gli indici ufficialmente adottati dalla IAGA si possono dividere in due categorie:

  • indici che caratterizzano il livello di perturbazione planetario nel suo complesso, senza distinzione tra tipi diversi di perturbazione (a questa categoria appartengono gli indici K ed i suoi derivati),
  • indici che intendono caratterizzare un determinato fenomeno perturbativo (a questa categoria appartengono gli indici Dst ed AE).

Indice K

L’indice K fornisce una misura dell’attività geomagnetica originata dalla radiazione corpuscolare proveniente dal Sole dopo aver eliminato la variazione regolare diurna prodotta dalla radiazione solare elettromagnetica.
L’indice K è calcolato su  intervalli di tre ore; in una giornata ve ne sono quindi 8.
Per il computo si divide il giorno, secondo il tempo di Greenwich, in intervalli di tre ore e per ognuno di questi intervalli si misura il massimo scarto in nT dell’andamento effettivo delle componenti H e D rispetto all’andamento normale  dei giorni calmi proprio del mese e della fase del ciclo solare. L’indice K dell’intervallo triorario in esame è un numero compreso nell’intervallo [0, 9], definito secondo  una scala convenzionale che varia con la latitudine geomagnetica dell’osservatorio. Per l’osservatorio di L’Aquila (AQU) essa è la seguente:

Scarto in nT

0-4

4-8

8-16

16-30

30-50

50-85

85-140

140-230

230-350

>350

Indice K

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

indice k2

Nei due grafici è riportato l’andamento temporale (minuti) della componente H (espressa in nT) e della componente D (anch’essa espressa in nT) relative al 23/01/2004 con i relativi valori dell’indice K.

Indice planetario Kp

Un’indicazione del livello di disturbo geomagnetico su scala planetaria è fornito dall’indice Kp che è la media dei valori dell’indice K registrati presso 13 osservatori di riferimento. 

kp

Osservatori geomagnetici utilizzati per il calcolo dell’indice planetario Kp.

La scala è sempre da 0 a 9 ma ogni unità (ad eccezione dei estremi) è tripartita permettendo di avere così una scala discreta di 28 valori.
Questo indice viene utilizzato per una preliminare discriminazione dei giorni di quiete da quelli di disturbo. Nella figura riportata sotto è mostrato l’andamento dell’indice Kp relativamente all’anno 2003. Questo tipo di rappresentazione prende il nome di “diagramma musicale dell’indice Kp di Bartels”.  

kp2

L’indice Kp è stato introdotto come indice magnetico da Bartels nel 1949 ed è stato calcolato, fin da allora, presso l’Istituto di Geofisica dell’Università di Gottinga in Germania (Institut für Geophysik of Göttingen Universty, Germany). Nel 1951 è stato ufficialmente adottato come indice geomagnetico dalla IAGA. In questa occasione si è deciso di valutare la sequenza dei valori assunti dall’indice a partire dal 1932. Dall’indice Kp si derivano gli indici ap e Ap.

I dati relativi a tale indice possono essere scaricati al seguente indirizzo:
http://isgi.cetp.ipsl.fr/lesdonne.htm

Indice planetario aa

L’indice aa (espresso in nT) è il più semplice indice triorario tra tutti gli indici di attività geomagnetica globale. Infatti, viene calcolato a partire dai dati di soli due osservatori geomagnetici. Questi sono approssimativamente antipodali ed attualmente sono l’osservatorio di Hartland nel Regno Unito e Canberra in Australia.

aa

Osservatori geomagnetici utilizzati per il calcolo dell’indice aa.

Il vantaggio più importante che si ha dall’uso dell’indice aa per studi scientifici è che la sua serie temporale è la più lunga disponibile tra tutti gli indici planetari, infatti i primi valori risalgono al 1868.

aa2

I valori dell’indice aa possono essere richiesti a questo indirizzo: http://www.geomag.bgs.ac.uk/gifs/aaindex.html

Indici planetari ap e Ap

L’indice triorario ap e l’indice giornaliero Ap sono direttamente collegati all’indice Kp. Infatti, per poter ottenere una scala lineare dall’indice Kp, J. Bartels ha formulato la seguente tabella per derivare un indice triorario equivalente chiamato ap:

Kp

0+

1-

1+

2-

2+

3-

3+

4-

4+

ap

0

2

3

4

5

6

7

9

12

15

18

22

27

32

Kp

5-

5+

6-

6+

7-

7+

8-

8+

9-

ap

39

48

56

67

80

94

111

132

154

179

207

236

300

400

Secondo questa tabella, l’indice ap può essere considerato come l’intervallo in cui la più disturbata delle due componenti orizzontali, espressa in unità di 2 nT, varia ad una stazione a circa 50° di latitudine dipolare.
Ap è un indice giornaliero ottenuto dalla semplice media aritmetica degli otto valori di ap per ciascun giorno. I valori ufficiali di Ap (e di altri indici simili di attività geomagnetica come l’indice triorario Kp) sono calcolati dal “GeoForschungsZentrum Potsdam Adolf-Schmidt-Observatory for Geomagnetism”.

