磁暴

磁暴（magnetic storm），^[1]又称地磁暴（geomagnetic storm），^[2][3]指太阳活动引起地球磁场持续几小时至几天的、全球性的剧烈扰动。^[3][4]太阳活动产生的太阳风或磁云携带着大量带电粒子冲击地球时，使地球磁层压缩变形并使磁场在短时间内发生剧烈、大幅度扰动的现象。^[2]

1806年12月，亚历山大·冯·洪堡（Alexander von Humboldt）在柏林观测到强磁偏转，并注意到与地面磁异常同时消失的北极光，他在1808年发表的文章中将这一地面磁扰动现象命名为磁暴。^[9]磁暴的发生与太阳活动关系密切，在太阳活动强盛时，喷发的大量带电粒子进入地球上空，与高层大气相互作用并导致地球磁层中的电流、等离子体和场发生剧烈变化，而引起磁暴，并可波及全球，持续数小时至数日。^[3][1]驱动磁暴的扰动主要与日冕物质抛射（CME），以及高速太阳风（HSS）产生的共转相互作用区（CIR）有关。^[3][5]在太阳活动极大期，地磁风暴​​发生的频率更高，其中大部分是由日冕物质抛射驱动的。^[5]中国现行的磁暴强度等级标准以Dst指数或Kp指数大小划分。^[4]按初始阶段变化特点区分急始磁暴和缓始磁暴。^[10]磁暴典型发展过程分为初始阶段、主要阶段和恢复阶段。^[2]

磁暴发生时，高纬地区常伴有极光出现，电离层发生急剧变化。磁暴事件可能对航天器、短波无线电通信、导航和定位、电力、地下管线系统、钻井勘探等造成严重影响。^[11]20世纪强度最大的磁暴事件发生于1989年3月13日，导致加拿大魁北克电网崩溃，停电9小时。^[12]2023年12月1日到12月2日，受地磁暴影响，中国黑龙江、内蒙古、新疆等地均出现极光活动，中国气象局2023年12月2日表示，预计此次地磁暴仍将持续一段时间。^[13][14]现代对磁暴的观测主要通过观测太阳和观测地球附近的空间环境来进行。^[15][16]磁暴预报中，中国采用K指数划分局部地磁活动水平，采用Kp指数划分全球地磁活动水平。^[17]美国国家海洋大气局（NOAA）的空间天气预报中心（SWPC）根据Kp指数确定了5个等级，以及各等级对应的影响和平均发生频率。^[18]

磁暴是地球磁层的主要扰动，由太阳风的变化引起。当太阳风的能量非常有效地被交换到地球周围的空间环境时，地球磁层中的电流、等离子体和场发生强烈变化。产生磁暴的条件是持续（数到数小时）的高速太阳风，以及在磁层的白天侧有一个向南的太阳风磁场（与地球磁场的方向相反）将能量从太阳风转移到地球磁层。^[3]

磁暴强度通常以地磁活动指数Dst指数（Desturbance storm time）定义，单位为nT。当Dst指数小于等于-30nT时，定义为磁暴发生。^[4][19]

1600 年，威廉·吉尔伯特（William Gilbert）提出地球就像一块大磁铁，标志着地磁学的诞生，这一新的科学分支对于船舶导航具有巨大潜力。十八世纪初，天文学家埃德蒙多·哈雷（Edmond Halley）绘制了第一张磁场偏角图。磁暴现象则是由亚历山大·冯·洪堡（Alexander von Humboldt）发现的。他承担了从1806年5月到1807年6月期间从午夜到早晨每半小时记录柏林当地磁偏角的任务。1806年12月21日晚上，洪堡连续六次观测到强磁偏转，并注意到北极光现象。他发现，极光在黎明时分消失时，磁扰动也会消失。根据这些观察，洪堡认为地面上的磁扰动和极光的产生与同一现象有关，并将这一现象命名为磁暴（1808年）。^[9]

