지자기지수

지자기지수는 지구 자기권에 발생한 전류 때문에 유발된 지자기의 변화를 지상에서 측정하기 위해 고안된 지수이다. 태양으로부터 방출된 하전 입자나 지구 자기권 내부의 변화로 지구 주변에 전류가 발생되면 지상에서는 지자기가 변화한다. 지자기 지수는 이런 변화를 지속적으로 감시하고 원인을 연구하기 위해 고안되었다. 지자기 지수는 지구 내부의 원인에 의해 형성된 지구자기장을 제거하고 태양활동에 의한 변동값을 표현한 값이다.

지자기 변화를 관측하는 관측소의 위치, 지자기 변화 표현 방법에 따라 구별되는 여러가지 지자기지수가 있다. K 지수는 각 지자기 관측소별로 매일 3시간 평균해서 얻은 지자기 변화량을 10가지로 구분하여 표시하는 지수이다. Kp 지수는 미리 정해진 10여개의 관측소에서 측정한 K 지수의 평균값을 세분해서 표시한 것이다. aa 지수는 지자기 위도 @@NAMATH_INLINE@@\pm@@NAMATH_INLINE@@50° 근처에서 측정된 자기기 변화를 평균하여 진폭으로 표준화한 지수이다. AE 지수는 오로라 제트전류(auroral electrojet)에 의한 지자기 지수로 배경 지자기장에서부터의 최대 변화량을 나타낸다. ak 지수는 지자기 관측 네트워크에 참여하고 있는 특정 관측소(k로 표시)의 매 3시간 평균 지자기활동을 나타내는 평균 지수로서 지자기장 수평성분의 변화를 나타낸다. am 지수는 북반구 및 남반구에 위치하는 23개의 지자기 관측소로부터 계산된 표준화된 K 지수에 기초한 지자기 활동의 3시간 평균 지수이다. ap 지수는 전 지구 지자기 관측 네트워크에 참여하고 있는 지자기 위도 46°와 60° 사이에 위치한 11개 북반구 관측소와 2개 남반구 관측소에서 산출된 K 지수에 기초한 지자기 활동의 3시간 평균 지수이다. Dst 지수는 적도 부근에서 발생되는 환전류에 의한 지자기장 변화를 나타내는 지수로서 적도 부근 지자기 관측소에서 관측한 수평성분(H)의 1시간 평균값이다.

목차

각각의 지자기 관측소에서 결정된 일간 배경 지자기장(지자기적으로 조용한 날)로부터 산출된 지자기 활동의 3시간 평균 준 대수 지수이다. 각 관측소는 지자기 변화량을 미리 설정된 준대수 척도(quasi-logarithmic scale)와 비교하여 0에서 9 사이의 값을 부여한다. 이때 모든 관측소가 동일한 K 지수 분포를 갖도록 각 관측소마다 고유의 눈금 조정용 척도를 가지고 있다. 이 척도는 지자기 위도가 높을수록 그 값이 커진다. 예를 들면, K=9에 대한 최대섭동은 적도 근처의 Honolulu 관측소에서 300 nT, 극 근처의 Godhavn 관측소에서는 1500 nT이다. 한편 전세계 실시간 지자기 관측소 네트워크(INTERMAGNET, )에 참여하고 있는 청양 지자기 관측소에서는 하한값이 약 300 nT이다. 각 지자기 관측소의 K 지수는 세계시를 기준으로 0시부터 매 3시간 동안에 나타난 수평성분 H와 D 성분의 변화량 중에서 큰 쪽을 택하여 결정된다.

그림 1. Kp 지수 산출 지자기 관측소()

Kp 지수는 근 지구 우주에서 전 지구 자기장 교란을 나타내는 대표적 지수이다. Kp 지수라는 이름은 행성지수(planetary index)라는 의미의 독일어 'Planetarische Kennziffer'에서 유래했다. 미리 정해진 11 혹은 13개 관측소(위도 44~60° 사이에 분포)에서 얻어진 가중치가 반영된 K 값의 평균값이다. 일변화 및 계절변화와 같은 장기간 변화를 보정한 지자기폭풍에 의한 지자기 변화를 기초로 한다. 0(very quiet)~9(very disturbed) 사이의 K 지수를 28개의 1/3의 배수(0, 1/3, 2/3, , , , , 9)로 환산하여 0ο, 0+, 1-, 1ο, 1+, 2-, 2ο, 2+, , , , 8ο, 8+, 8-, 9ο로 표현된다. 예측된 Kp 지수는 NOAA 에서 거의 실시간으로 제공되고 있다. 공식 3시간 평균 전 지구 지자기 지수는 사후에 독일의 지구과학 연구센터() 연구소에서 계산되어 발표된다. 북반구에 위치한 13개 지자기 관측소로부터 관측된 K 지수로부터 산출된다. 1932년 이후로 산출되어 왔고 ap 지수 산출에 이용된다. 최대 ap 지수값으로 400이 사용되고 있으나 처음 어떠한 기준으로 ap 척도가 작성되었는지는 분명하지 않다. ap와 Kp 사이에는 다음과 같은 환산관계가 있다. NOAA에서 운영하는 데이터 센터() 에서도 ap, Kp지수를 다운로드할 수 있다.

