CHAOS-6模型描述的中国地区地磁长期变化及误差分析

根据CHAOS-6模型,计算了2015年中国地区28个地磁台站的地磁年度变化以及2008.0—2016.5年成都、格尔木、兰州、泰安和通海5个地磁台站的地磁长期变化。分析比较了地磁台站实际观测值与CHAOS-6模型计算值之间的差异,得到两者差值的均值及均方误差。结果表明:CHAOS-6模型描述的中国地区地磁长期变化与地磁台站实际观测的地磁长期变化趋势基本一致,但存在一定的差异,28个台站的磁偏角(D)、磁倾角(I)、地磁总强度(F)、北向分量(X)、东向分量(Y)、水平分量(H)、垂直分量(Z)差值的均值和均方误差的平均值分别为-0.9'/1.7',-29.3'/0.8',-116.3 nT/10.2 nT,264.7 nT/13.6 nT,-27.7 nT/15.0 nT,265.2 nT/13.7 nT,-356.9 nT/8.0 nT。因此,在使用CHAOS-6模型研究中国地区区域问题时,应充分考虑模型的误差大小。     

中国及邻近地区地磁长期变化分析

利用2010.0—2016.0年中国国际地磁交换台站和中国邻近地区共14个地磁台站的X,Y,Z分量观测数据,结合世界资料中心发布的静扰日数据,计算了台站十日静日午夜均值,并进行三次多项式拟合,得到X,Y,Z分量的长期变化和年变率。同时,利用CHAOS-6和IGRF-12模型计算了2010.0—2016.0年F分量的长期变化,分别得到了CHAOS-6及IGRF-12模型计算值与台站观测值的差值。结果表明:同一地区的台站X,Y,Z分量变化趋势基本一致;Z分量的平均年变率与X,Y分量相比偏大;CHAOS-6和IGRF-12模型描述的F分量的长期变化与台站观测值之间的差值的绝对值分别为4.8～253.7 nT和0.9～420.0 nT。产生上述误差的原因主要是CHAOS-6和IGRF-12模型是描述全球地磁场的模型,而地磁场及其长期变化具有显著的区域特征和局部特征。     

2020年新疆于田MS6.4地震前地磁谐波振幅比变化特征分析

以2020年6月26日于田M_S6.4地震为例, 采用地磁谐波振幅比法, 选用距震中370 km和360 km范围内的且末台、 狮泉河台所记录到的秒值连续波形数据, 对震前地磁异常进行了提取和回溯性分析, 发现地磁谐波振幅比反映了观测点深部电阻率变化, 2020年于田M_S6.4地震前且末台和狮泉河台地磁谐波振幅比出现了较明显的异常现象。 异常特征有: ① 地磁谐波振幅比Y_ZHx和Y_ZHy主要表现为“下降—转折—恢复”的形态, 地震发生在下降型变化恢复之后上升阶段; ② 震前约2年起, 且末台和狮泉河台谐波振幅比表现长短周期变化不同步或NS向与EW向变化不同步的现象; ③ 且末台Y_ZHx(NS)和狮泉河台Y_ZHy(EW)谐波振幅比异常变化中的转折上升形态具有自较长周期向较短周期的迁移现象; ④ 狮泉河台谐波振幅比趋势性异常起始时间早于且末台, 持续时间平均2年左右, 最大异常幅度达到0.04; ⑤ 且末台Y_ZHx(NS)和狮泉河台Y_ZHy(EW)异常相比对应其他分量更为显著, 这也许震中和台站所在位置有关系; ⑥ 地震前和田大地电场(距震中约265 km)岩体裂隙优势方位角(α)也显示异常变化, 可见该地震前多地球物理探测参量的异常响应, 呈现多地球物理量耦合, 增加了异常可信度。     

上海深井地震综合观测地磁资料分析

运用崇明长江农场台和浦东张江台新建地震综合深井地磁三分量资料,宋用小波变化方法,研究地磁场井下观测方式、数据质量和噪声特性.结果表明:①深井地磁观测资料日变形态明显,与地面观测资料一致性较好;②深井地磁观测能滤除大部分空间变化磁场产生的扰动;③深井观测的背景噪声幅度小,扰动频段集中.     