长期以来，太阳风和地球磁层的所有扰动都与太阳耀斑密切相关，太阳耀斑是磁暴发生的主要原因。^[14]1905年，格林威治天文台观测员蒙德通过观察地磁暴的“27天复发趋势”进行研究，得出以下结论：磁扰动的根源在于太阳，太阳中引起磁扰动的区域是有限的，且这些太阳磁活跃区域区域随太阳旋转。这是第一个基于对太阳耀斑和地磁风暴的观测发现的日地关系的说法。^[8]

十九世纪初，对于地磁活动和太阳活动的研究，即对太阳黑子的观测，都是独立进行的。从1826年开始，德国业余天文学家施瓦博（Samuel Heinrich Schwabe）开始观测太阳黑子。1843年，他报告了太阳黑子大约 10 年的周期性变化。1851年，拉蒙特在慕尼黑天文台报告了磁偏角每日变化约 10 年的周期性，但他没有将其与太阳黑子周期联系起来。爱德华·萨宾（Edward Sabine）首次发现地磁活动与太阳黑子周期平行，这一发现指出了地磁活动和太阳黑子之间的联系。^[9]

1859年9月1日上午，英国天文学家理查德·卡林顿（Richard Carrington）观测到太阳黑子上空突然出现了发着白光的“两颗耀眼的亮珠”，珠子首先随着时间的推移而增强，然后强度减弱，最后消失。^[20]这是有记录以来第一次对白光（可见）太阳耀斑的观测。随后在1日-2日期间发生了“卡林顿事件”，发现于世界各地的天文台记录。科学界花了近一个世纪的共同努力才收集到足够的观测数据，证明了大型太阳耀斑和严重磁暴之间的关联。^[9][21]“卡林顿事件”是有记录以来强度最大的磁暴事件，磁暴强度的估计值达到-1760nT。^[22][20]这场磁暴被认为是由直接向地球行进的大型日冕物质抛射引发的，行程长达 1.5 亿公里（9300 万英里），耗时17.6小时。这场磁暴造成了全球范围内的强烈极光，并对电报系统造成了严重破坏，导致电报塔短路发出火花，甚至引发火灾。^[2]

20世纪初，挪威的K·伯克兰从第一次国际极年（188-1883年）的极区观测资料，分析得出引起极光带磁场扰动的电流主要是在地球上空，而不在地球内部。为解释这一外空电流的起源以及它和极光、太阳耀斑的关系，伯克兰和F·C·M·史笃默相继提出了太阳微粒流假说。^[21]查普曼·费拉罗（Chapman Ferraro）从统计学的角度出发，对地磁暴进行了全面研究，确立了磁暴的标准概念，区分了初相、主相、恢复相三个时期内H分量的变化。1931年，费拉罗和他的学生写了一篇文章："磁暴的新理论"（A New Theory of Magnetic Storms），试图解释地磁暴这一现象。^[8]他们提出的地磁场被太阳粒子流压缩的假说，被50年代的观测证实。同时，观测还发现了磁层，认识了磁暴期间磁层各部分的变化。对磁层环电流粒子的存在及其行为的探测将磁暴概念扩展成了磁层暴。^[21]

1972年8月4日，太阳耀斑的活跃程度与1859年磁暴事件爆发时相同，甚至更活跃，且日冕物质抛射过境的速度是有史以来最快的，引发了严重的磁暴和太阳质子事件，扰乱了地面电力和通信网络，造成至少一颗人造卫星永久失效，还引爆了美国海军在北海的磁性水雷。^[22][2]这次事件意味着，强度与1859年相当的磁暴在未来仍有可能会发生。^[22]

直到1970年代初，人们发现了其他强烈的太阳过程，如日冕物质抛射，但一直没有学者研究过日冕物质抛射对日地联系的影响。^[14]1993年，葛斯林指出，日冕物质抛射会引起最强烈的行星扰动，从而引发磁暴。尽管他在论文中关于太阳耀斑和日冕物质抛射之间的关系存在争议，但他的结论对于磁暴成因的研究具有里程碑意义。^[14][23][24]

