2004, 2005:
-Năm 2002 xảy ra nhiều vụ bùng nổ đặc biệt khoảng tháng 4 đến tháng 8. Riêng tháng 8 liên tiếp xảy ra các vụ bùng nổ chủ yếu loại M, một vụ bùng nổ với cường độ lớn X3 vào ngày 24/8 xuất phát từ vùng hoạt động 83, và một vụ với cường độ X1 vào ngày 30/8 xuất phát từ vùng hoạt động 87. Các halo CME có tốc độ lớn nhìn chung xuất hiện không gần nhau: 1585 km/s – 16/8; 998 km/s – 22/8; 1913 km/s – 24/8. Mặt khác, chỉ số Dst trong thời gian này khá ổn định, giá trị thấp nhất - 106 nT vào ngày 21/8 lúc 7:00 UT.
-Trong năm 2004 xảy ra một đợt bão từ với cường độ X2 vào 7/ 11 bắt nguồn từ vùng hoạt động 696. Trong khoảng thời gian từ 6 -11/11 tốc độ của halo CME có giá trị lớn: 818 km/s – 6/11; 1759 km/s – 7/11; 2000km/s – 9/11; 3387 km/s – 10/11. Trong thời gian này chỉ số Dst biến thiên mạnh, giá trị thấp nhất -373 nT ngày 8/11 lúc 7:00 UT.
-Trong năm 2005 xảy ra hai đợt bão từ lớn vào tháng 1 và tháng 9.
+ Tháng 1/2005 các vụ bùng nổ bắt nguồn từ vùng hoạt động 720. Vụ bùng nổ đầu tiên có cường độ lớn vào ngày 15/1, vụ bùng nổ cuối cùng vào ngày 20/1. Trong thời gian từ 15 – 20/1 các halo CME có vận tốc lớn: 2861 km/s – 15/1; 2574 km/s – 17/1; 2020 km/s – 19/1; 882 km/s – 20/1. Chỉ số Dst so với đợt bão từ cuối năm 2004 có giá trị thấp nhất -128 nT vào ngày 18/1 lúc 9:00 UT.
+ Tháng 9/2005 các vụ bùng nổ bắt nguồn từ vùng 808. Trong khoảng thời gian từ ngày 5 – 15/9 có tất cả 10 vụ bùng nổ loại X, 24 vụ loại M, và nhiều vụ bùng nổ với cường độ nhỏ hơn. Vụ bùng nổ đầu tiên bắt đầu ngày 7/9 với cường độ X17. Trong thời gian 5 – 15/9 các halo CME đạt tốc độ: 2326 km/s – 5/9; 2257 km/s - 9/9; 1893 km/s – 10/9; 1922 km/s – 11/9; 1866 km/s – 13/9. Chỉ số Dst có giá trị thấp nhất -147 nT vào ngày 11/9 lúc 11:00 UT
Bảng 11 So sánh hoạt động MT trong các năm 2002, 2003, 2004, 2005:
Ngày
Solar flare Solar wind
Số vết đen IMF (nT) CME speed (km/s) (max type) Speed (km/s) Btotal Bz (south/ north) Max 24/08/02 22/10/03 28/10/03 29/10/03 04/11/03 07/11/04 07/09/05 X3 M3.3 X 17.5 X 11 X28 X 1 X 17 337,1 547.7 281,3 698,2 594 666,1 392,8 207 144 238 230 76 106 12 4,7 8,8 23,1 5,9 50,9 5,2 1,9N 1,7S 20,3S 5,2N 43,1S 3,1S 1913 1085 2459 2029 2657 1759 195 (http// spaceweather.com/archive.php) (http://cdaw.gsfc.nasa.gov/CME_list)
Bảng 12: So sánh cường độ bão từ trong năm 2003, 2004, 2005:
Ngày Cường độ 22/10/2003 28/10/2003 29/10/2003 04/11/2003 08/11/2004 10/11/2004 20/01/2005 01/09/2005 03/09/2005 K7 R1 G3 K9 R4 S4 G5 K9 R4 S3 G5 K6 R5 S2 G2 K8 S2 G4 K8 R3 G4 K7 S3 G3 K6 G2 K6 G2 (http://www.swpc.noaa.gov/alerts/archive.html)
Dựa vào bảng số liệu cho thấy:
- Năm 2002 xuất hiện CME và gió MT có cường độ lớn nhưng thành phần Bz khá nhỏ so với 10/2003, 11/2004. Còn đợt bão từ xảy ra vào tháng 9/2005 với CME và IMF so với những năm còn lại không phải là cao. Do đó đợt bão từ xảy ra vào năm 2002 và 2005 không mạnh như những đợt bão vào tháng 10/2003 và 11/2004.
