Geofisica Coiombiana N° 5 p p , 32-39 diciembre de 2001 Bogota 0 C. ISSN - 0121 - 2974 Estudio de la vartacton solar quieta para el observatorio geomagnetico de Fuquene ROSA ANGELICA LAOINO PARRA Posgrado Gerencia de Recursos Naturales Facultad del Medio Ambiente - Universidad Distrital Francisco Jose de Caldas YAOUELINE FIGUEREDO BAez EMNA M,REVA VALO~S MENESES Departamento de Geociencias - Maestria en Geofisica - Universidad Nacional de Colombia RESUMEN El estudio realizado comprende el calculo y anal isis de la variaci6n solar quieta (Sq), para el Observatorio Geornagnetico de Fuquene a partir de las tres (3) componentes del campo magnetico terrestre (CMT): declinaci6n (D), componente horizontal (H) y componente vertical (2); de los cinco (5) dfas internacionaJmente quietos de cad a mes. El perfodo considerado esta entre ocrubre de 1953 y diciembre de 1994. La metodologfa desarrollada se basa en el analisis individual de cada dfa quieta mediante la aplicacion de una correcci6n por variaci6n no cfclica (CVNC) y su reduccion a un valor medio cero, realizando el respectivo analisis armonico hasta el grado 4. Posteriormente se aplic6 la correcci6n por achatarnienro y se reagrup6 la informaci6n en tres niveles de actividad solar: alta, media y baja (en funci6n del mimero de manchas solares); para cada una de elias se promediaron los arm6nicos por mes calendario, perrnitiendo un analisis de la rnodulacion estacional fundamentada en el criterio de promediaci6n de resultados de los meses (solsticio de verano: mayo - junio - julio - agosto; equinoccio: marzo - abril - septiembre - octubre; solsticio de invierno: noviembre - diciembre - enero - febrero). Como validacion, se realizaron comparaciones con el modelo de Wallace Campbell, estableciendose la diferencia de este modelo te6rico con la modelaci6n solar para la misrna selecci6n de dias. A partir de las comparaciones realizadas entre el modelo te6rico y el observado se obtuvo el maximo y minimo valor de Sq. Los resultados obtenidos son de utilidad para el mejorarniento de los modelos globales de variaciones regulares, variacion solar quieta (Sq) y modelo del campo geomagnetico internacional de referencia (lGRF). Adicionalrnente facilita la determinaci6n de modelos de propagaci6n ionosferica y propagaci6n de senales satelitales transionosfericas para sistemas de posicionamiento G.P.S. PALABRAS CLAVE' CAMPO MAGNETICO, VARIACION SOLAR QUIETA, VARIACION C!CLICA, ESTACION FUQUENE ABSTRACT This study contains the calculation and analysis of Solar Quiet Variation (Sq), for the Geomagnetic Observatory of Fiiquene in their three (3) components of Terrestrial Magnetic Field (CMT): Declination (D), Horizontal Component (H) and Vertical Component (2); of the five (5) internationally quite days of every month. The considered period is between October 1953 and December 1994. The developed methodology is based on the individual analysis of every day by means of the application of a Correction for non Cyclic Variation (CVNC) and its reduction to a value mean zero, carrying out the respective harmonic analysis until the degree 4. Later on the correction was applied by flattening and the information was regrouped in three levels of solar activity: hight, medium and low (in function of the number of sunspots); for each one of them the harmonics were averaged per month. The analysis of the seasonal modulation is based in the approach of average of results of the months (Solstice of Summer: May - June - Julio - August; Equinox: March - April - September - October; Solstice of Winter: November - December - January - February). As validation, they were carried out comparisons with Wallace Campbell's pattern, settling down this theoretical model's difference with the solar modelation for the same selection of days. Starting from the comparisons carried out among the theoretical pattern and the one observed it was obtained the maximum and minimum value of Sq. This results are useful for the improvement of the global models of regular variations, Quiet Solar Variation (Sq) and International Geomagnetic Reference Field (IGRF). Additionally it facilitates the determina- tion of models of ionosferic and transionosferic propagation