1989年3月13日，两次日冕物质抛射造成了20世纪强度最大的磁暴事件，^[12]导致加拿大魁北克水电公司的电网因继电器松脱而在几秒钟内崩溃，导致600万人停电9小时，无电可用。^[2]这次事件引发了许多关于地磁对电力系统影响的研究，以及对1859年卡林顿事件的重新审视。^[12]

2003年10月28日的“万圣节（太阳）风暴”引发了10月29-31日的“万圣节磁暴”事件，造成美国联邦航空总署（FAA）的广域增强系统（WAAS）离线30个小时，扰乱了阿拉斯加用于石油和天然气定向钻探的地磁方向、世界各地的机载磁场，中断了地球物理勘测。^[2][25]超视距无线电通信受到干扰，迫使航空公司取消极地航线，并将其改道至低纬度地区；GPS 精度显着下降，影响了陆地和海洋调查以及商用和军用飞机导航；民用和军用卫星进入保护性运行模式，其他卫星遭到损坏，日本科学卫星ADEOS-II永久失效。^[25]

北京时间2023年12月1日17时到12月2日8时，受太阳日冕物质抛射（CME）爆发影响，地球出现3小时Kp为7的大地磁暴，3小时Kp为6的中等地磁暴，以及9小时小地磁暴。受地磁暴影响，中国黑龙江、内蒙古、新疆等地均出现极光活动，甚至北京都有清晰的极光目击和观测记录。^[26]中国气象局12月2日表示，预计此次地磁暴仍将持续一段时间，根据目前太阳黑子数变化情况判断，当下正处在太阳第25活动周的上升期，2024年仍是太阳活动的高年，意味着至少在2023年冬天中国北方还可能看到极光。^[13]

2024年3月中国气象局表示，3月24日、25日和26日三天大概率会出现地磁活动，其中3月25日可能发生中等以上地磁暴甚至大地磁暴。美国国家海洋和大气管理局太空天气预报中心24日下午将地磁暴预警上调至“严重”级别，并且已经通知电网、卫星和通信等基础设施运营部门为可能出现的影响做好应对准备。^[27]3月25日凌晨在内蒙古根河市出现了因地磁暴活动而发生的极光景观。^[28]

2024年5月8日中午12:24，太阳爆发了一个X1.0级X射线耀斑，于13:36结束，达到橙色警报级别；与之前的5次X级别耀斑事件不同，此次耀斑来源于另外一个位于日面中心附近的活动区，并伴随有全晕日冕物质抛射(CME)，可能在2-3天后到达地球并引发地磁暴。^[29]5月10日晚至11日凌晨，受日冕物质抛射影响，地球磁场爆发kp=9的特大地磁暴，引发黑龙江漠河和新疆部分地区出现绚丽极光。^[30]国家空间科学中心预计，北京时间5月11日地磁会产生强扰动，可能达到大地磁暴水平。大地磁暴发生时，大气密度会增加，低轨卫星轨道衰减率会进一步加剧；电离层电子密度会发生扰动，对电波通信质量、导航定位的精度有所影响。同时在高纬度地区，美丽的极光现象也会再次出现。^[31]

2024年5月10日，美国国家海洋和大气管理局发布极强地磁暴（G5级）预警，太阳日冕物质抛射引起的地磁暴对地球的影响将从10日持续至12日。这是自2003年10月以来，该机构首次发布最高级别G5级地磁暴预警。本次地磁暴中已观测到至少7次太阳日冕物质抛射，第一批抛射物质已于美国东部时间10日中午抵达地球。^[32]5月11日上午9时，国家空间天气监测预警中心发布了地磁暴红色预警。^[33]国家空间天气监测预警中心称在7月24日至25日地球可能出现地磁暴过程，根据地磁暴强度预判中国可能出现极光活动，但是强度比较弱。^[34]