- Nếu lấy vụ bùng nổ có cường độ cao nhất để xét thì năm 2003 có vụ bùng nổ với cường độ lớn (X17, X 28). Tháng 11/2004 chỉ số Dst gần bằng chỉ số Dst của tháng 10/2003 ( -373 nT – 2004; -353 nT – 2003), bão từ xảy ra trong tháng 10/2003 lại có cường độ cao hơn bão từ xảy ra tháng 11/2004 (10/2003 – G5; 11/2004 – G4). Bởi vì bên cạnh các vụ bùng nổ lớn vào tháng 10/2003 lại xuất hiện CME có tốc độ lớn hơn nhiều so với tốc độ của CME trong tháng 11/2004 ( 2459 km/s – 10/2003; 1759 km/s – 11/2004) kèm theo đó là các sự kiện proton (S4,S3 – 10/2003) gây ảnh hưởng mạnh.
(nose@kugi.kyoto-u.ac.jp)
Hình 3.13: Chỉ số Dst của tháng xuất hiện bão từ có cường độ mạnh nhất trong năm 2002, 2004, 2005. ( 8/2002; 11/2004; 1/2005; 9/2005)
Như vậy có thể thấy một quy luật là sau cực đại của một chu kỳ thường có những đợt bão từ lớn nhưng việc xuất hiện bão từ với cường độ mạnh còn phụ thuộc vào hoạt động của MT đặc biệt là có liên quan chặt chẽ đến sự xuất hiện bão MT.
3.6.Tình hình bão từ xảy ra tại nước Việt Nam:
Việt Nam bắt đầu nghiên cứu bão từ từ năm 1957, nhưng cho đến năm 1998 khi hệ thống đường dây tải điện 500KV được lắp đặt trong cả nước thì việc nghiên cứu mới thật sự được quan tâm. Tính đến hiện nay, Việt Nam có 4 trạm dự báo bão từ, hai trạm nằm ở phía Bắc và hai trạm ở phía Nam. Các đài sẽ thu thập dữ liệu, truyền về Viện Vật lý địa cầu. Từ đó, dữ liệu được phân tích để phát hiện quy luật bão từ nhằm kịp thời thông báo cho những ngành bị ảnh hưởng. Trong đó trạm Phú Thụy còn có khả năng truyền dữ liệu trực tiếp đi quốc tế.
Bảng 13: Tọa độ địa lý các trạm dự báo, và tên các thiết bị nghiên cứu bão từ [8]
Trạm dự báo Vị trí Độ cao (m)
Thành lập Thời gian lắp thiết bị Tên thiết bị
Sapa 22020’N 103050’E 1550 1957 1957 -Askania (Germany) 1968 -MBC Bobrov(Russia) Phú Thụy 21002’N 105057’E 5 1961 1961 - MBC Bobrov (Russia) 1993 - Scalar Magnetometer SM90R (Rez.: 0.01nT) (France) - Vector Magnetometer V312 (Rez.: 0.1nT)
- Digital recorder GEOMAG- 390 2001 - Scalar Magnetometer SM100(Rez.: 0.01nT)(France) - Vector Magnetometer VM300 D(Rez.: 0.1nT) - Digital logger ENOII - GPS Bạc Liêu 90 17’ N 105044’E 5 1988 1988 -MBC Bobrov (Russia) 1998 - Fluxgate Magnetometer FRG-601(0.01nT) - Digital Recorder DCR-3 MO (Japan) Đà Lạt 11057’N 108029’E 1550 1981 1981 MBC Bobrov (Russia) 2003 -Scalar Magnetometer SM100(Rez.: 0.01nT)(France) - Vector Magnetometer VM300 D(Rez.: 0.1nT) - Digital logger ENOII - GPS
Hình 3.14: Sơ đồ vị trí các trạm dự báo bão từ Sapa, Phú Thụy, Đà Lạt, Bạc Liêu.