for signs satelitales of position systems G.P.S. KEY WORDS: MAGNETIC FIELD, SOLAR QUIET VARIATION, CYCLIC VARIATION, FuaUENE's STATION INTRODUCCION tividad minima para los campos solar y terrestre. Su determinaci6n e da mediante la observaci6n del mimero de manchas solares y magnetogramas que reflejan cambios principalmente en perfodos de 24, L2, 8 y 6 horas. EI estudio de la variaci6n soLarquieta para Colombia contribuye al conocimiento general de Laactividad solar, permitiendo, principal mente, su uso en el estudio de Lapropagaci6n de las ondas transionosfericas EI registro diario de las variaciones geomagneticas sobre cualquier ubi- caci6n en el mundo muestra una serie de cambios irregulares en el cam- po magnetico terrestre (CMT), originados por las corrientes provenien- tes de la atm6sfera superior, la magnetosfera y la actividad del Sol. Dentro de estas variaciones se encuentra la solar quieta Sq, la cual se obtiene a partir del estudio y selecci6n de dias denominados quietos (Q) 0 de ac- 32 GEOFiSICA COLOMBIANA, 5, DICIi:MBRE DE 2001 ESTUDIO DE LA VARIACION SOLAR QUIETA PARA EL OBSERVATORIO GEOMACNETICO DE FUQUENE para el modelo electr6nico de la capa ionosferica yen la modulaci6n del CMT con respecto al ciclo solar. El presente articulo esta basado en el proyecto de grado realizado por las estudiantes Yaqueline Figueredo Baez, Rosa Angelica Ladino Parra y Emna Mireya Valdes Meneses de la Universidad Distrital Francisco Jose de Caldas, en convenio con ellnstituto Geografico Agustin Codazzi IGAC, y la Univer- sidad Nacional de la Plata Argentina. Este trabajo surge ante la necesidad de establecer el comportamiento del campo magnetico terrestre local en el nivel de actividad quieto a partir del procesamiento de datos obtenidos en el unico observatorio geomagnetico permanente del pais (Fiiquene). La incorporaci6n de est os resultados a model os intemacionales hacen parte del primer aporte de esta clase realizado en Colombia. GEN ERALIDADES La Tierra se comporta como un iman gigante que, al combinarse con la influencia de la actividad solar, genera una zona de afectaci6n directa conocida como CMT (campo magnetico terrestre). La intensidad del CMT es F (fuerza magnetica) de caracter vectorial y sus componentes sobre los ejes son XYZ; la direcci6n de H sefiala el norte magnetico, el angulo que forma esta direcci6n con el norte geogra- fico es D (la declinaci6n magnetica) y el angulo entre F y la horizontal es l Iel angulo de inclinaci6n) (Udias y Mezcua, 1986). (vease figura I). z Y' (Eslel x ------,>X D ( -\ I ~ f -- -~'--~H I Ir I I I I [Norte] Z (Nadir) Figura I. Componerues del CMT F=.JX2+y2+Z2 H =Jx2 +y2 Tg-' Y D - X Tg-1 Z I - H El CMT esta compuesto por un campo rnagnetico intemo y un campo magnetico externo que dependen directamente de las fuentes; un campo conical y un campo magnetico inducido (vease cuadro I). De igual manera, el CMT presenta variaciones de origen extemo e in- temo, perrnitiendo comprobar varios fenomenos ffsicos del intelior telTes- tre. Las variaciones externas se emplean para determinar la conductividad GeoFlslCA COLOMBIANA. 5, DICIEMBRE DE 2001 electrica de la corteza y manto terrestre a traves de los campos inducido e inductor, y las variaciones intemas perrniten describir los movirnientos del flujo de conveccion en el micleo, proporcionando informacion acerca del estado termico del manto y su composicion qufrnica (Ratcliffe, 1972). Las mediciones del CMT y sus componentes se hacen en observato- rios permanentes; sus variaciones temporales se registran en un punto fijo de la superficie terrestre, en forma absoluta a traves de las compo- nentes D,H,Z; mediante registros continuos de observaciones perma- nentes (vease figura 2), suministrando informaci6n mas precisa para la determinacion de los valores medios diarios, mensuales 0 anuales y la variacion secular. MAGNETDGRAMA OBSERVATDRlD DE FUQU[N[ (5"to.l 10 ....Mh Es ccto """("tical H 10 .-.T/(;li',J D lO ,.., 0' E,d'/c:l-" Z ~ ,.,1/,;:1\.. r ';> ,.l/<:h .. l7lJO --- '--- 16 ~ 00 ...