I valori dell’indice ap possono essere trovati al seguente indirizzo: ftp://ftp.gfz-potsdam.de/pub/home/obs/kp-ap/

Indici dell’elettrogetto aurorale

Gli indici dell’elettrogetto aurorale (AU, AL, AO ed AE) forniscono una misura quantitativa globale dell’attività magnetica nella zona aurorale prodotta dall’aumento delle correnti ionosferiche ivi presenti.
Questi indici sono calcolati a partire dalla variazione della componente H del campo magnetico rispetto all’andamento medio mensile registrate presso (10-13) osservatori di riferimento posizionati lungo la zona aurorale nell’emisfero nord.
In dettaglio:

AU (Auroral Upper) rappresenta, in ogni istante, il valore massimo della variazione della componente H del campo magnetico terrestre registrata presso gli osservatori di riferimento;

AL (Auroral Lower) rappresenta, in ogni istante, il valore minimo della variazione della componente H del campo magnetico terrestre registrata presso gli osservatori di riferimento;

AO= (AU + AL )/ 2;

AE= AU – AL. 

elettrogetto

Fisicamente:

AU è una misura dell’intensità dell’elettrogetto aurorale verso est (EEJ) il quale circola nel lato giorno dell’ovale aurorale ed è accoppiato con le correnti della magnetopausa. AU è una misura della risposta diretta della magnetosfera alle variazioni del mezzo interplanetario.

AL è una misura dell’intensità dell’elettrogetto aurorale verso ovest (WEJ). Quest’ultimo si intensifica nel corso delle sottotempeste e quindi AL costituisce un buon modo per seguire l’evoluzione di una sottotempesta.

AO fornisce una misura della corrente zonale equivalente.

AE riflette l’effetto integrato di differenti sistemi di correnti e quindi esprime l’attività dell’intero elettrogetto aurorale.

elettrgetto2

Elettrogetto aurorale verso est (EEJ) e verso Ovest (WEJ).

I valori al minuto degli indici dell’elettrogetto aurorale (AU, AL, AO ed AE) sono calcolati dal “Data Analysis Center for Geomagnetism and Spacemagnetism” WDC-C2, mentre grafici dettagliati e tabelle sono disponibili su una serie di libri pubblicati dal “World Data Center C2 for Geomagnetism”.

Indice Dst

L’indice Dst è una misura diretta della variazione della componente orizzontale (H) del campo magnetico terrestre dovuta alla corrente ad anello equatoriale.
Questo indice, calcolato con frequenza oraria, è ottenuto utilizzando 4 osservatori geomagnetici collocati sufficientemente lontano tanto dall’elettrogetto aurorale quanto da quello equatoriale.

dst

Osservatori geomagnetici utilizzati per il calcolo dell’indice Dst.

L’indice Dst monitorizza il livello di tempesta magnetica su scala globale, infatti a seconda del valore assunto dall’indice le tempeste geomagnetiche vengono catalogate in:  

Super tempeste

Dst < -200 nT

Tempeste intense

-200 nT < Dst < -100 nT

Tempeste moderate

-100 nT < Dst < -50 nT

Tempeste deboli

-50 nT < Dst < -30 nT

Sebbene l’indice Dst sia sempre stato considerato un indicatore dell’intensità della corrente ad anello, altre correnti quali la corrente della magnetopausa, la corrente ad anello parziale, la corrente trasversa alla coda e le correnti allineate al campo, posso contribuire a determinarne il valore. Per questo motivo, attualmente, l’indice Dst è considerato come una misura indiscriminata degli effetti prodotti da più sistemi di correnti che fluiscono sul piano equatoriale.

I dati orari relativi all’indice Dst sono disponibili a partire dal 1957 e possono essere scaricati al seguente indirizzo: http://www.ngdc.noaa.gov/stp/GEOMAG/dst.html

Nella seguente immagine è riportato l’andamento della registrazione della componente X del campo magnetico terrestre presso l’osservatorio di L’Aquila in occasione della tempesta super intensa avvenuta tra il 15 ed il 17 luglio del 2000 (per questo anche nota come tempesta della Bastiglia). Per capire come l’indice Dst ben descriva l’andamento di simili eventi, è riportato per confronto anche l’andamento dei valori orari dell’indce Dst nello stesso intervallo di tempo. 

dst2

Componente X del campo geomagnetico misurata presso l’osservatorio di L’Aquila (in blu) e indice Dst (in verde) durante la “tempesta della Bastiglia”.


 

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