2024年8月12日，央视新闻称，由于受太阳日冕物质抛射活动影响，在24小时内地球累计出现长达15小时的地磁暴过程，其中北京时间8月12日11时到17时，发生Kp指数为7的大地磁暴。^[35]

2024年9月12日14时至14日08时，受太阳日冕物质抛射活动影响，地球累计出现长达27小时的地磁暴过程，其中6小时为Kp指数7的大地磁暴。中国黑龙江漠河、甘肃敦煌、内蒙古呼伦贝尔等地迎来极光秀。^[36]

2024年10月4日，国家空间天气监测预警中心表示，北京时间10月2日及3日，太阳活动区先后爆发峰值强度为X7.1级和X9.0级大耀斑，可以看到日冕物质抛射活动的发生。其中，10月3日发生的X9.0级耀斑为太阳自2017年9月6日以来最强爆发，同时，也是当前第25太阳活动周出现的最强耀斑。结合对太阳活动情况的掌握，预计从10月4日晚间开始，直到6日晚上，中国北方部分地区，尤其是黑龙江、内蒙古、甘肃、新疆等地，都有机会看到或是拍摄到极光天象。^[37][38]

2024年10月8日8时至10月10日8时，太阳先后发生五次明显爆发活动，其中以10月8日3时12分左右，太阳活动区13842爆发的X2.1级耀斑，以及10月9日9时56分活动区13848爆发的X1.8级耀斑最强，均达到了大耀斑等级。结合对太阳活动情况的掌握，预计11日-13日可能发生强地磁活动。其中10日晚间到11日晚间，可能出现大地磁暴，如果没有新的爆发活动出现，12日可能会出现小到中等地磁暴，随后逐渐恢复平静。10日晚间开始，尤其是11日凌晨到12日凌晨的这段时间里，中国北部有机会出现较为明显的极光，部分地区甚至有出现红绿复合极光的可能。^[39]北京时间10月10日23时至11日17时，受日冕物质抛射（CME）影响，地球连续发生18小时的特大磁暴活动，Kp指数最大值达到8.67。^[40]10月10日至11日，包括中国在内，北半球多地上演“极光盛宴”。北京时间10月12日凌晨，美国国家海洋和大气管理局继续发布严重地磁暴（G4级）警报，并表示这一级别的地磁暴预计将持续，而且这次太阳日冕物质抛射引起的地磁暴有可能达到G5级（极强）。^[41]北京时间2025年1月1日11时至1月2日02时，地球出现明显地磁活动，其中1月1日23时至2日02时发生全球地磁指数为8的特大地磁暴，随着磁暴活动的发生，中国上空电离层出现正向扰动，中国南方多地还出现了电离层闪烁现象，极区出现极光吸收，黑龙江漠河出现绚丽的极光美景，新疆、内蒙古等地也有大量的极光记录。^[42]

在对磁暴的研究中，常采用地磁指数的极值来衡量磁暴事件的强度，包括Dst指数最小值、Kp值最大值、Ap值最大值，以及对称扰动指数的水平分量H值。其中，H值也被视为Dst指数的高分辨率形式。^[47]中国现行的磁暴强度等级标准按照Dst指数和Kp指数将其分成五个等级，以Dst指数为准。^[4]

磁暴期间，地磁场的水平分量H会受到抑制，并且逐渐恢复到其平均水平。在赤道和中纬度地区，H的减少可近似地表示为平行于地磁偶极子轴并指向南方的均匀磁场，该轴对称扰动场的大小随风暴时间（从风暴开始测量的时间）而变化。^[46]水平分量H以急剧变化开始的，称为急始磁暴（SC）；H以缓慢变化开始的，称为缓始磁暴（GC）。急始有正、负之分，由水平分量增大或减小而定。有的急始磁暴在正急始之前出现一个负的小脉冲，或在负急始之前出现一个正的小脉冲，记为SC'。^[10]