涉县地震台地磁加卸载响应比异常分析

2019年1月7日涉县地震台地磁Z分量加卸载响应比出现高值变化,通过检测观测系统、调研测区环境、分析空间磁场影响、对比同台多套仪器及对比河北省内其他台站相同仪器和分析震例等,认为涉县台地磁加卸载响应比高值变化不排除是地震地球物理异常的可能。     

基于中国地磁台网地磁子夜均值数据对地磁急变的分析

为探索地磁长期变化中地磁急变事件的识别方法,分析地磁急变的特征,本文基于多个地磁台站子夜均值数据,利用线性拟合方法计算了地磁场X,Y和Z三个分量的年变率,对近年来发生的地磁急变事件进行了识别和分析。结果显示:Y分量能对分析时段内已报道的地磁急变事件进行很好的识别,其中1999年的地磁急变事件,在我国区域内发生的时间可能为1998年,此外2017年可能存在一个新的地磁急变事件;Z分量年变率整体变化平缓,2001年和2013年前后发生两次显著的地磁年变率变化,并且分别早于2003年和2014年两次显著的地磁急变事件时间,这与下地幔的高电导率层对不同分量地磁信号从核幔边界传播至地表过程中的延迟作用有关;X分量年变率出现多次地磁急变事件特征,其变化与D_st指数年变率变化具有相关性,可利用其去除X分量年变率中存在的外部空间电流体系影响成分,更可靠地辅助Y分量对地磁急变事件进行识别。总体上,地磁子夜均值数据年变率的空间分布与基于第12代国际地磁参考场（IGRF12）模型计算的地磁数据年变率的空间分布所呈现的变化特征在总趋势上具有一致性,表明地磁台站子夜均值数据能够反映我国区域地球主磁场的变化特征,而分别由子夜均值数据和IGRF12模型计算的2003年Y分量年变率空间分布均存在的显著局部特征,可能与地磁急变事件的区域特征有关。      

华北中部岩石圈磁场变化与岩石圈结构间的关系

对2016—2019年华北中部地区（34.7°—41.1°N,110.3°—119.7°E）流动地磁矢量观测数据进行处理,得到连续3期岩石圈磁场年变化数据,并对岩石圈磁场空间分布形态进行分析。研究发现,磁异常分布与岩石圈结构之间有一定相关性,在太行山隆起以西、临清坳陷、鲁西断隆和鲁西断隆以东等主要结构单元表现出不同程度的差异性,但在各自单元内却呈现出较好的整体性,岩石圈磁场水平矢量H和东向分量ΔY要素分区特征较明显。从H矢量空间分布形态可以看出,高能量区多分布在太行山隆起以西和鲁西断隆周边。文水—日照ΔY要素剖面幅值变化形态与结构分区间对应较好,对主要结构单元ΔX、ΔY、ΔZ要素异常幅度均值和极值进行统计,结果表明,太行山隆起以西近期岩石圈磁场变化幅度最大,异常能量最强,其次为鲁西断隆及以东地区,而临清坳陷周边磁场变化相对较平稳。     

1950-1985年中国地磁长期变化的模型和分析

对1950年以来中国及其邻近地区的地磁观测台和复测点地磁三分量数据进行了系统地分析,求得这期间每5年的共7组地磁长期变化的模型（SV模型）.利用这些SV模型将需要的地磁观测值归算到所需的年代,很好地建立了1950-1985年中国地区的主磁场模型.文中还表示了中国地区1950年以来地磁各分量地磁长期变化的时空变化趋势.这些SV模型系数和国际参考地磁场系数计算的SV值与相应观测的SV值比较,由中国SV模型系数得到的均方值比国际参考场的小.     

1997—2016年中国大陆地区地磁台站观测环境变化定量分析

本文利用CHAOS-6地磁场模型计算1997—2016年中国大陆地区34个地磁台站模型值,分析比较模型计算值与台站实测值之间的差异,利用国际参考场模型IGRF12计算结果进行佐证。结果表明:地磁异常场模量△T作为地磁台站观测环境的一种标志,年变化显示:①中国大陆地区34个地磁基准台绝大部分位于地磁正常区或弱磁异常区,只有少数几个地磁台位于强磁异常区;②判断1个地磁台的地磁场环境,只测量总强度（F）是不够的,必须进行三分量绝对观测,利用地磁异常场模量△T评价地磁台的地磁场环境更全面、更科学合理。     

唐山M 4.8地震地磁谐波振幅比变化

针对2012年5月28日河北唐山M 4.8地震,采用地磁谐波振幅比方法,分析昌黎、静海、红山及承德地磁台2007年1月至2015年12月地磁观测数据,结果显示：各台站10 min周期的计算结果波动性明显,其他周期形态较为一致;距震中最近的昌黎地磁台Y_ZHx（NS）测向的10-40 min周期地磁谐波在下降至极低值后,开始转折时发生地震,而Y_ZHy（EW）测向未出现明显转折现象;位于河北平原地震带中部的静海地磁台对此次地震反应显著,2个测向在震前均出现下降-转折-上升的变化特征。通过对比位于不同地区的4个地磁台站地磁谐波振幅比变化,发现受大范围整体构造应力场作用的影响,计算结果具有相似的趋势性变化特征,具体到局部地区或断裂带内部,各台站之间显示出一定差异。     

