Magnetometer in Stockholm / Analysemethoden

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Robert Wagner
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Magnetometer in Stockholm / Analysemethoden

Beitrag von Robert Wagner » 10. Jan 2017, 10:33

Hallo,

über die Weihnachtstage habe ich bei mir zuhause in Stockholm ein SAM-Magnetometer in Betrieb nehmen können. Man kann die Magnetogramme, Alarmstatus, etc. hier abrufen: http://se.gner.cc/sam/ und das Magnetometer twittert auch Alarme ab etwa K5 unter @Viby_Magmeter (Irrtümer vorbehalten natürlich! Alles noch in der Entwicklungsphase)

Derzeit werden nur die horizontalen Magnetfeldkomponenten gemessen. Zudem sind die Sensoren derzeit noch wenig temperaturstabilisiert, weswegen die Plots oft einen temperatur-abhängigen Tagesgang zeigen. In den nächsten Wochen werde ich einen Sensor für die z-Komponente des Magnetfelds installieren, Thermometer einbauen, und mich dabei dann auch um die Isolierung kümmern.

Aber der eigentliche Grund meines Postings: Ich habe im Rahmen der Inbetriebnahme die Analysekette für das Magnetometer von Grund auf (in python) neu geschrieben. Derzeit bin ich dabei, mir Analysemethoden im Hinblick auf effiziente und frühzeitige Polarlichtalarme zu überlegen und möchte Euch fragen, was Ihr von der ersten/zweiten Ableitung eines Magnetogramms nach der Zeit haltet. Ich zeige Euch hier mal einen K4-Ausschlag vom 7.1.2017 (ganzes Magnetogram: http://se.gner.cc/sam/database/20170107):
4-hrs.png
und hier die erste Ableitung:
4-hrs-derivative.png
Einheit: nT/10 min, damit kann man die Werte ganz gut einordnen. Mit einem Cut auf dB/dt > 300 (nT/10min) oder so könnte man damit fallendes Bx oder By ganz gut früh erkennen.
Ich habe auch man angefangen, mit d2B/dt2 zu spielen; die Pfeile zeigen die Stellen an, an denen die zweite Ableitung gross ist. Ggf. könnte man damit auch erkennen, wenn eine erste steigende Flanke abflacht, d.h. noch von dem "Absturz" von sagen wir Bx Alarm schlagen.

Was meint ihr, ist das vielversprechend, sollte man in die Richtung weiterdenken? Ggf. auch auf Kiruna-Daten oder andere Magnetometer anwenden?

Viele Grüße aus dem Norden,
Robert
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AndreP
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Re: Magnetometer in Stockholm / Analysemethoden

Beitrag von AndreP » 31. Jan 2017, 07:52

Hallo Robert,

die gleichen Gedankengänge hatte ich mir auch mal gemacht, und bin sogar auf ein interval von 1 minute herunter, um einen beginnenden Substurm noch früher einordnen zu können. Dabei leite ich allerdings vom höchsten und tiefsten Wert des Intervalls ab.

Das Problem ist, zuverlässig an Daten zu kommen. Das IRF liefert beispielsweise sekündliche Daten, aber leider erst mit Zeitverzögerung.
Sollten deine Daten sekündlich zur Verfügung stehen (wenn auch in 1-Minuten-Intervallen aktualisiert), kann man die Funktionen noch verfeinern, und ich würde mich gerne an der Auswertung und möglichen Modellen beteiligen, da mir die aktuellen Now-Cast-Alarmierung für Nordlichter zu träge sind.

Auch das TGO liefert Daten in Ascii, aber nur nach vorheriger Genehmigung. Soweit hatte ich das dann aber nicht verfolgt.

Interessant finde ich auch die Auswertung der Y-Komponente, bezüglich der Uhrzeit und dem Standort des Substurms, wenn man Magnetometer vergleicht. Eventuell kann man je nach Lage bereits frühzeitig an den anderen Magnetometern mit Ost/West-Verschiebung in abhängigkeit der Y-Komponente einen Zusammenhang erkennen, und das in den NowCast mit einfliessen lassen.

Aber was bei allem fehlt: Zeit ;)

Wenn Du Deine Daten in Ascii auf einen Server lädst, hätte ich gerne die URL.

Viele Grüße und Hej då! ---> Bin Anfang März wieder in Västernorrland

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Robert Wagner
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Re: Magnetometer in Stockholm / Analysemethoden

Beitrag von Robert Wagner » 2. Feb 2017, 10:14

Hallo Andre,

derzeit lese ich mit 1/5 Hz aus, man kann das auf 1 Hz verändern, aber dazu würde ich meine Datennahme darauf optimieren müssen. Ich kann Dir mal Daten (z.B. von gestern oder dem 26.1.) zukommen lassen. Ich mittele die Daten über je 60 Sekunden und filtere dann mit Störungsfiltern die "man-made" Effekte heraus. Den Vergleich der Rohdaten mit den gefilterten Daten sieht man hier: http://se.gner.cc/sam/logbook.html - Es handelt sich dabei auch um nicht absolut kalibrierte Messungen, das reicht aber für Warnsysteme natürlich aus. Für erste Versuche sind für Dich vermutlich die Rohdaten interessanter, richtig?