在近地空间，磁暴主要由两种不同类型的太阳扰动驱动：日冕物质抛射（Coronal Mass Ejection，CME）和共转相互作用区（Corotating Interaction Regions，CIR）。^[5]

日冕物质抛射是指日冕物质从太阳中喷射出来使得大量的等离子体在行星际间传播的能量释放现象，常伴随太阳耀斑的发生，是最重要且最频繁的太阳爆发现象之一。产生的高速等离子体在数日后到达地球磁层，与磁层的磁场作用，形成磁暴，引起强烈的电离层扰动。早期学者认为太阳耀斑是磁暴发生的主要原因，而越来越多的研究表明，大部分磁暴都是由日冕物质造成的。^[48]

发生在太阳活动极大值期间的行星际日冕物质抛射（ICME）对应于太阳上的日冕物质抛射，通常会导致Dst和Kp指数的最大偏移。根据地球效应结构，行星际日冕物质抛射引起的磁暴可分为磁云（MC）风暴或鞘风暴。磁云是日冕物质抛射物的一个子集，太阳风中的磁云是通过磁场方向旋转较大的强磁场来识别的。鞘层区域位于日冕物质抛射物前，该区域太阳风等离子体被压缩并加热。^[5]

太阳周期下降阶段，影响地球地磁活动的主要太阳现象是日冕洞（coronal holes），高速（约750至800公里/秒）太阳风从日冕洞中连续发出。当日冕洞持续时间长（超过27天），则高速太阳风流会在太阳自转时重新出现。如果高速流超过低速（∼300 至 400 km/s）流，如在黄道平面附近，高速流-低速流相互作用会导致界面处的磁场和等离子体压缩，形成共转相互作用区。共转相互作用区作为一个强磁场区域，是磁暴活动重要的行星际特征。当该作用区撞击地球磁层时，会引起强度为弱至中等的磁暴。^[49]

磁暴会导致磁层离子垂直飘移至大气层，使大气层升温并且使大气密度快速升高，从而影响导航卫星的正常运行，造成无线电信号的扰动，因此磁暴是一种严重的灾害性空间天气。典型的磁暴发展过程就是按照地磁强度水平分量H的变化划分为3个阶段：初始阶段（初相）、主要阶段（主相）和恢复阶段（恢复相），它们的定义如下：^[2]

（1）初相：磁暴的起始阶段，这期间磁场的H分量会在高于磁暴前平静期的水平上不断起伏变化，持续几十分钟到几个小时，此过程称为地磁暴的“初相”；^[2]

（2）主相：初相结束之后，H分量突然骤降并在数小时之内下降到一个最低点，此阶段称为磁暴的“主相”。主相是磁暴过程的主要特点，磁暴的大小就是用主相阶段H分量下降到最低点的幅度来衡量，一般为几十到几百纳特斯拉，个别特大磁暴可能会超过1000纳特斯拉；^[2]

（3）恢复相：当主相结束之后，H分量会逐渐恢复到磁暴前平静期的水平，此期间磁场仍有扰动并小幅度起伏变化，但总体扰动强度是逐渐变弱，一般2 ~ 3天会逐渐恢复到平静期的状态，此阶段称为磁暴的“恢复相”。^[2]

磁暴的形态复杂多样，不同的磁暴其形态差异很大，即使是同一磁暴，其在不同纬度处记录到的形态也不相同。在高纬度地区，磁暴会有许多扰动成分，且扰动幅度大，形态不规则；在中低纬度地区，所含扰动成分较少，且扰动幅度较小，形态相对规则。对同一磁暴，不同分量所表现出的变化也是不同的。除极区外，水平分量变化一般最为强烈；在中低纬度地区，水平分量的变化不仅幅度最大，而且形态最清楚。^[10]

磁暴的最大特征表现为全球不同台站所记录到的磁暴尽管幅度有差异，相位亦不尽相同，但其发生几乎是同时的，同一磁暴各地记录的起始时间相差一般为1~2分钟或更短。^[10]