-----...... --- ./~ i /"'"" '-- Hi 27"]70 100 Di o Zi 17080 33'3Do F 332JO 00 09 12 1503 06 18 Figura 2. Mag~elOgrama registrado en el Observatorio auto matico de Fuquene Estos observatorios se clasifican en convencionales, caracterizados por realizar un registro fotografico de las variaciones de las componentes, yen automaticos, que registran autornarica y digitalmente las cornponen- tes (Courtillot y Le Mouel, 1988). En 1948 el Instituto Geografico Agustin Codazzi se dio a la tarea de estudiar varios lugares que reunieran todos los requisitos indispensables para el establecirniento de un observatorio de esta indole, escogiendo la Isla El Santuario (sitio que actualmente ocupa). En la isla y en los alrede- dores de la laguna se hicieron observaciones de la declinacion con magnet6metros, y se concluyo la ausencia de anomalias magneticas locales (I) CUADRO I. FUENTES QUE AFECTAN EL CMT (2) Fuente Medio Fenemenns Accion -Transitorios Pulsaciones Bahias Tormentas Hicrornaqnetica Terrnlca Atmosfera lonizante Origen Externo Sol - Peri6dicos Magnet6sfera Variaci6n anual Onda de choque Cicio undecenal Variaci6n solar Atm6sfera Gravitacional Luna Variaci6n lunar Magnet6sfera Hidrotermica Tierra NOcleo Origen Interno Tierra Variaci6n secula Dinamo exterior (3) (4) 33 que pudieran perturbar los instrumentos (confirmado en 1995 por Ill.Uni- dad de Geoffsica del Instituto Geografico Agustin Codazzi). Localizacion geografica : Isla del Santuario en Ill.laguna de Fuquene, Cundinamarca, Colombia. Latitud Longitud Latitud geomagnetica Longitud geornagnctica Declinacion teorica: Altura : OS028 '12.044" N : 73°44'17.133" W : 16°.9 N (1997) : 355°.1 E (1997) : I°.0 (I 997) : 2 543 m.s.n.m. Tanto Ill. seleccion de Ill. isla, de 0,3 km2 de superficie, rodeada por una extension de 30 km2 de agua, como Ill. construccion de los edifi- cios, se hizo de tal manera que no se generan perturbaciones magneti- cas artificiales. Actualmente para el desarrollo del trabajo en el observatorio de Fiiquene se cuenta con: Magnetornetros de tipo convencional. • Magnetometros de precesion de protones (PPM) Variometros. Un observatorio magnetico automatico, Magnerometros horizontales de cuarzo (QHM). (Notas explicativas a Ill.carta geornagnetica para Ill.epoca I 958.5, IGAC, 1958). RELACIONES TERRESTRES SOLARES La relacion Tierra - Sol esta caracterizada por Ill.interaccion de fenornenos ffsicos y qufmicos provenientes del Sol y Ill.Tierra, y se desarrollan en Ill. region del espacio cercana a Ill.Tierra (entre 50 y 70 km sobre Ill.superficie terrestre) extendiendose a decenas de radios terrestres. Sus lfrnites estan entre Ill.materia solar y terrestre (vease figura 3). Dichas relaciones inclu- yen Ill.parte superior de Ill.atmosfera terrestre, Ill.parte exterior del campo geomagnetico y las emisiones solares que las afectan (Hargreaves, 1992). GEOESPACIO -. '''-'- .......... Atmosferil super ior e ionosfero Figura 3. Relaci6n Solar - Terrestre La actividad solar es Ill.principal fuente de variaciones en el CMT y, a su vez, es el indicador de Ill.actividad rnagnetica que puede ser analizada a partir de fenomenos que se desarrollan en Ill.estructura de Ill. superficie 34 LADINO ET AL. solar como son las manchas solares. Estas son areas oscuras sobre Ill.su- perficie del Sol, de 50 000 km de diametro; aparecen por parejas, tanto en el hemisferio norte como en el hemisferio sur. Por Ill.cantidad de manchas solares es posible medir el cicio de actividad solar que se determina por el numero de Wolf (R) (Hargreaves, 1992). R = k U+ 109) (5) f = numero de manchas observadas g = rnimero de regiones perturbadas 0 grupo de manchas k = constante dependiente del observatorio VARIACION SOLAR QUIETA SQ La determinacion de Sq es de importancia en Ill. correccion de levanta- mientos magneticos con fines prospectivos, ya sean globales, continenta- les, regionales 0 locales mediante el empleo de un modele maternatico en funcion de un analisis de los valores medios horarios, suministrados por los observatorios y el Centro Mundial de Datos. Sq es el cambio minima de la actividad magnetica observado en el tiempo y en un lugar determinado, producido por Ill. interaccion entre el Sol y Ill.Tierra a traves de la relacion viento solar-CMT. La interaccion se presenta en Ill.alta atmosfera a causa del f1uido de la corriente dfnamo en la region E de la ionosfera, provocada por la accion terrnica, ionizante