Konserwacja i modernizacja podstawowej osnowy magnetycznej kraju Jan Kryński, Elżbieta Welker Instytut Geodezji i Kartografii Centrum Geodezji i Geodynamiki
Treść prezentacji 1. Pole magnetyczne Ziemi 2. Polska sieć punktów wiekowych - struktura sieci punktów wiekowych - wymagania pomiarowe - opracowanie obserwacji - konserwacji i modernizacja 3. Zdjęcie magnetyczne kraju 4. Wykorzystanie danych magnetycznych 5. Europejskie standardy magnetyczne 6. Podsumowanie
Zmienność pola magnetycznego Ziemi szybka znacząca niedokładnie prognozowalna opartych na Pole magnetyczne Ziemi (1) potrzeba ciągłych badań zmian pola aktualnych pomiarach z obserwatoriów magnetycznych (ciągły monitoring potrzebny do aktualizacji modelu globalnego oraz do wykorzystania tego modelu - jako wzorca odniesienia dla bieżących badań pola magnetycznego Ziemi i - do redukcji terenowych pomiarów magnetycznych) i regularnie powtarzanych pomiarach na sieci punktów wiekowych (wartości z punktów wiekowych uszczegóławiają model poprzez wprowadzenie ewentualnych lokalnych anomalii pola magnetycznego)
Pole magnetyczne Ziemi (2) zdjęcie deliknacji magnetycznej kraju potrzebne do utworzenia lokalnego (krajowego) modelu pola magnetycznego Ziemi, wykorzystywanego do wszelkich zadań związanych z magnetyzmem szczególnie istotne na terenach o dużym zróżnicowaniu pola Do aktualizacji krajowego modelu pola magnetycznego Ziemi oraz do redukcji terenowych pomiarów magnetycznych niezbędne są - wartości uzyskane na punktach wiekowych oraz - aktualne zapisy zmian pola z najbliższego obserwatorium magnetycznego lub ze stacji polowej
Polska sieć punktów wiekowych (sieć fundamentalna) (1) punkty rozmieszczone równomiernie na terenie kraju (1 punkt na 20 000 km 2 ) lokalizacja punktów w miejscach odległych od - infrastruktury zakłócającej pole magnetyczne i - lokalnych anomalii magnetycznych o niewyjaśnionych źródłach badanie zmian gradientu pola wokół miejsca lokalizacji w promieniu 20-30 m Struktura sieci punktów wiekowych Stabilizacja dwupoziomowa punktów znakami trwałymi (w Polsce słupy granitowe)
Polska sieć punktów wiekowych (sieć fundamentalna) (2) Wymagania pomiarowe czas trwania pomiaru na punkcie 2-3 dni (min. 16 serii pomiarowych) dokładność pomiaru (0.5' D; 0.3' I; 3 nt F) powtarzanie pomiaru niezależnych trzech składowych pola na punkcie co 2-3 lata dokładność wyznaczenia położenia punktu 5 m (wyznaczone za pomocą GPS) każdy punkt powinien mieć opis topograficzny w celu dokładnej jego lokalizacji i lokalizacji mir (celów naziemnych) potrzebnych do wyznaczenia kierunku północy geograficznej
Polska sieć punktów wiekowych (sieć fundamentalna) (3) Opracowanie obserwacji pomiary są redukowane momentalnie do obserwatorium bazowego (Centralnego Obserwatorium Geofizycznego IGF PAN w Belsku) lub do wariograficznej stacji polowej obliczenie przyrostu mierzonego elementu między punktem pomiarowym i obserwatorium na moment obserwacji ostateczne wartości składowych pola magnetycznego na punkcie wiekowym otrzymuje się przez dodanie wyznaczonego przyrostu do średniej wartości rocznej w obserwatorium bazowym przegląd sieci odbywa się na bieżąco przy każdorazowym pomiarze i w miarę potrzeby następuje rekonstrukcja punktu wiekowego lub jego przeniesienie ważna jest wtedy możliwość wykonania jednoczesnych pomiarów na punkcie starym i nowym w celu zachowania ciągłości serii pomiarowych
Polska sieć punktów wiekowych (sieć fundamentalna) (4) Konserwacja i modernizacja zbadanie zmian infrastruktury wokół punktu po przyjeździe na pomiar w miarę konieczności odkrycie punktu oraz oczyszczenie terenu wokół niego okopanie stanowiska kontrola stabilizacji punktu przy każdorazowych pomiarach przeniesienie punktu w nowe miejsce po stwierdzeniu zmian pola magnetycznego w jego okolicy poprawa stabilizacji punktu (nowe centrowanie) Punkty wiekowe po przeglądzie: Punkt prawidłowo zastabilizowany (Okmiany) Punkt z uszkodzoną stabilizacją (Klonów)
