科学家开发出预测地磁暴新技术

地球磁场从一个磁极延伸到另一个磁极，并且受到太阳风的强烈影响。这种“风”是从太阳表面不断发出的带电粒子流。太阳耀斑会向“风”中释放更多的粒子。有时耀斑伴随着日冕物质抛射，将等离子体送入太空。

由此产生的带电粒子流从太阳传播到地球数百万公里。当它们到达地球时，粒子会破坏地球的磁场。结果可能是美好的，但也是毁灭性的:极光和地磁风暴。这些风暴非常严重，会干扰许多重要技术，包括全球定位系统信号和卫星通信。它们还会对电网造成损害。太阳活动看起来是随机的，这使得人类很难预测这些风暴。

在《混沌》杂志中，隶属于美国物理联合会出版集团的一份杂志，由德国波茨坦气候影响研究所领导的一个欧洲小组Reik Donner报道了一种分析磁场数据的新方法，这种方法可以提供更好的磁暴短期预测。这种新方法所依赖的技术最初是为失衡的系统开发的。地球磁场符合这种模式，因为它被太阳风驱动而失去平衡。偏离的系统通常会经历剧烈的变化，例如从静止状态到风暴的突然转变。

研究人员使用每小时扰动风暴实时指数(Dst指数)。该指数提供了地球磁场水平分量与正常值的平均偏差。当大规模的带电粒子爆发从太阳到达地球并削弱地球磁场时，就会发生这种偏离。Dst值形成一个称为时间序列的数字串。随后，时间序列数据可以被重建成二维或三维图像。

研究人员利用重建的数据创建了称为递归图的图形。递归图是通常不均匀分布在图上的一系列点。作者利用资料分析了2001年发生的两次磁暴。它起源于太阳风暴前两天的大规模太阳耀斑。

研究人员使用了一种叫做递归定量分析的方法来确认这些递归图中的长对角线表示更可预测的地磁行为。这种方法特别适用于区分不同类型的地磁扰动。最新的技术使研究人员能够以以前无法达到的精确度来描述这些差异。(宗华)

相关论文信息:DOI: 10.1063/1.5024792

中国科学新闻(2018-09-04第二版国际版)