Hình 3.15 : Đồ thị mô tả sự biến thiên của thành phần H tại hai trạm Bạc Liêu và Phú Thụy trong năm 2005 – cường độ thành phần H của từ trường TĐ đạt cực đại tại Bạc Liêu ( > 100 nT) vào khoảng tháng 4; tại Phú Thụy vào tháng 5 và tháng 11 (20 - 40 nT)
Bảng 14: Số trận bão từ xảy ra tại Việt Nam từ năm 1986 – 2008:
Năm 1986 1989 2000 2004 2006 2007 2008
Số trận
bão từ 17 44 40 27 15 15 – 20 15-20
(http// tin247.com)
Bảng 15: Cường độ bão từ qua các năm:
Năm 1989 2001 2002 2003 2004 Cường độ bão từ (nT) 660 (Sapa) 630 (Hà Nội) 320 620 500 (http// tin247.com)
Ở đây chưa đưa ra được số liệu cụ thể số trận bão từ xảy ra vào năm 2001-2003 nhưng vấn đề cần quan tâm hơn là cường độ bão từ vào những năm này.
Trong chu kỳ 23, năm 2003 cường độ bão từ cao nhất tại Việt Nam là 620 nT. Đây là cơn bão từ mạnh so với trận bão từ xảy ra năm 2001. Tuy nhiên cơn bão từ năm 2003 lại không gây thiệt hại nặng nề cho hệ thống thiết bị điện tử tại Việt Nam như cơn bão từ xảy ra vào ngày 31/03/2001.( 630 nT).
Hình 3.15 cho biết tại hai trạm quan sát Phú Thụy và Bạc Liêu cho những số liệu chênh lệch nhau về sự biến thiên từ trường nằm ngang H tại những thời điểm như nhau của năm 2005. Do đó ở đây ta có thể nhận xét mặc dù bão từ xảy ra tác động đến toàn cầu tuy nhiên tại những vùng khác nhau thì cường độ bão từ diễn ra cũng khác nhau.
Như vậy Việt Nam là nước chịu nhiều ảnh hưởng của bão từ. Bão từ lại có liên hệ đến bão MT do đó việc nghiên cứu dự đoán bão MT là một việc rất quan trọng. Tuy nhiên Việt Nam chỉ có các thiết bị đo cường độ bão từ còn hệ thống dự báo bão MT, Việt Nam lại chưa có điều kiện để lắp đặt những thiết bị dự đoán bão MT như trên thế giới và còn phụ thuộc nhiều vào công tác dự báo của thế giới. Bên cạnh đó, công tác phổ biến, thông báo về ảnh hưởng của bão từ tại Việt Nam còn hạn chế, chưa được rộng rãi. Số liệu chi tiết về các đợt bão từ mạnh diễn ra trong những năm trước chưa cụ thể gây nhiều khó khăn cho việc tìm hiểu, phân tích và nghiên cứu bão từ xảy ra tại Việt Nam.
Chương 4: Kết luận và kiến nghị
-Bão từ chính là một hiện tượng tự nhiên nằm ngoài tầm kiểm soát của con người, có nguồn gốc từ hoạt động của Mặt Trời. Bão từ ảnh hưởng đến hệ thống truyền tải điện, hệ thống ống dẫn dầu, các vệ tinh, tàu vũ trụ, thông tin liên lạc bằng sóng vô tuyến… Nhìn chung, đời sống con người ngày một hiện đại và công nghệ hóa, các thiết bị điện tử ngày một phổ biến và rộng khắp vì vậy ảnh hưởng của bão từ đối với đời sống con người là một vấn đề không nhỏ.Việc phát triển khoa học vũ trụ là một điều thiết yếu, đặc biệt là việc nghiên cứu dự báo bão từ.