y gravitatoria del Sol (Wallace y Matsushita, 1967). Los primeros reportes de variacion diaria quieta fueron hechos por Hellibran en 1634 al observar cuidadosamente el movimiento de la punta de una aguja rnagnetica larga. Sin embargo, la variacion fue verdadera- mente establecida cuando Graham (1724) hizo las primeras determina- ciones (calibradas) de los cambios minimos de la declinacion Sq (D). Gauss (1841) desarrollo el metodo mate matico para la separacion de las contri- buciones externas e internas del campo superficial por medio de un anali- sis armonico esferico. Existen muchos aspectos de los cambios de Sq que aun no son sufi- cientemente conocidos como para permitir una prediccion de los niveles de variacion del campo quieto en todas las posiciones mundiales, como por ejemplo la contribucion al campo Sq de las corrientes ionosfericas en las horas nocturnas. La opcion es recopilar, procesar y analizar los datos registrados por los observatorios permanentes. Ce t e c t e r i s t i c e s Las principales caracteristicas de la variacion solar quieta Sq son: Amplitudes bajas. Dependencia de la latitud, de los cambios estacionales y del nivel de actividad solar. Su comportamiento indica actividad magnetica minima. Sus valores minimos se presentan en horas de la noche a causa de la disminucion en la produce ion de electrones. Variacion de su comportamiento en amplitud y fase a traves del afio, principalmente por el movimiento de rotacion de la Tierra con respee- to al plano de la eclfptica solar y por la cantidad de partfculas que transporta el viento solar al interactuar con la magnetosfera. Sirnilitud en sus valores registrados por observatorios localizados a una misma latitud; por consiguiente, para un mejor analisis de su compor- tamiento, la superficie terrestre se ha dividido en cuatro zonas: ecuato- rial, latitudes medias, auroral y polar. GEOFiSICA COLOMBIANA, 5, QICIEMBAE DE 2001 ESTUDIO DE LA VARIACION SOLAR QUIETA PARA EL OBSERVATORIO GEOMAGNETICO DE FUQUENE Su comportamiento sobre la Tierra esta influido por el sistema de co- rrientes propias de la zona; por ejemplo, los observatorios localizados en el area ecuatorial estan afectados poria corriente anillo y el electrochorro ecuatorial. Presenta un maximo valor por el calentamiento solar durante horas de mayor iluminaci6n. • La linea base para determinar los cambios de Sq toma como referen- cia los valores registrados en la medianoche, ya que en este intervale de tiempo el proceso de ionizaci6n es minima porIa baja densidad de electrones, 10 que hace que la coniente electric a se acerque a cero (Wallace y Matsushita, 1967). Para la determinaci6n de Sq extemo en un observatorio, las manchas solares son el elemento que determina la influencia de la actividad solar, principalmente en la capa E de la ionosfera. En la actualidad este valor puede ser estimado por observaciones satelitales (Jacobs, 1987). La variabilidad dfa a dfa de Sq esta mas influida porIa cantidad de vientos generadores de la marea termica en la regi6n E de la ionosfera, que por los cambios que presenta el CMT (Jacobs, 1987). Identificaci6n de Sq Para determinar Sq se tienen como herramienta primaria los registros (magnetogramas) diarios de las tres componentes del CMT (H, D y Z) obtenidas en los observatorios permanentes. En los magneto gram as se puede observar que hay unos dfas mas perturbados que otros; a los menos perturbados se les denomina quietos y la variaci6n para estos dfas es Ilamada variaci6n solar quieta (Chapman y Lindzen, 1970). La selecci6n de dfas quietos intemacionales (IQ) se efectiia a partir de tres criterios aplicados a cada dfa de un mes calendario en funci6n de los Indices magneticos, Indice magnetico es un numero que representa la amplitud de un parametro 0 fen6meno ffsico en estudio, durante un intervale de tiem- po fijo acorde a las caracterfsticas constantes del fen6meno. Es necesa- rio mencionar que cada valor individual no remplaza el dato original (Menvielle y Berthelier, 1991) Los Indices magneticos tienen por objeto suministrar informaci6n del nivel de actividad geornagnetica y analizar los fen6menos presumiblemente unidos a el; por ejemplo, la estructura de la magnetosfera, la influencia