感应式磁力仪磁暴数据分析

本文对子午工程感应式磁力仪(SCM)与传统磁通门磁力仪(GM4)记录的磁暴基本特征进行对比分析,GM4记录的波形不论在磁场平静时还是在磁暴时,各个台站波形相关性很高,GM4记录到完整的磁暴变化形态,SCM记录的磁暴非常规磁暴变化形态.SCM在磁场平静时波形相关性很低,磁暴时各个台站波形相关性很高,可能是由于SCM分辨率较高,磁场平静时记录到更多的台站背景噪声.GM4和SCM磁暴时,Z分量急始方向都向上,且各个台站一致,GM4的H水平分量急始方向向上,而SCM的X分量急始方向朝下,这是因为GM4的H分量探头朝向地磁北极,而SCM探头方向朝向地理北极.磁暴时,GM4的H差分结果与SCM的X分量数据相关性很高,GM4的Z分量与SCM的Z分量差分结果相关性并不高,这可能是因为:(1)磁暴时H水平分量或者X分量表现比较明显,而Z分量虽然有变化,但是变化不如H分量剧烈,(2)GM4的三分量探头集成在一个探头盒中,且有水平泡等保证水平,正交性较好,而SCM的Z分量安装时是安装在一个垂直的坑中,而三分量是否严格正交没有经过检验,可能由于安装方法存在误差,造成GM4的Z分量差分结果与SCM相关性不高.     

第23太阳活动周期太阳风参数及地磁指数的统计分析

日冕物质抛射(Coronal Mass Ejection,简称CME)和共转相互作用区(Corotating Interaction Region,简称CIR)是造成日地空间行星际扰动和地磁扰动的两个主要原因,提供了地球磁暴的主要驱动力,进而显著影响地球空间环境.为深入研究太阳风活动及受其主导影响的地磁活动的时间分布特征,本文对大量太阳风参数及地磁活动指数的数据进行了详细分析.首先,采用由NASA OMNIWeb提供的太阳风参数及地磁活动指数的公开数据,通过自主编写matlab程序对第23太阳活动周期(1996-01-01—2008-12-31)的数据包括行星际磁场Bz分量、太阳风速度、太阳风质子密度、太阳风动压等重要太阳风参数及Dst指数、AE指数、Kp指数等主要的地磁指数进行统计分析,建立了包括269个CME事件和456个CIR事件列表的数据库.采用事例分析法和时间序列叠加法分别对两类太阳活动的四个重要太阳风参数(IMF Bz、太阳风速度、太阳风质子密度、太阳风动压)和三个主要地磁指数(Dst、AE、Kp)进行统计分析,并研究了其统计特征.其次,根据Dst指数最小值确定了第23太阳活动周期内的355个孤立地磁暴事件,并以Dst指数最小值为标准将这些磁暴进一步分类为145个弱磁暴、123个中等磁暴、70个强磁暴、12个剧烈磁暴和5个巨大磁暴.最后,采用时间序列叠加法对不同强度磁暴的太阳风参数和地磁指数进行统计分析.统计分析表明,对于CME事件,Nsw/Pdyn(Nsw表示太阳风质子密度,Pdyn表示太阳风动压)线性拟合斜率一般为正;对于CIR事件,Nsw/Pdyn线性拟合斜率一般为负,这可作为辨别CME和CIR事件的一种有效方法.从平均意义上讲,相较于CIR事件,CME事件有更大的南向IMF Bz分量、太阳风动压Pdyn、AE指数、Kp指数以及更小的Dstmin.一般情况下,CME事件有更大的可能性驱动极强地磁暴.总体而言,对于不同强度的地磁暴,Dst指数的变化呈现出一定的相似性,但随着地磁暴强度的增强,Dst指数衰减的速度变快.CME和CIR事件以及其各自驱动的地磁暴事件有着很多不同,因此,需要将CME事件驱动的磁暴及CIR事件驱动的磁暴分开研究.建立CME、CIR事件及地磁暴的数据库以及获取的统计分析结果,将为深入研究地球磁层等离子体片、辐射带及环电流对太阳活动的响应特征提供有利的帮助.     

三轴磁通门传感器水平和定向对地磁日变化观测数据的影响

针对多套三轴磁通门传感器在同一观测环境下,日变化观测曲线不是完全重合,存在观测数据的不一致性问题,通过理论计算和地磁台站测试实验,分析仪器的定向、底座水平与地磁各分量观测数据之间的变化规律并给出其定量关系.实验结果表明:若存在定向误差角α,则表现为D分量的观测曲线中包含了一定比例的H分量;在水平面内,若存在磁传感器以H分量为轴在ZOD平面内的旋转夹角φ,则表现为D分量的观测曲线中包含了一定比例的Z分量;若存在磁传感器以D分量为轴在ZOH平面内的旋转夹角θ,则表现为H和Z两分量的记录数据中分别包含了一定比例的对方分量成分.      