第一，重现性：磁暴具有相隔27天左右重复出现的特性，这是磁暴时间分布的一个最重要特征。^[10]

第二，磁暴数目和太阳活动的关系密切：太阳活动极大年磁暴多，太阳活动极小年磁暴少，即磁暴在时间上的分布具有太阳活动的周期性相关。^[10]

第三，季节性：一般来说，春、秋两季磁暴多，冬、夏两季磁暴少。重现磁暴和缓始磁暴具有明显的季节变化，而非重现磁暴和急始磁暴的季节变化不太明显。^[10]

第四，日变化：一般来说，世界磁时傍晚至半夜时段内，磁暴发生较多。在世界磁时19～02时这段时间内，亦即当地偶极子轴逐渐背离太阳而转向夜间的阶段，磁暴发生最多，并且似乎只有缓始磁暴才具有这种日变化的特征。^[10]

磁暴会导致磁层离子垂直飘移到大气层，使大气层升温，大气密度快速升高，干扰无线电信号，使导航卫星无法正常运行。^[48]大气阻力增加导致卫星轨道高度下降、寿命减少甚至提前陨落，尤其会影响低轨卫星。另外，大气阻力增加会对空间碎片的轨道产生影响。随着地磁活动指数的增加，卫星表面和内部充电、单粒子翻转事件等异常现象都会明显增加。^[11][25]

磁暴发生期间，地磁场扰动使陆地电缆或海底电缆内产生感应电压，受到扰动的信号会影响正常通信。由于磁暴常常伴有电离层暴发生，易引发电离层闪烁、延迟等效应，因此无线电通信和GPS导航定位系统都会受到危害。例如，在2003年万圣节期间，太阳爆发强烈耀斑引发强地磁暴，导致GPS和LORAN导航系统发生故障，多颗卫星与地面失去联系长达数十小时，全球导航系统的定位精度出现偏差，地面交通系统出现不同程度的瘫痪。其中，中国北方的短波通信受到了严重干扰，包括满洲里、北京在内的几个无线电观测站的短波信号一度中断。^[11]

地磁扰动会对电网特别是高纬地区电网造成严重危害， 磁暴引起变电站变压器的感应电流， 该感应电流是大强度直流电， 而电网传输的则是交流电， 这就造成输电网在短时间内失衡， 从而引起变压器铁芯饱和， 产生极大的热量， 使变压器损坏甚至烧毁， 进而引起整个电网瘫痪。典型案例是1989年3月13日的磁暴，造成加拿大魁北克省电力系统破坏，损坏2万兆瓦的电力，有些地方甚至持续数日黑暗。^[11][12]

为了防止被腐蚀，一般都会对管道采取阴极保护，使管道与周围土壤或潮湿空气等保持一定负电压。地磁暴期间在地下产生的过高的感应电压和电流会超过地下油、气、水等管线的保护范围，从而加速对管线的腐蚀。由于这个过程是一个积累作用的过程，并不像对电网的效应那样明显，但也应该得到足够的重视。^[11]

地质学家常利用地球磁场来确定地下岩石结构，勘探石油和矿物等。由于地磁暴干扰，高灵敏度的电器仪表等均会发生失灵，若无及时校正，极易造成严重的经济损失。尽管地磁平静期的勘探能够得到更准确的磁场图像，少数勘探活动会选择在地磁活动不太平静的时候，这是因为异常的地下电流有利于发现勘测目标。^[11]

典型的磁暴事件是地磁场缓慢变化和地磁脉动的叠加，地磁场产生的缓慢变化（频率低于0.001Hz），是磁暴对生命系统产生影响的主要原因，而强度较弱的地磁波动和脉动并不会对生物体产生显著的影响。^[50]此外，地磁暴可能对人类神经系统产生负面影响。^[7]