del viento solar y el campo magnetico interplanetario (CMI). Los criterios para definir el dfa IQ son: 1. Suma de los 8 valores Kp. 8 LKp i~l 2. Suma de los cuadrados de los 8 valores Kp. ~ LKp2 ;~l 3. Determinaci6n del valor maximo Kp. {Kp;}; = 1,2, , V EI fndice Kp es el fndice que permite analizar la actividad rnagne- tica para una sola estaci6n 0 para la actividad solar terrestre total, con GEOFISICA COLOMBIANA, 5, DICIEMBRE DE 2001 la contribuci6n de los valores trihorarios de los observatorios; estos son adimensionales. Para la determinacion de sus valores a amplitu- des medias se asigna a cada fndice un nurnero denominado ak, para una sola estaci6n y ap para un conjunto de observaciones (Campbell y Matsushita, 1981). Estos criterios son asignados con igual peso. En un rnes, los dfas con el quinto mimero medio mas bajo son escogidos como dias quietos inter- nacionales, y aquellos con el quinto valor mas alto como los cinco dias perturbados intemacionales. En la actualidad los dfas son listados de acuer- do con el valor y la escala de quietud 0 perturbacion en un orden crono16gicamente ascendente. Teniendo en cuenta los tres criterios mencionados, los dfas de cada mes se ordenan en forma ascendente y los de Kp menor corresponden a los dfas quietos. Es necesario mencionar que el fndice Kp es adimensional. Para determinar su valor se hace uso del fndice ap, el cual es dimensional con rango de conversi6n anT; cada unidad de este equivale a 2 nT. Para elegir los cinco dfas intemacionales mas quietos se debe cum- plir, la siguiente relacion: [± ap ;] = Ap i~l 8 (9) Si su promedio es menor 0 igual a 6, se tiene con exactitud un dfa quieto. Despues de seleccionar los dfas Q, se organizan en una !ista con- form ada por cinco dfas calmados intemacionales para cada meso Estas listas son publicadas por la IAGA. Su importancia radica en que los usuarios en diferentes observatorios los emplean para analizar los da- tos y para comparar los resultados en estos dias predeterminados. A partir de estos datos se estima la variaci6n solar quieta en diferentes escalas de tiempo (mensual, semianual, anual y modulaci6n estacional) segun los requerimientos del estudio, para uno 0 varios observatorios, logrando asi concluir su respect iva representaci6n. (6) Representaci6n de Sq La variaci6n Sq se representa mediante expansi6n en arm6nicos esferi- cos de los 24 valores medios horarios de cada dia quieto registrados en el observatorio. En el analisis es necesario tener un conocimiento tanto de las caracterfsticas generales de Sq, como de la minimizaci6n de erro- res de los coeficientes en la serie de Fourier, con el prop6sito de esta- blecer los arm6nicos mas representativos del fen6meno. EI analisis arm6nico esferico se caracteriza por: 1. Requerir medidas espaciadas del campo de la Tierra sobre la super- ficie total de la esfera analizada. 2. Representar con las series una separaci6n de la funci6n del potencial magnetico terrestre entre la composici6n extema (superficie ionosferica) e intern a (inducida). EI proceso no s610 permite la construcci6n del sistema de conientes de la clinamo atmosferica, sino tambien del cam- po inducido de informaci6n de la conductibilidad terrestre (Chapman y Bartels, 1970). El proceso de representar una funci6n en la forma de ondas seno se (7) (8) 35 denomina analisis arm6nico, y los factores an y bn se denominan coefi- cientes arm6nicos. La representaci6n es unica y para cada funci6n le co- rresponde un solo conjunto de amplitudes cn y fases (n. (Chapman y Bartels, L970). Los terrninos de ampLitudes (en) y fase «n) de los coeficientes, se representan de Laforma: c, = ~a,~ + b,; bll Ell = arctg an Se representan graficamente mediante el dial arm6nico (vease fi- gura 4), donde an es medido ascendentemente y bn a Laderecha en un sistema de coordenadas. Cad a componente peri6dica es asociada con un punto P y con las coordenadas an, bn. EI vector desde eLorigen al punto tiene la longitud (amplitud, (n), con valores para an, bn de: an CII * serub , C; * COS ¢IIbn EI analisis de las componentes de Fourier proporciona el valor de las variaciones anual y semianual, originados por el calentamiento terrestre; la ionizaci6n durante la trayectoria anual alrededor del Sol; la interacci6n de la magnetosfera terrestre con el viento solar, y efectos asociados con el viento solar y cicio solar de II afios (Chapman y Bartels, 1970). ....., .