-Để nghiên cứu và dự báo bão từ thì khoa học phải nghiên cứu hoạt động của MT. Hiện nay người ta đã dự đoán được hoạt động của MT dựa vào các thiết bị dự báo MT.
-MT hoạt động theo chu kỳ 11 năm do đó bão từ cũng xuất hiện theo chu kỳ 11 năm.
-Cường độ của bão từ phụ thuộc vào các dạng hoạt động của MT đặc biệt là bùng nổ MT và CME. Nếu trong cùng một khoảng thời gian ngắn các dạng hoạt động như bùng nổ MT, CME, sự kiện proton, IMF xuất hiện với cường độ cao thì sẽ gây ra bão từ lớn.
-Sau cực đại của một chu kỳ thường có những đợt bão từ lớn và nó phụ thuộc vào cường độ bão MT
-Việt Nam là một nước đang phát triển, khoa học vũ trụ chưa phát triển cao. Chính vì vậy đòi hỏi nước ta cần tăng cường hợp tác với các nước tiên tiến trên thế giới để nắm bắt thông tin về bão từ kịp thông báo rộng rãi đến các doanh nghiệp và cộng đồng nhân dân trong nước. Bên cạnh đó, nước ta cần mở rộng việc truyền thông để người dân hiểu và biết cách phòng ngừa. Đồng thời mở rộng việc nghiên cứu, giảng dạy một cách nghiêm túc trong trường học để nâng cao nhận thức của học sinh sinh viên
Phụ lục 1:Ảnh hưởng của bão từ lên hệ thống ống dẫn dầu
Dòng cảm ứng địa từ (GIC) được sinh ra do sự thay đổi từ trường của TĐ có tần số khoảng 1 Hz. Như vậy dòng GIC được xem như là dòng một chiều.
Hình 1: Mô hình dòng điện GIC chạy trong ống dẫn.[8]
Bề mặt TĐ không phải là một lớp đồng nhất do đó khả năng dẫn điện của bề mặt TĐ cũng thay đổi theo vị trí, tùy vùng có thể dẫn điện tốt hoặc yếu. Do đó khi dòng GIC chạy trong bề mặt TĐ, đồng thời do hướng của các ống dẫn (pipe line) thay đổi làm cho điện thế trong ống ở nhiều chỗ không như nhau từ đó xuất hiện trong ống một dòng điện mới làm cho tốc độ phản ứng hóa học bào mòn ống dẫn diễn ra nhanh hơn.
H2 O => H+ + OH – (sự tạo thành gỉ sắt) Fe++ + 2 (OH)– = Fe(OH)2
Fe+++ + 3 (OH)– = Fe(OH)3
Để hạn chế hư hại này, người ta lắp vào ống dẫn một thiết bị, cực âm (cathode) nối với ống dẫn, cực dương nối với mặt đất. Hai cực này được nối vào một nguồn
điện một chiều, và hiệu điện thế giữa dất và ống dẫn được duy trì khoảng -0.85V đến -1.35V.
Tuy nhiên nếu như bão từ xảy ra và dòng GIC thay đổi lớn làm cho điện thế trên vượt mức quy định ( vùng an toàn – safe region) khi đó tuổi thọ của các ống dẫn sẽ bị giảm.
Hình 2 : Mô hình thiết bị bảo vệ ống dẫn chống bị bào mòn do dòng GIC.
Hình 3 : Trường địa từ và sự thay đổi điện thế giữa ống dẫn và đất quan sát tại Canada vào tháng 6-7 năm 2000.
Phụ lục 2:Ảnh hưởng của bão từ lên hệ thống tải điện
Như đã trình bày ở phần trên, bề mặt TĐ là một lớp dẫn điện không đồng nhất. Trong hệ thống điện ba pha, dây trung tính được nối với mặt đất. Tại hai điểm nối đó xuất hiện một điện thế gọi là điện thế bề mặt TĐ (ESP – earth – surface potential). Vì thế dòng GIC sẽ theo dây trung tính chạy vào hệ thống điện 3pha.