전 지구 지수 로그 척도인 K 지수에서 유도된 지자기 지수로서 지자기 위도 @@NAMATH_INLINE@@\pm@@NAMATH_INLINE@@50° 근처에서 측정된 지자기 변화를 선형 척도인 진폭으로 표준화한 3시간 평균 전지구 지자기 지수(3-hourly equivalent 'a'mplitude 'a'ntipodal index)이다. 다른 지자기 지수에 비해서 오랜 기간동안 산출되어 와서 1868년부터 자료가 제공되고 있다. 산출 기간 동안 관측소가 바뀌었지만 표준화 계수를 사용하여 균일한 수준의 지수 자료를 제공하고 있다. aa 지수를 포함한 지자기 지수 정의에 대한 설명은 프랑스에서 운영하고 있는 국제 지자기 지수 서비스 센터() 를 참조하면 된다. 일평균 aa 지수는 Aa 지수로 불리운다.

그림 2. aa 지수 산출 지자기 관측소()

오로라 제트전류(auroral electrojet)에 의한 지자기 지수로 배경 지자기장에서 최대 변화량을 나타낸다. 고위도 지자기 관측소의 관측 자료로부터 다음과 같은 과정으로 세계표준시를 기준으로 발표된다. AU(upper)지수는 지자기 활동이 조용한 상태로부터 최대 양의 변동값, AL(lower) 지수는 최대 음의 변동값을 나타낸다. AE 지수는 AE = AU – AL로 정의된다. AO 지수는 AU와 AL의 평균값을 나타낸다(AO = 1/2(AU + AL)). 일본 교토 대학 부설 지자기 세계자료 센터()에서 실시간으로 지수가 제공되고 있다.

지자기 관측 네트워크에 참여하고 있는 특정 관측소(k로 표시)의 매 3시간 평균 지자기활동을 나타내는 평균 지수로서 지자기장의 수평성분의 변화를 나타낸다. ak 지수는 3시간 K 지수와 다음과 같은 환산관계를 가지고 있다.

NOAA에서 이 변환값을 운영 목적으로 직접 사용하고 있다. 그러나 nT의 단위로 ak 변환은 관측소 위치에 따라 변환 척도가 다르기 때문에 K=9에 해당하는 250 nT를 하한값을 정하고 있다. 예를 들면 Boulder와 Fredericksburg에서는 K=9에 해당하는 하한값은 500 nT이다. factor가 2가 되기 때문에 이 관측소에 대한 ak 지수값은 2 nT 단위로 정해진다. 즉 Boulder와 Fredericksburg에서 nT 단위로 평균 지수를 얻기 위해서는 지수값이 2배가 되어야 한다. Ak 지수는 3시간 평균 ak 지수(하루에 8회의 ak 지수)의 일평균값이다. 한편 An 지수는 지자기 관측소 네트워크에 참여하고 있는 북반구에 위치한 지자기 관측소에서 얻어진 일평균 Ak 지수이다.

북반구 및 남반구에 위치하는 23개의 지자기 관측소로부터 계산된 표준화된 K 지수에 기초한 지자기 활동의 3시간 평균 지수이다. 각각의 반구에서 측정한 a 지수를 an(amplitude north)와 as(amplitude south)라고 하고 am 지수의 m은 평균(mean)을 의미한다. 프랑스의 lnstitut de Physique du Globe de Paris의 연구소에서 산출하여 제공하고 있다. am 지수는 1 nT로 제공된다. Am 지수는 am 지수의 일평균값이다.

전 지구 지자기 관측 네트워크에 참여하고 있는 지자기 위도 46°와 60° 사이에 위치한 11개 북반구 관측소와 2개 남반구 관측소에서 산출된 K 지수에 기초한 지자기 활동의 3시간 평균 지수이다. 독일의 lnstitut fur Geophysik at Gottingen 연구소에서 산출하여 제공하고 있다. ap 지수는 2 nT 단위로 제공된다. Ap 지수는 8회의 ap 지수의 일평균값이다. 그러나 매일 사용을 위해 NOAA/SWPC는 몇 몇 지자기 관측소에서 거의 실시간으로 측정된 지자기장을 이용하여 Ap 지수를 예측한다. 실시간 관측소의 지수는 과거 관측 자료에 기초하여 공식 Kp 및 Ap 지수 산출에 이용된다. 예측된 Ap 지수는 NOAA의 일간 및 주간 지구자기장 활동 보고서에 활용된다.

그림 3. 지자기폭풍과 Dst 지수(출처: 오수연/천문학회) 지자기폭풍시 발달한 환전류에 의해서 지자기 수평성분(H 성분)이 감소하여 Dst지수가 음의 값을 갖게 된다.

적도 부근에서 발생되는 환전류에 의한 지자기장 변화를 나타내는 지수이다. 1964년 M. Sugiura는 지자기폭풍시 발달하는 환전류를 추정하기 위해서 Dst 지수(D=disturbance, st=storm time)를 도입하였다. 적도 부근의 지자기 관측소에서 관측한 수평성분(H)의 1시간 평균값이다. 주어진 시간에 Dst 지수는 모든 경도에 걸친 변화의 평균값을 나타낸다. 기준값은 전지구적으로 정해진 정온일에 통계적으로 0으로 결정되어 있다. -50 nT보다 작은 지수값은 지자기폭풍의 교란, -200 nT보다 작은 지수값은 중위도 오로라와 관련되어 있다. Dst 지수는 AE 지수와 함께 교토대학 에서 실시간으로 제공되고 있다.