£0!f I ~/ ..,i c In/ / "/' -'\-./ in I --f--....t::..------L-....,..---...;;.~ bn bn Figura 4. Propiedades de un dial arrnonico para la onda seuo, an cos nt + bn sene nt = en seno (nt + (n). METODOLOGIA RECOLECCION DE LA INFORMACION EI Observatorio Geornagnetico de Fiiquene registra los valores hora- rios de las componentes del CMT H, D YZ, que son recolectados porIa Unidad de Geoffsica del lnstituto Geografico Agustin Codazzi, pre- sentados en archivos ffsicos. ELABORACION DE LA BASE DE DA TOS Se introdujeron los 25 valores medios horarios en tiempo universal (TU) 36 LADING ET AL. de cada dia quieto (Q), suministrado por el World Data Center y el primer valor medio horario del dia siguiente. (10) CORRECCION DE LOS VALORES MEDIOS HORARIOS POR EL EFECTO NO cicuco (CVNC) Debido a que el CMT varia al finalizar cada dia, se hace necesario corregir la sefial por esta variaci6n, mediante el empleo de la siguien- te formula: (II) CVNC(j) = [ Ed252~ Ed!] * j J = Cada una de las 24 horas 1, 2, ...,24 Ed25= Valor medio horario de la hora 0-1 del dia siguiente Edl = Valor medio horario de la hora 0-1 del dia Q EI valor medio obtenido se reparte a Los24 valores medios horarios del dia Q. (13) (12) ECj Ec j = Ed j - CVNC i : j = 1,2, ...,2 (14) Valor medio horario corregido por el efecto de variacion no cfclica. CENTRAR LOS VALORES MEDIOS HORARIOS A UN NIVEL CERO Se centran los valores medios horarios a un nivel cero para que los datos puedan ser comparados con los datos obtenidos por el modelos de Wallace Campbell. Centrar los valores al nivel cero permitira un mejor manejo de estes y su correspondiente anal isis. ~ 24 Ec(j) EpI-- i=\ 24 (15) ~ 0 E j = Ec j - Ep (16) Ep = Promedio de los 24 valores medios horarios del dia Q AOE j = Valor medio horario centrado en ceros CLASIFICACION DE NIVELES DE ACTIVIDAD MAGNETICA Se determinaron tres niveles de actividad (alta, media y baja) basados en el mimero de manchas solares (R) 0 mimero de Wolf calculado y suministrado por el World Data Center asi: • Nivel de actividad baja 0 ( R ( 40 • Nivel de actividad alta R ( 100 Nivel de actividad media 40 ( R ( 100 Los archivos de cada componente fueron fragmentados de acuerdo con el mimero de manchas solares. METODO DE ANAL/SIS ARMONICO DIARIO Se realiz6 el analisis arm6nico clasico del dia Q corregido por varia- ci6n no cfclica, deterrninandose los componentes arm6nicos hasta e) orden n = 4. GEOFlslCA COLOMBIANA, 5, DICIEMBAF DE 2001 ESTUDIO DE LA VARIACION SOLAR QUIETA PARA EL OBSERVATORIO GEOMAGNETICO DE FUQUENE a" 24 * L Ec(t) COS(W" * t) 1 12 27m W" 24 b" 1 24 * L Ec(t)sen(wn * t) 12 Fue necesario emplear un program a de analisis armonico que se apli- co a cada dia Q en particular elaborado en QBASIC denominado ARMONICO.BAS, obteniendo para cad a dia cuatro (4) coeficientes armonicos an y cuatro (4) coeficientes bn. Se promediaron los coeficientes armonicos en cad a nivel de activi- dad solar en funcion del mes y quedando en archivo de 12 filas (por cada mes) y 8 columnas que representan los 8 coeficientes. Cada coefi- ciente an y bn se corrigi6 por el efecto achatamiento (Vease cuadro 2). CUADRO 2. CONSTANTES APLICABLES A LA CORREccrON POREFECTO DE ACHATAMIENTO Armonica No. Periodo(horas) Kn (radianes) 1 24 1.002862 2 12 1011515 3 8 1026172 4 G 1047198 K" [:) Sen [ : ) * a" • K "b * • K Coeficientes corregidos /I hn n A partir de los coeficientes an* y bn* corregidos por el efecto acha- tamiento, se determina su amplitud y fase: I * 2 * 2C, = -Va" + b" Amplitud lPlI b* arctg -b-~'-Fase II Estos se graficaron en los diales arrnonicos para su respectivo analisis en funci6n del nivel de actividad solar. Se utilizaron coeficientes Fourier de grado 1,2,3 Y 4 porque repre- sentan adecuadamente la variacion diaria quieta de fOlTI1areal; estes se ajustan mejor debido a que las principales caracteristicas de Sq se ob- servan en el perfodo diurno reflejado en el primer armonico. GEOFISICA COlOMB1ANA, 5, DICIEMBRE DE 2001 (17) SlNTESIS ARMONICA DEL DlA Q A partir de los 8 valores promedio en cada nivel