大磁暴期间TIEGCM模式和CHAMP卫星热层大气密度扰动特性的统计研究

本文统计分析了2001—2005年的39次大磁暴事件(Dst-100nT)期间TIEGCM模式和CHAMP卫星大气密度数据.研究结果表明,模式结果与实测数据具有较好的一致性,但仍存在一定的偏差.大气密度及增量与SYM-H指数相关性较好,并且随纬度、光照条件和地磁活动水平变化.模式低估了磁暴期间大气密度的增幅,特别是在地磁活动水平较强时模式与实测的偏差较大.模式的偏差在高纬地区高于低纬地区,日侧高于夜侧.Dst指数越低,偏差越大,而当Dst指数低于-150nT以后,绝对偏差和相对偏差变化不明显.     

地磁垂直分量Z日变幅逐日比及其与磁暴和地震的关系

地磁垂直分量Z日变幅逐日比是基于变化磁场在地球电导率的作用下会产生一个与变化磁场相反的感应磁场, 该感应磁场不仅包含了外空磁场的信息, 还包含了地下电导率的信息。 因此, 相对于地磁场其他成分来说Z分量更多地反应了地下活动的变化, 逐日比是利用前后两日地磁Z分量日变幅相比来提取该异常现象, 但磁暴可能会对逐日比异常判定产生影响。 我们取1984年至今江苏区域范围达到逐日比异常判定指标的29个事件结合磁暴以及该异常事件之后和地震的对应关系进行统计分析。 研究发现, 无磁暴时逐日比异常和预测范围内地震对应关系达到0.77, 有磁暴时逐日比异常和地震对应关系为0.25。 综合分析认为逐日比异常事件发生后, 若该日无磁暴或者Dst指数小于异常第二日, 那么该异常为地震前兆的可能性大概为0.8, 反之则该异常有可能是磁暴的影响而不是来自于地下活动的影响, 需结合其他前兆分析方法进行综合分析, 该研究增强了逐日比异常判定地震地磁前兆信息的可靠性。     

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。     

基于XGBoost机器学习的地磁日变重构方法研究

为了重构或恢复存在严重干扰或数据缺失的台站观测数据,本文基于周边已有台站的高质量观测数据采用XGBoost机器学习方法重构地磁日变数据.仿真试验结果显示,无论是磁静日还是磁扰日,地磁场分量的绝对残差均值均低于0.1 nT.试验统计数据及重构结果残差曲线的对比分析表明,地磁日变重构精度与地磁活动性和待重构信号的时变剧烈程...     

地磁场对1999年9月空间天气大事件的响应

1999年9月22－25日发生一个大磁暴（Dst=-164nT).磁暴主相开始的头1小时伴随有丰富的Pc型地磁脉动，包括Pc2,Pc3,Pc4等。在行星际磁场Bz由北向转向南向后，磁暴主相开始，南向分量达到最大值后大约2小时，地磁H分量达到最小值，恢复相开始，并且，这次磁暴与太阳风各参数以及星际电场也存在一定的对应关系。     

新疆地磁台磁暴特征分析

统计新疆各地磁台自2009～2016年间的磁暴,对磁暴的起止时间、水平分量H、总场F初相幅度以及各分量的最大变化幅度进行对比分析。结果发现,约50%磁暴发生在劳埃德季节的E季节。磁暴发生时,不论是水平分量H、磁场强度的初相幅度,还是水平分量H、磁偏角D、垂直分量Z最大变化幅度均受纬度控制。赤道环电流体系在喀什地磁台影响较强,在喀什至乌什之间,影响迅速减弱;而在乌什、乌鲁木齐、温泉、克拉玛依之间,赤道环电流体系的强度减弱比较缓慢。     

地磁日变化记录准确度标定结果分析

为了定量考察地磁相对记录仪器记录到的地磁日变化的准确程度,对我国地磁台网中7个地磁台站2009年度的日变化准确度标定基线值数据的精度和稳定性进行分析,并选取成都、喀什2个台站2009年、2010年的数据,研究标定基线值随地磁日变化的变化情况.结果表明,在整个观测时段,D、H、Z三分量基线值的变化幅度及测量误差很小,在选...     