华南地区地磁场长期变化特征

使用华南地区5个国家基准地磁台2008—2018年地磁观测数据,通过对磁偏角D、磁倾角I、总强度F、北向分量X、东向分量Y、水平分量H、垂直分量Z月均值及年变率的分析,研究该区地磁场长期变化特征。结果表明,华南地区5个地磁台近10年来七要素月均值及年变率均呈缓慢变化趋势,且变化量相当,反映了该区域地磁场长期变化的特征。     

北京地区地磁场Sq强度的季节变化和长期变化

本文利用北京地区的北京台（BJI）和北京十三陵台（BMT）的地磁场X、Y和Z分量时均值数据,研究了1960年至2013年期间该地区地磁场Sq强度的季节变化和长期变化.结果表明：（1）BJI台和BMT台的地磁场Sq不仅变幅相近,而且具有一致的地方时变化、季节变化、太阳活动周变化和长期变化.（2）BJI台和BMT台Sq强度的逐月变化,其中A_Sq（X）主要表现为春秋增强而冬夏减弱的季节变化.A_Sq（Y）呈现出夏季增强的半年变化.A_Sq（Z）变化较为复杂.虽然在5月和9月出现减小,但是总体来看,其变化曲线也具有夏季增强的半年变化特征.同时,Sq强度与太阳活动F₁₀₇指数之间存在明显的正相关关系,具有一致的11年太阳活动周变化和长期变化,反映出了Sq与太阳活动之间的密切关系.（3）BJI台和BMT台Sq强度差值dA_Sq表明,在大多数年份,两个台站的Sq强度之差一般不超过±2 nT,同时没有明显的季节或年周期变化特征.在2000年和2001年太阳活动高年,dA_Sq出现显著增强,最大可达12.3 nT.反映出了北京地区Sq场强度梯度的剧烈扰动与太阳活动之间的密切关系,意味着在太阳活动高年,Sq电离层发电机电流的局部结构可能发生了明显的改变.     

An inspection of the long-term behaviour of the range of the daily geomagnetic field variation from comprehensive modelling

This paper attempts to reveal whether long-term trends in the ionosphere are reflected in the amplitude range of the geomagnetic daily variation recorded at ground level. The smooth and regular variation observed in the magnetograms on magnetically quiet days is induced by the ionospheric currents flowing in the dynamo region. So it is likely that trends in the conductivity or in the dynamics of this region could produce changes in the current densities, and consequently in the range of the geomagnetic variation. The crucial aspect is how to separate the changes produced by the geomagnetic activity itself, or by secular changes of the Earth's magnetic field, from the part of the variation produced by factors affecting trends in the ionosphere, which could have an anthropogenic origin. To investigate this, we synthesized for several geomagnetic observatories the daily ranges of the geomagnetic field components with a comprehensive model of the quiet-time, near-Earth magnetic field, and finally we removed the synthetic values from the observed ranges at those observatories. This comprehensive model accounts for contributions from Earth's core, lithosphere, ionosphere, magnetosphere and coupling currents, and, additionally, accounts for influences of main field and solar activity variations on the ionosphere. Therefore, any trend remaining in the residuals, assuming that all the contributions mentioned above are properly described and thus removed by the comprehensive model, should reflect the influence of other sources. Results, based on series of magnetic data from observatories worldwide distributed, are presented. Trends in the X and Z components are misleading, since the current system changes in form as well as in intensity, producing changes of the focus latitude in the course of a solar cycle and from one cycle to another. Some differences exist between the long-term trends in the Y component between the real and modelled ranges, suggesting that other non-direct solar causes to the amplitude changes of the solar quiet geomagnetic variation should not be ruled out. Nevertheless, the results also reflect some short-comings in the way that the comprehensive modelling accounts for the influence of the solar activity on the range of the daily geomagnetic variation.     