de actividad, se realiz6 el calculo de la variacion solar quieta, Sq, empleando el programa SINTE- SIS. BAS, elaborado en QBASIC, suministrado por la Universidad Na- cional de La Plata, empleando la formula: (18) 4 27m 27m SqE(t) = L a,'l cos -- t + b,: sen --t 11=1 24 24 = 1,2, 24 (21 ) E(t) = Para la declinaci6n, componente vertical 0 horizontal, obte- niendo asi la Sq observada para cada mes y nivel de actividad solar. ( 19) CALCULO DE LA VARIACION SOLAR QUIETA SQ TEORICA EMPLEANDO EL METODO DE WALLACE CAMPBELL Para calcular la Sq teorica se emple6 un modelo definido por Wallace Campbell que tuvo como punto de referencia los tres aries de minima actividad magnetic a (1961, 1962 Y 1963). Este consiste en un modelo idealizado calculado a partir de un analisis armonico de grado 4 en funcion de la latitud, longitud, altura de la estaci6n, y de una correla- ci6n con el IGRF y las amplitudes de los armonicos. Se utiliz6 el programa WDCA-SQ2.EXE elaborado en FORTRAN (Sfntesis del campo del modelo global Fourier con el modelo de super- ficie magnetica WDCA-CAMPBELL para condiciones extremadamente quietas) proporcionado por el World Data Center y modificado por el Departamento de Magnetismo Terrestre de la Universidad Nacional de La Plata (Argentina), cuyos datos de entra- da a! programa (vease cuadro 3) son las coordenadas de la estacion y las fechas en que se desea calcular la Sq te6rica. Este modelo se caracteriza por no tener incorporada la actividad solar en cada uno de los resultados, convirtiendose asf en el mejor parametro de comparacion con el modelo calculado (Sq observada) a partir de los datos registrados en el Observa- torio Magnetico de Fuquene, CUADRO 3. ESQUEMA DE ENTRADA DE DATOS AL PROGRA~·IA nombre componenle lalilud • longilud tiempo universal intervalo 30 minulos HB 52812044 286.558286 2 30 Dia mes ann 1 1 1976 2 1 1976 9 1 1976 26 1 1976 28 1 1976 (20) El programa genera el valor de la Sq para las componentes (H, D, Z, X, Y) en Gammas; la Sq observada en la componente D se obtuvo en minutos, por 10cua! se hizo necesario convertir la Sq teorica en la com- ponente D a minutos, mediante la formula: 37 D -I= tg y X La Sq te6rica es un modelo de resultados generado por el programa WDCA-SQ2.EXE despues de una selecci6n de datos requeridos y orde- nados de tal forma que permitan una facil rnanipulacion. CORRELACION DE RESULTADOS Se procedio al correspondiente analisis mediante cornparacion de los resultados obtenidos a partir de los datos observados y de los resulta- dos generados por el programa WDCA - SQ2.EXE (WALLACE CAMPBELL). Esta comparacion se realiz6 sobre las bases de datos y graficas generadas. RESULTADOS Y CONCLUSIONES Los resultados obtenidos se generaron teniendo en cuenta: 1. El analisis de la variacion solar quieta Sq observada y la variaci6n solar quieta Sq teorica en los tres niveles de actividad solar (alta, me- dia, baja) de los perfodos mensuales para las tres componentes del CMT (H, D, Z). 2. El analisis de la modulaci6n estacional de Sq (equinoccio, solsticio de invierno, solsticio de verano). 3. EI analisis de la variaci6n Sq resultante de la diferencia en- tre la Sq te6rica y la Sq observada. 4. El dial armonico, las amplitudes y fases de los armonicos ge- neradores de Sq, dando lugar a las siguientes conclusiones: La obtencion de la variac ion solar quieta Sq para Fuquenc asf como para otros observatorios magneticos en el mundo no repre- senta un verdadero nivel quieto, porque ante todo la Tierra siem- pre esta afectada por perturbaciones (internas y extemas), asf como por su constante movimiento, impidiendo que se obtenga un ver- dadero modelo de quietud. Aunque Fiiquene se caracteriza por estar ubicado en una zona aislada de anomalfas locales, por el rigor en la toma de datos y por su perrnanencia en el tiempo. La obtencion de la variacion solar quieta Sq mediante el me- todo de analisis arrnonico esferico para el Observatorio Geomagnetico de Fiiquene permitio llegar a un valor exento de una serie de perturbaciones y efectos planetarios globales, ya que se ernpleo una sola latitud en el analisis (S028 ,44") para reducirlo a un valor afectado por perturbaciones caractensticas de la regi6n como el electrochorro