地磁台站连续观测分钟值连接阈值选择

对流动地磁矢量观测数据进行日变通化时,需借助周边地磁台站长时段连续观测分钟值数据,以计算测点处观测时刻至通化日零时H、D和Z三分量变化量,而台站实际相对记录数据多存在相邻两日非正常台阶差值,需予以消除,以保证数据的连续性。选取满洲里、德都、蒙城、泰安、静海、隆尧、锡林浩特和长春8个固定地磁台站2020年5月相对记录数据,讨论H、D和Z分量的连接阈值。为筛选得到更多的台阶值,首选较小值进行连接尝试,分析台阶值在相邻两台站的同步性,并统计台阶值出现前后连续分钟值的正常波动幅度,讨论台阶值的合理性,进而对阈值进行调整,得到3个分量的合理阈值分别为1.0 nT、0.35 nT和0.4 nT。在实际应用中,由于不同台站的地磁观测数据质量存在差异,根据需要可适当提高阈值,尤其是Z分量阈值。     

地磁场H、D受HVDC输电干扰特征分析

以受宁东线高压直流（HVDC）输电干扰相对严重的11个地磁台站为主要研究对象,以蒙城台为干扰幅度量取的参考台站,研究了地磁场水平分量H、磁偏角D受HVDC输电的干扰特征.发现H和D受HVDC输电干扰具有同步性和偏向性;同一HVDC输电线路两侧H和D干扰幅度具有线性关系,但线性关系明显弱于垂直分量Z干扰幅度的比例关系;接地极附近台站各自的Z、H、D干扰幅度具有线性关系.之后对H和D干扰产生的机理进行了深入的定性分析.根据得到的干扰特征的结论,提出了以红山台Z、H、D为输入的本研究相关台站的Z、H、D为输出的自动计算方法.经过误差分析,本方法平均误差水平低于国家地磁学科中心当前使用算法误差水平,最高降幅达42.9%.     

太阳活动周磁暴与亚洲M_S 7.0以上地震活动关系

将1996—2015年太阳黑子数、强磁暴和M_S≥7.0亚洲浅源地震,按Dst指数大小对磁暴进行分类和统计,按震级大小对地震进行分类统计,结果发现,在1996—2015年太阳活动周下降年易发生大磁暴,且M_S≥7.0地震年发生率明显高于太阳活动周上升年、极大年和极小年。     

1985—1990年地磁基准台站时均值数据集

北京、佘山、长春、拉萨、广州、武汉、兰州、乌鲁木齐地磁台在中国最早开始地磁观测,系统收集、清理8个地磁台在1985—1990年的历史资料,采用数码拍照和人工录入方式,实现纸质资料数字化,同时研制数据入库软件,将梳理后的数据导入“十五”数据库,并进行质量审核,实现珍贵历史资源的电子化、数据化、标准化和规范化,为数据的后续使用奠定基础。本数据集展示了8个地磁台站在1985—1990年的地磁观测数据,数据内容由磁偏角（D）、水平强度（H）和垂直强度（Z）3个要素的绝对时均值组成。利用该数据集,可以开展地磁场、空间天气以及关系国计民生的导航、通讯、电网、高铁、油气管道等的研究工作。     

Understanding the effect of a static driving shear stress on the liquefaction resistance of medium dense granular soils

The influence of a driving static shear stress on the liquefaction resistance of medium dense granular soils is investigated. A laboratory study of the behavior of five sands (percentage of silt varying between 2 and 42%, and D₅₀ varying between 0.55 and 0.09 mm) was undertaken. These five sands were sampled from the foundations of two dams in Quebec (Canada). Sixty cyclic direct simple shear (DSS) tests were performed with and without a driving static shear stress. Relative densities D_r varied between 60 and 70%, and static shear stress ratios =τ_st/σ′_vc varied between 0.2 and 0.6. The presence of static shear stress increased the cyclic strength of these soils. A relation between and K() factor giving the effect of preshearing on cyclic shear resistance is obtained. The mechanical competence is examined as a function of D₅₀ and percentage of fines. The observed dilatancy yielded rather cyclic mobility than liquefaction.     

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。     

新疆塔什库尔干MS 5.5地震前兆异常分析

利用地震地磁分析方法及形态分析方法,分析2017年5月11日新疆塔什库尔干M_S 5.5地震前兆资料异常特征。结果表明：喀什地磁和伽师55井深层水温均出现明显的短期异常变化,主要表现为：①喀什地磁垂直分量逐日比、加卸载响应比均出现超限的高值异常;②中国大陆地磁台站在此次塔什库尔干M_S 5.5地震前出现低点位移突变分界线;③伽师55井深层水温出现弯曲型低值异常。     

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。     

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.