日冕物质抛射是规模最大、对地球环境影响最为严重的太阳爆发活动现象，抛射物质向地球方向传播时，会对地球的高能粒子环境和地磁环境造成强烈扰动，即引发磁暴。若能准确模拟出日冕物质抛射发生时的方向、宽度、速度，则对磁暴预报帮助很大。^[15]

日冕是太阳大气的三个层次（光球、色球和日冕）的最外层。最初，日冕只在日全食时才能被观测到，法国科学家李奥发明的日冕仪使得在非日全食期间也能够进行连续观测。根据日全食的原理，日冕仪实际就是一架安装了遮挡盘的太阳望远镜。遮挡盘就像一个人工“月球”，挡在望远镜和太阳中间，把太阳光遮掉，形成人造日全食。^[15]

由于磁暴是地球磁场发生的强烈扰动，因此对磁暴的监测其实是在地球磁场（简称地磁场）监测的基础上进行的。人类使用地磁监测仪器对地磁场进行监测已经有几百年的历史了。地磁监测仪器最早的形态是机械式的观测角度的仪器，随着科学技术的发展，出现了观测地磁强度的磁力仪。现代地磁监测仪种类繁多，根据测量参数可分为绝对测量仪与相对测量仪：绝对测量仪主要是对某一时刻某一地磁分量的绝对值进行观测的仪器，如质子旋进式磁力仪、光泵式磁力仪、超导磁力等。相对测量仪是测量磁场分量相对差值的仪器，如磁通门磁力仪、感应式磁力仪等。^[16]

在地磁场监测几百年的历史进程中，探测仪器、探测技术、监测手段都有了极大发展。现今的监测途径主要分为地面磁测、海洋磁测、航空磁测与卫星磁测。其中，地面磁测是获取地磁场信息的主要途径，更是监测扰动磁场（如地磁暴）的重要手段；海洋磁测、航空磁测主要提升监测资料空间覆盖率；卫星磁测则具有信息量大，且覆盖面积均匀等特点，能在较短的时间内获得全球磁场资料，实现了地磁场的三维测量。通过地面、海洋、航空以及卫星的综合测量，可以获得较完整的地磁场信息。^[16]

为了能够简洁的描述某一地区的磁扰强度，科学家们设计了地磁台站3小时时段内地磁扰动强度的指数，称为“三小时磁情指数”。为了得到描述全球地磁活动的指标，人们从全球地磁台网中选择了13个中纬度台站，求出每个台站的Ks指数（即标准化K指数），然后将这些Ks指数经过数学转换得到“行星际三小时磁情指数”Kp。^[16]

地磁活动预报按时间尺度可分为三类：短期（1小时至数天）、中期（数周至数月）、长期（半年至一个太阳活动周），预报内容为地磁指数。预报方法有两个类型：基于统计模型和基于物理原理。^[51]

美国地质调查局地磁计划利用遍布美国的14个地面天文台网络监测地球磁场的变化，天文台数据被用于计算测量磁暴强度标准指数。美国国家海洋和大气管理局（NOAA）的空间天气预报中心（Space Weather Prediction Center）和美国空军气象局（U.S. Air Force Weather Agency）则根据天文台数据来发布地磁警告和预报。^[25]空间天气预报中心根据Kp指数确定了5个等级，以及每个等级对应的影响和平均发生频率，提供的预报有3日地磁活动概率预报、Ap指数的实测值和预报值、4 类地磁活动的概率预报、3小时Kp指数预报。^[18][52]

2024年3月25日，在成都举行的信鸽比赛中，成都信鸽协会秘书长陈帅表示，早上7点的一场短距离（50公里）比赛，有近6000羽信鸽刚放飞时，估计受了一些地磁暴短暂影响，导致整体速度变慢。陈帅对此解释称，当天其他十来场300公里左右的比赛，正常速度每分钟1300多米，而这场比赛最快的也就1100多米每分钟以内。好在这次受地磁暴的影响不是很大，信鸽最终归巢率在90%左右。^[53]