Hình 4 : Mô hình điện thế bề mặt T Đ – ESP tạo dòng GIC chạy qua hệ thống tải điện.[10]
Điện thế ESP chủ yếu nằm dọc theo hướng đông –tây, có thể đạt đến cường độ 6 V/km trong thời gian xảy ra bão từ mạnh ( hoặc ở những vùng gần cực quang) và duy trì trạng thái này trong vài phút.
Cường độ dòng GIC biến thiên làm tăng biên độ dòng AC trong mạng ba pha. Hiện nay, ngoài thực tế thường có các mạng 340 KV, 500KV, 760KV; trong đó mạng 760 KV là chịu ảnh hưởng lớn nhất (mạng càng cao KV thì bị ảnh hưởng càng nặng). Ngoài ra, đối với những đường dây tải càng dài thì càng bị ảnh hưởng của dòng GIC.
Bảng 16: Mối liên hệ giữa cường độ dòng GIC và dòng AC [10]
Thông thường những cơn bão từ nhỏ ( Kp < 4) thì ảnh hưởng ít hoặc không ảnh hưởng đến hệ thống tải điện. Đối với những cơn bão từ có Kp > 5 nó có thể tạo ra ESP với cường độ từ 2-3 V/km và bắt đầu gây ảnh hưởng đến hệ thống truyền tải.
Để hạn chế mức độ ảnh hưởng do dòng GIC gây ra, người ta đã lắp đặt các thiết bị cản trở dòng một chiều GIC chạy vào hệ thống truyền tải. Tuy nhiên do mạng lưới điện phân bố rộng khắp với số lượng lớn, việc lắp đặt thiết bị này đòi hỏi một lượng tiền lớn. Chính vì vậy một phương án khả thi hơn đó là vào giai đoạn có bão từ mạnh người ta sẽ giảm năng suất truyền tải của hệ thống xuống 95% so với năng suất tối đa.
Cường độ GIC Cường độ AC 5 A/ phase 25A/ phase 100A/ phase 90A 300A 800A
Phụ lục 3: Các thiết bị dự báo bão Mặt Trời và bão từ
1. Tàu vũ trụ SOHO (Solar and Heliospheric Observatory):
Tàu vũ trụ SOHO được phóng vào ngày 2/12/1995, nằm tại vị trí cách TĐ khoảng 1,6 triệu km (điểm lagrangian L1 – tại điểm này lực hấp dẫn gữa TĐ và MT cân bằng nhau) Tàu có nhiệm vụ thăm dò các bức xạ phóng ra từ MT, tia X, các hạt mang năng lượng, mật độ proton, chỉ số địa từ và quan sát bề mặt MT.
Trên tàu SOHO có chứa các thiết bị LACOS và EIT để quan sát CME .
Hình 5: SOHO spacecraft. [14]
Hình 6: Vị trí điểm lagrangian [3]
2. Vệ tinh ACE (the Advanced Composition Explorer) :
Vệ tinh ACE được phóng vào ngày 25/8/1997. Vệ tinh này nằm tại vị trí L1; có nhiệm vụ thu thập các thông tin về từ trường liên hành tinh IMF, mật độ plasma,
vận tốc và cả nhiệt độ của plasma; đồng thời còn cho biết các thông tin về năng lượng của các hạt proton, electron
Hình 7: ACE satelite (http://zseltvay.com/ace_satellite.htm)
3. Tàu vũ trụ Wind
Tàu vũ trụ Wind được phóng vào ngày 1/11/1994, nằm tại điểm L1. Nhiệm vụ của tàu Wind là nghiên cứu các hạt mang năng lượng; plasma; từ trường IMF; vận tốc, áp suất gió MT; vận tốc proton.
Hình 8 : Wind spacecraft. (http://www-istp.gsfc.nasa.gov/wind.shtml)
4. Vệ tinh GOES(Geostationary Operational Environmental Satellite):