pomiary deklinacji magnetycznej na około 3 500 punktach wykonano w latach 1955-1959: - punkty stabilizowane palikiem drewnianym, rozmieszczone równomiernie na terenie kraju i zagęszczone w terenie anomalnym - pomiary wykonano w ciągu jednego dnia w 2-4 seriach pomiarowych - dokładność pomiarów deklinacji 1' w 1965 r. na 756 punktach dokonano pomiaru 3 niezależnych elementów pola pomiary deklinacji magnetycznej powtórzono na 460 punktach w latach 2003-2004 i powtórnie w latach 2012-2013 Zdjęcie magnetyczne kraju (sieć podstawowa) (1) analiza różnic pomiarów archiwalnych i aktualnych wykazała konieczność wykonywania powtórnych pomiarów na punktach sieci, szczególnie w rejonach anomalnych, co najmniej raz na 20 lat
Zdjęcie magnetyczne kraju (sieć podstawowa) (2) pomiary na Bałtyku 1970-1972 ~430 pkt dane archiwalne ~630 pkt pomiary na Bałtyku 1971-1990 ~220 000 pkt zgodnie z projektem Rozporządzenia MSWiA w spawie osnów punkty krajowego zdjęcia powinny być stabilizowane znakami trwałymi i powinny być na nich wykonywane pomiary trzech składowych (D, I, F)
Wykorzystanie danych magnetycznych badania zmian wiekowych pola magnetycznego Ziemi na terenie kraju i Europy opracowywanie map magnetycznych deklinacji na podstawie wartości z punktów zdjęcia magnetycznego kraju, zredukowanych do właściwej opracowaniu epoki prace usługowe obejmujące - obsługę magnetyczną na lotniskach - pomiary towarzyszące badaniom geofizycznym - pomiary dla celów nawigacyjnych dla służb cywilnych i wojskowych
Europejskie standardy magnetyczne Pomiary pola magnetycznego Ziemi to pomiary absolutne utrzymywanie jednolitego standardu europejskiego w obserwatorium bazowym jako poziomu odniesienia pomiarów magnetycznych cykliczne sesje porównywania instrumentów obserwatoryjnych jednolity sposób obliczania i uaktualniania baz kontrola instrumentów pomiarowych w obserwatorium bazowym (Centralne Obserwatorium Geofizyczne IGF PAN w Belsku) co najmniej 2 razy w roku przed i po sezonie pomiarowym opracowanie jednolitych standardów pomiarowych i redukcyjnych w ramach działalności powołanej w 2003 roku grupy MagNetE (Magnetic Net for Europe), (spotkania grupy 23 krajów Europy co 2 lata wymiana aktualnych danych i nowych opracowań)
Podsumowanie (1) Z ponad stuletnich badań zmian pola magnetycznego Ziemi wynika, że nie da się uniknąć systematycznych pomiarów ziemskiego pola magnetycznego ze względu na nieprzewidywalność i szybkość zmian tego pola, szczególnie w ostatnim 10-leciu Coraz więcej krajów widzi potrzebę założenia sieci punktów wiekowych i wykonywania na nich pomiarów magnetycznych (jest to też jedno z zadań grupy MagNetE)
Podsumowanie (2) W Polsce od lat 1950. sieć punktów wiekowych dzięki staraniom IGiK - jest na bieżąco konserwowana i - wykonywane są na jej punktach systematyczne pomiary 3 niezależnych składowych pola magnetycznego Polska, jako jedyna w Europie dysponuje ciągiem ponad 60-letnich obserwacji magnetycznych stanowiących unikalny materiał do - badań zmian wiekowych pola magnetycznego i - redukcji pomierzonych wartości deklinacji magnetycznej sieci podstawowej (zdjęcie magnetyczne) na dowolną epokę; ciągłość tych pomiarów należy bezwzględnie utrzymać Zdjęcie deklinacji magnetycznej wykonane w latach 1955-1959 bardzo dobrze oddaje charakterystyczny dla Polski rozkład deklinacji. Należy jednak zdjęcie to weryfikować aktualnymi pomiarami przynajmniej co 20 lat potrzebę takich prac potwierdziły wyniki z powtórnych pomiarów na punktach sieci wykonanych w XXI wieku (dużej uwagi wymaga przede wszystkim teren północno-wschodni Polski ze względu na lokalne, silne i liczne anomalie)