Viele Grüße,
Robert
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Re: Magnetometer in Stockholm / Analysemethoden

Beitrag von Robert Wagner » 8. Mär 2017, 09:32

Hallo allerseits,

ich habe neue Plots implementiert für die Online-Analyse von Magnetometerdaten. Ich schaue mir dort die Anstiegszeiten der Ausschläge der horizontalen Komponenten an - hier als Beispiel der Abend des 6. März 2017, Daten von SAM Viby:
disturbance-analysis.png
oben sieht man die Magnetfeldkomponenten, die Farbkodierung zeigt die Schnelligkeit der Ausschläge an. Unten sieht man den Absolutwert der zeitlichen Ableitungen - also auch die Geschwindigkeit der Ausschläge. (Aktuelle Plots)

Derzeit habe ich auch (testweise, daher nur privat) ein Alarmsystem implementiert, das ab K4 jeweils dann, sobald die Y-Komponente einen signifikanten Maximalwert erreicht hat, eine Warnung schickt - d.h. "Magnetometer-stürzt-ab"-Events werden automatisch erkannt.

Andre - ich habe die letzten Wochen ein weiteres Magnetometer, basierend auf FLC-100-70 Sensoren implementiert. Das sample ich mit 18 bit (<1nT Auflösung) und einer Rate von 5-6 SPS. Damit könnte man also prinzipiell Subsecond-Analysen betreiben.

Viele Grüße aus einem total verschneiten Stockholm,
Robert
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Re: Magnetometer in Stockholm / Analysemethoden

Beitrag von Robert Wagner » 13. Mär 2017, 09:41

Hallo,

mittlerweile gibt die Software auch eine Klartext-Analyse der Situation aus, für den Beispielplot vom 6.3.2017 und die Y-Komponente z.B. das hier:

Code: Alles auswählen

Maximum reached at 18:47,   93 nT above last minimum
Minimum reached at 19:10, -105 nT below last maximum
Maximum reached at 19:55,  104 nT above last minimum
Minimum reached at 20:05,  -46 nT below last maximum
Minimum reached at 20:35,  -79 nT below last maximum
Maximum reached at 20:55,   70 nT above last minimum
Damit kann man sich warnen lassen, sobald der magnetische Fluss z.B. ein klares Maximum erreicht hat.

Ich muss auch mal sehen, wie sich die doch immer recht komplexen Variationen in Kiruna mit den eher gemächlicheren Ausschlägen hier (60°N) bzw. bei SAM Sundsvall (62°N) "vertragen" - ist es tatsächlich so, dass das lokale Magnetfeld hier diese sehr kurzfristigen Variationen schon rausgedämpft hat? Falls ja, was wäre dafür verantwortlich? (Ich denke, dass die Sensoren in den SAMs eigentlich schnellere Variationen sehen können sollten)

Aber meine hauptsächliche Frage erstmal ist: was ist der physikalische Hintergrund für unsere Annahme, dass Polarlichter dann aktiver werden, sobald eine(?)/X/Y-Komponente stark abfällt? Gibts dazu Literatur? Ich glaube, so um 2002/3 hatten wir einige Diskussionen hier im Forum, ich werde auch mal die alten Beiträge durchforsten.

Beste Grüße,
Robert
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Re: Magnetometer in Stockholm / Analysemethoden

Beitrag von Robert Wagner » 21. Mär 2017, 19:15

Hallo,

passend zum eintreffenden CH habe ich einen neuen Plot ausprobiert:
polarplot-speed-analysis.png
Gezeigt sind:
  • der Betrag der Veränderung der Horizontalkomponente des Magnetfelds (|dH/dt|; Einheiten: nT/10min) jeweils unter dem zugehörigen Deklinationswinkel, für die letzten 4 Stunden (blau) bzw. die 20 Studen davor (grau)
  • der aktuelle Wert (roter Marker)
  • aktueller Deklinationswert (roter Pfeil)
  • nominelle Deklination für Viby (hellroter Pfeil; konstant)
Inspiriert hat mich dazu ein Paper von Turnbull et al. (Ann. Geophys., 27, 3421, 2009), in dem ähnliche Plots von dH/dt gezeigt werden.

Das Beispiel ist für den aktuellen Substorm am 21/22.3.2017, an ruhigen Tagen ist die Varianz von D bzw. natürlich |dH/dt| deutlich kleiner. Der Plot ist nun auch hier für mein Magnetometer abrufbar, mal sehen was man da heute abend dann so sehen kann.

Viele Grüße,
Robert

edit: neuere, verbesserte Version des Plots implementiert; bessere Beschreibung des Plots
Zuletzt geändert von Robert Wagner am 24. Mär 2017, 08:12, insgesamt 3-mal geändert.
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Re: Magnetometer in Stockholm / Analysemethoden

Beitrag von Robert Wagner » 22. Mär 2017, 10:51

...und noch eine Analyse von gestern Abend. Seit einer Weile sammle ich ja Daten einer Magnetometerlinie Süddeutschland-Mittelschweden. Ich habe mir für gestern insbesondere die vertikale Magnetfeldkomponente angeschaut, genauer die Differenz der Relativwerte für Sundsvall (62.3°N) und Viby (59.5°N):
20170321-stackYcompact.png
Man muss natürlich vorsichtig mit der Interpretation sein, aber wenn ichs richtig sehe, bedeutet eine stärkere Abnahme in Sundsvall verglichen zu Viby, dass der Elektrojet sich weiter Richtung Süden bewegt; wenn das stimmt, sieht man das sehr gut in diesem Plot. Möglicherweise könnte man das gut zur PL-Vorhersage verwenden.

Beste Grüße,
Robert
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Re: Magnetometer in Stockholm / Analysemethoden

Beitrag von Ulrich Rieth » 24. Mär 2017, 08:03

Hallo Robert!

Das sieht alles hervorragend aus. Die Plots gefallen mir beide.
Wird nur Zeit, das System mal wieder auf einen richtig starken Sturm loszulassen, wo der Elektrojet sich zwischen den beiden Stationen befindet :-)
Gruß!

Ulrich

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