ecuatorial y la corriente anillo. Los valores medios horarios observados en las tres componen- tes del campo rnagnetico terrestre se yen afectados por variaciones reflejadas en las diferencias de valor en los interval os 0-1 y 23-24 de un mismo dfa, indicando el efecto de corrientes de la zona y variacion del CMT; al emplear la CYNC se redujo a su minima valor el efecto de la corriente anillo en Sq, en la componente H. Se determine la Sq mensual y estacional porque son perfodos representativos de la actividad solar, a fin de obtener un compor- tarniento general y no particular, debido a que este ultimo limita el analisis a Ia obtencion de un valor. En la componente Z, la Sq obtenida se ve alterada debido a la presencia de corrientes inducidas del campo intemo, siendo proba- 38 LAOINO ET AL. (22) blemente la principal fuente de error en el analisis (manto superior y carac- terfsticas geoI6gicas). EI minimo rango de la corriente Sq se presento en diciembre y ene- ro para los niveles de actividad alta y baja. El maximo valor de la variaci6n solar quieta se da en horas de la tarde, indicando que en este intervalo la actividad solar tiene su mayor efecto. Fuquene presenta su maxima variacion estacional durante el equi- noccio, con un valor maximo de 38 gammas y minima de 2 gammas para las cornponentes H y Z. Excepto la componente Z, en elnivel de activi- dad bajo, tiene su maxima variacion en el solsticio de invierno con una amplitud de 2.7 gammas. Al emplear el analisis Fourier se logro obtener la variaci6n anual y semianual de Sq representada en los coeficientes (al,bl) y (a2,b2), asi como los cambios en amplitud y fase para los meses por separado en el Observatorio Geornagnetico de Fuquene en las tres componentes (H, D, Z) del campo rnagnetico terrestre. Al final aparece la representaci6n grafica del comportamiento de la variaci6n solar quieta Sq, para las componente magnetic as H, D y Z en los niveles de actividad alta, media y baja para el Observatorio Geornagnetico de Fuquene (veanse figuras 5, 6 Y 7). RELACION Sq (OeSERVAOD,· TEORICAj COM PONENTE H B.l.JA ACTNIDAD MES DE DICIEM BRE 1353,83 ·1994.99 VALORES M EOIDS HORARIOS EN r.u. R ELACION Sq (OBSE RVAOA . TeORICA) COM PONENTE H ALTA ,ll,CTNDAD MES DE DICIEM BRE 1953,83·1934,33 VALORESM"DlDS HORARIDS ENT.U RELACIQrl Sq (OB$ EFiVA[I/I.· TEORICAlCOM POtlENTE H M ED\lJ. ACTIVICI'\O MES DE DICIE MBRE 1353,83·1994,99 .,.;- VALORES M EOIDS HDRARIOS EN t.u ~-Sq OBSERVADA --SqTEORICA ....... Sq OBSERVAOA· $qTEdRICA Figura 5. Graficos de la variaci6n solar quieta Sq para la cornponente rnagnetica H en los niveles de actividad alta, media y baja para el Observatorio Geornagnetico de Fiiquene GEOFislCA COLOMBIANA, 5, DICIEMot=lE DE 2001 ESTUDIO DE LA VARIACION SOLAR QUIETA PARA EL OBSERVATORIO GEOMAGNETICO DE FUQUENE REl,l,CIOtl Sq (OBSERlJ,I,OA. TEORICl.ICOMPOIIENTE 0 II EDA AcrNIOAO ME S DE DICIEIJBRl: 19~3.U .199~.99 ~ \j---o;-~o:-::::'r':-.--;'~~:-;--t:-:-:--~c-:-:~h,...,..,..~ i sc VALORESMEOIOS HORP.RIOS EtlT.U RElACIONSq[OBSEFN~D,I,·TEORICJ\)COMPONElHEOBAJ"''''CTIVIe-.O MESOE OICIEMBRE1953,&3·1994,W >n.LDRESIlEllOSHORARIOSHIT U RELAClOfISq(OBSERVA[\l!. TEORlCAjCOMPONENTEOALTA ACTPJIDAOMES DE OCIEMBRE1953.SS·1994,99 V,o,LORESMEDIOS HORARIOSENT,U. _SqOeSER\'ADA ~-SqTEORICA - Sq OeSERVADA· SqTEORCA Figura 6. Graficos de la variaci6n so- lar quieta Sq para la componente mag- netica D en los niveles de actividad alta, media y baja para el Observatorio Geomagnetico de Fuquene Figura 7. Graficos de la variaci6n so- lar quieta Sq para la cornponente mag- netica Z en los niveles de actividad alta, media y baja para el Ob servatorio Geomagnetico de Fuquene GEOFf SICA COLOMBIANA, 5, OICIEMBRE DE 2001 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS CHAPMAN, S" and BARTELS, J, 1940: Geomagnetism Analysis of the Data and Physical Theories: Oxford at the Clarendon Press, 2, 545-603, 606-637, 639- 668,669-681,684-697,699-794 CHAPMAN, S" and LINDZEN, R. 1970: Atmospheric Tides: Reidel Publishing Com- pany, 1, 1-23,24-44,66-104,106-171 COURTtLLOT,Y., and LE MOUEL, L. 1988: Time Variations of the Earth's Magnetic Field: Reviews Earth Planet, 16,389-473, HARGREAVES,1. 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