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K9LA关于传播的纯理论文章----K指数和A指数的由来 [复制链接]

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离线BH4SRC
 
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只看楼主 倒序阅读 0楼 发表于: 2014-04-15
— 本帖被 BA7IO 执行加亮操作(2014-04-16) —
响应院长号召,单独一篇单独发帖

K指数和A指数是两个已知参数,用于预测高纬度电离层对传播的影响(美国国家标准和技术院电台WWV每个整点后18分钟会播报这两个指数的值)。下面我们就来深入研究下K指数和A指数,以便更好的理解这两个传播参数。


我们先从K指数说起,K指数是地球磁场相对平静状况下3小时的磁场变化值。K指数的值用磁力计测量,单位是毫伏特斯拉(nT)。表一给出了nT和在中纬度地区博尔多的磁力计测量的K指数值之间的对应关系


如果我们用nT对应范围的中值给nTK指数值画一条对应关系图,则可以得到如图一所示的图



需要注意的是nT的值以对数比例表示的,图中的曲线是一条近似的直线。由于其并不是一条直线,因此我们认为K指数值具有准对数性。
在谈论下个话提前,注意下这个说明。就是每个测量台都有自己的nTK指数值的缩放比例,这么做是为了让每个测量台K指数值能够表示相同程度的磁场扰动。对于某个给定的扰动,地球磁场的扰动在高纬度地区的变化值最大。因此位于阿拉斯加的学院台测量的K指数值为9时,对应的磁场变化值要大于2500nT;而位于低纬度地区苏门答腊的凯珀台测到的K指数值为9时,其对应的磁场变化值则为略大于300nT。这两个值可以和位于中纬度地区博尔多台测得K指数值为9时对应的磁场变化值做个比较,见表一。

我们来看看磁力计的记录值,也叫做磁强记录图,看看K指数值是如何确定的。图2是博尔多站2003416日的磁强记录图的快照。(感谢美国国家大洋和气候管理局空间环境中心的克里斯托弗.鲍尔奇博士提供)。


图中上部的实线表示的是磁场的H成分,即磁场水平矢量成分的变化。实线下方的点线表示的是地球磁场处于平静日时的H分量典型值曲线。

图中下部的实线表示的是磁场的D分量,即磁场的磁偏角值的变化。和这条实线几乎重复的点线,表示的是地球磁场平静日时的D分量典型值曲线。

计算任意一个3小时时间段的K值,首先要找出该时间段对应的于地球平静日曲线的H分量和D分量的最大正偏离和负偏离值。然后每个分量的最大偏离值被相加计算出各个分量的最大扰动值。具有最大扰动值得分量决定该时间段的K值。以图2中的1200-1500UTC时间段举例来说,D分量相对于平静日曲线具有最大偏离值,只要把平静日曲线的H分量值和平静日典型图叠加就能看出,H分量的变化值没有D分量的变化值大。

1350UTC时间点的D分量正偏离值是35nT,而1440UTC时间点的最大负偏离值是-10nT。因此最大扰动值是35nT--10nT=45nT。查询表一得知,该3小时时间段的K指数值是4,这就是博尔德台播报的K指数值。使用同样的方法,可以得出其它73小时时间段的K指数值。需要注意的是磁强图测量的是和地球磁场平静日典型值之间的偏离值,而不是磁强的实际绝对值。

至此,我们得出了一天中的8K指数值,并计算出一天的平均值。由于K指数值具有对数特性,数学上我们不能把8K指数值相加后除以8得到一天的平均值。为了计算平均值,我们需要具有线性特点的指数值。此时A指数来了。

表二列出了K指数和a指数的对应关系(小a指数对应着某个3小时时段的值,大A则指的是每天的平均值)

此时,我们再画一条nT值和a值得对应关系图,可以得到图3

注意,此时的nT值和a值是通过线性表述画出的图,因此画出的曲线是一条直线。也就是说3小时时间段的a指数值(对应的A值)是线性的值。 现在我们可以简单的相加3小时时间段的a指数值,然后除以8得到日平均值---A指数值。把这个方法应用于全球各地的台站,得到日平均行星A指数值,Ap。基于同样的办法,用全球各地台站的数据也可以算出3小时时间段行星K指数值,Kp。 好了,至此我们知道了K指数值和A指数值的由来,它们又是如何和HF和VHF频段的传播状况联系起来的呢?通常来说,当K指数和A指数变高时:

1. 高纬度地区的E层电离加剧(VHF爱好者喜欢这个状况)
2. 极光椭圆区或其附近区域D层吸收增加(不利于传播)
3. 位于中纬度和高纬度地区的F层电离通常会减弱(不利于传播)
4. 根据地球磁暴形成方式不同,有时低纬度和中纬度地区的F层电离会增加。(有利于传播)

在某个特定的传播路径上,上述几种情况发生的程度是很难确定的。这要依赖于地球磁暴自身、传播路径所处的地磁纬度、太阳活动活动的程度、季节以及传播路径所处的时间节点。W6ELProp和ICEPAC传播预测软件都可以通过输入K指数值对某个活跃的地磁活动的影响进行广泛的评估。

最后一个需要提及的“问题”是,K指数、a指数及A指数都是通过测量到E层的高度的电波得出的,也就是这些参数并不能给出F层高度的任何预测。此外,由于A指数值是8个K指数值的平均值,当8个3小时段a指数值中的1个或者2个出现峰值时,那么日平均A指数值可能不会反映出来,尽管峰值已经对当时的电离层构成影响。大家可以看A指数值预测传播,但是它不能对短期事件的影响进行预测。这个“问题”曾在2002年的CQ WPX CW比赛中的10米波段发生过,具体详情请参阅CQ杂志2003年3月刊。

就这些了,至此你应该已经完全理解了K指数和A指数的由来。

[ 此帖被BH4SRC在2014-04-15 19:00重新编辑 ]
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只看该作者 1楼 发表于: 2014-04-15
楼主好人,收藏细读了

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只看该作者 2楼 发表于: 2014-04-17
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只看该作者 5楼 发表于: 2014-04-18
最后一个需要提及的“问题”是,K指数、a指数及A指数都是通过测量到E层的高度的电波得出的,也就是这些参数并不能给出F层高度的任何预测。

这一句没有理解透,翻译的有问题。

原文是:

"One last ‘problem’ should be mentioned. The K index and thus the a and A indices are measurements of currents flowing at E region altitudes. Thus they don’t really give us any indication of what’s going on at F region altitudes."

就这个问题,给Carl 邮件询问了他如何理解这句,他的回复如下:


1. what is the relation between K & A indices and the currents flowing at inosphere's E region.

The higher the K and A indices, the higher the currents in the E region. I don't think I've ever seen actual values in terms of amperes, but my guess is that data is out there somewhere.

通过他的回复,好像他对这个问题也不能很好的解释出来。结合他的回复,这一段要表达的意思应该是:

K,a,还有A指数,是E区域高度里的电流强度的测量手段。即这些指数的值越大,那么E区域里的电流值越大。这些指数值 对F区域里面的发生的什么状况是无法做出预测的。



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只看该作者 6楼 发表于: 2015-03-18
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[图片] (2014-04-18 09:25) 

这个图没看懂,解说下哈?
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