1985-1997年中国地磁场长期变化的正交模型

选取中国地区20个地磁台,日本地区3个地磁台的基本数据,使用自然正交分量方法(简称NOC方法)求得1985-199年中国地区地磁场三分量(X ,Y,Z)的自然正交分量的时间函数,即地磁场时间变化的正交模型. 对阶数从1-9的正交分量进行了试验计算,并计算出这23个地磁台分量的均方根偏差(RMS)值. 以1995年为例 ,取kNOC=1-3,将23个地磁台的正交模型值绘出了平面等值线图. 结果显示X , Y,Z长期变化速度的等值线非常平滑,分布均匀,且均具有明显的分区特征,这反映了主磁场的长期变化规律,而其中长期变化速率比较大的地区,反映地磁场的局部特征和有关的地球物理现象.     

中国地区地磁长期变化研究

采用2000~2004年中国地区34个台站的地磁日均值数据, 计算了通日和静日的平均年变率,以及静日的拟合年变率.应用上述年变率, 建立了2000.0~2005.0年代中国地区地磁场长期变化泰勒多项式模型和曲面样条模型.分析讨论了该泰勒多项式模型和曲面样条模型与国际地磁参考场长期变化模型(IGRF-SV)的异同, 结果表明,中国地区地磁长期变化的泰勒多项式模型与曲面样条模型的形态与数值是一致的,而且与IGRF-SV长期变化的趋势也是一致的,但中国地区地磁长期变化具有区域特征.     

2000年中国地磁场及其长期变化冠谐分析

根据1998～2000年完成的118个地磁测点 和39个地磁台的三分量绝对测量资料以及IGRF2000，计算2000年中国地磁场冠谐模型(截断 阶数为8)，以及2000～2005年中国地磁长期变化冠谐模型(截断阶数为6). 球冠极位于36 °N，104°E，球冠半角为30°. 中国地磁场冠谐模型能更好地表示我国地磁场的时空变化 ，地磁场模型的均方偏差为：104.4 nT(X分量)，103.3 nT(Y分量)，123.9 nT(Z分量). 依据地磁场及其长期变化的冠谐模型，分别绘制2000年中国地磁图(F，X，Y，Z)和异常磁场图(ΔF，ΔX，ΔY，ΔZ)，以及2000～2005年地磁长期变化图(F，X，Y，Z). 指出改善地磁场模型边界效应 的途径，并对如何布设地磁复测点提出了建议.     

20世纪地磁长期变化场分析

利用IAGA（国际地磁与高空物理学协会）编制的IGRF(国际地磁参考场)研究了20世纪地磁场变化规律. 20世纪地磁长期变化场的四极子（n=2的高斯系数所表示）变化最为显著,与主磁场相比长期变化场的球谐级数收敛较慢,利用追踪异常焦点位置随时间的变化的方法,发现地磁非偶极子长期变化场的垂直分量Z的等值图上有五大异常,其漂移情况不太统一,但是基本上是西向漂移.这种西向漂移的不一致性,在某种程度上证明了地磁场模型的正确性. 20世纪地磁场长期变化的能量谱与主磁场的不同,偶极子、 四极子和八极子的变化较明显.     

IGRF-11描述的2005-2010年中国地区地磁长期变化及其误差分析

第11代国际地磁参考场(IGRF-11)是国际地磁学与高空物理学联合会(IAGA)于2009年12月提出的最新与比较准确的IGRF.根据IGRF-11模型,计算了2005-2010年中国地区地磁长期变化(SVC).IGRF-11所描述的2005-2010年中国地区地磁长期变化与实际观测的地磁长期变化(SVO)是基本一致的,但亦有明显差异.分析比较了在中国地区34个台站上的SVO与SVC之间的差异,并得到了它们之间的差值及其均方误差σ,对于地磁偏角和倾角,σ分别为0.35′/a与0.53′/a;对于地磁总强度、水平分量、北向分量、东向分量与垂直分量,σ分别为5.12nT/a,8.91nT/a,8.89nT/a,3.27nT/a与3.59nT/a.引起IGRF-11所描述的2005-2010年中国地区地磁长期变化的误差原因是:中国地区的区域性与局部性的磁异常、IGRF忽略了外源场与IGRF模型的截断阶数、全球台站与测点的分布不均匀、地磁观测误差等因素.由于中国地磁模型(CGM)优于IGRF模型,并能比较准确地描述中国地区地磁场及其长期变化,故在实际应用中应选用CGM.     

地磁绝对子夜均值年变化量空间分布特征

选用中国21个地磁基准台站2011年的绝对子夜均值数据,分析D、H、Z分量年变化量空间分布特征。结果显示,各分量年变化量等值线分布比较均匀,其中:D分量年变化量等值线大致沿南北向分布,零经线附近台站年变化量较小;H分量年变化量等值线大致呈U型分布,且中心点位于甘肃省;Z分量年变化量等值线沿纬线方向,随纬度减小而增大。