行星尺度地磁异常的长期变化

为了综合反映地球表面行星尺度磁异常的展布面积、磁场极值以及磁场分布特征等多种因素及其与磁能的关系，本文用穿过各异常区的“无符号磁通量”为特征参数来表征磁异常区强度.用第八代国际参考地磁场模型(IGRF)，分析了1900年到2000年全球最大的5个磁异常区的长期变化，结果表明，在一百年中，南大西洋(SAT)、大洋洲(AUS)和非洲(AF)3个异常区的磁通量均增加了200MWb以上，欧亚异常(EA)磁通量增加幅度稍小(157MWb)，上述4个异常区磁通量增幅为30%-60%，而北美异常(NAM)的磁通量则减小了50MWb.各异常区面积虽有变化，但最大变化仅为%左右.对磁异常区的西向漂移研究表明，地球表面和核幔界面的西漂明显存在差异：地表磁场有持续而稳定的西向漂移，全球平均西漂速度为0.2°/a；但核幔界面磁场的西向漂移速度要小得多，最大不超过0.1°/a.形成这种差异的原因可能是组成地磁场的不同球谐分量有不同的漂移速度；地表磁场的西漂主要决定于占优势的低阶分量，而核幔界面的西漂则受到高阶分量的重大影响.本文指出，在把地表西漂值用作地核磁流体运动速度的典型值时必须十分谨慎.     

非洲磁异常对地磁场结构及其长期变化的控制作用

地球非偶极磁场在主磁场结构及其长期变化中起着重要作用.非偶极磁场主要表现为行星尺度磁异常,它们是南大西洋磁异常、非洲磁异常、欧亚大陆磁异常、澳洲磁异常和北美磁异常.在这5块磁异常中,非洲磁异常对磁赤道的形状和位置以及全球长期变化特征有极大的影响.非洲磁异常的重要性主要表现在3方面：第一,由于异常区位于赤道这一特殊的地理位置,所以它极大地影响磁赤道的形状和位置.相对于偶极场的地磁赤道而言,异常区所在的中北非洲和中大西洋地区的磁赤道向北移动,最大移动量可达约15°.第二,非洲磁异常的快速西漂对全球长期变化的分布起着决定性作用,它在该异常区西边的中美洲形成了全球最主要的长期变化区,在1900~2005年期间,最大年变率Z_max超过200 nT/a.第三,非洲负磁异常区与其南面的南大西洋正磁异常区相结合,〖HJ〗它们的变化使西半球地磁场强度大大减弱,也使全球磁场发生显著畸变.这两块磁异常与深部的反极性斑区有着成因联系.     

1980-2010地磁场的变化

利用第11代IGRF模型,研究了1980-2010年期间的地球主磁场的变化特性,其中包括偶极子磁场、非偶极子磁场、西向漂移和非偶极磁场强度.结果显示1980-2010年30年期间,非偶极子磁场异常中,南大西洋正磁异常、非洲负磁异常、大洋洲负磁异常、北美正磁异常区域西漂现象任然存在,而东亚正磁异常区域具有一定的东向漂移趋势.异常区除了存在西漂之外,其强度也在不断变化的,2010年南大西洋正磁异常Z分量大小相比1900年增加了41.2%,1980年以来以73.8 nT/yr的速度增长,相比上个世纪速度在增加.非洲负磁异常增加了59.4%,1980年以来以48.0 nT/yr的速度增长.这个增长速度低于上个世纪平均增长速度(64.9 nT/yr).东亚正磁异常增加了21.6%,近三十年以11.67 nT/yr的速度增加.大洋洲负磁异常110年增加了58%,并且现在还以41.3 nT/yr的速度增长.而北美正磁异常减少了40.7%,并且有减弱的越来越快的趋势,110年来平均减小的速度为30.2 nT/yr,而近三十年以49.46 nT/yr的速度减弱.     

东亚大陆磁异常的西向漂移

西向漂移是地磁场长期变化最重要的特点之一,而西漂最显著的部分是非偶极子场部分．本文以１９００-２０００年国际参考地磁场（ＩＧＲＦ）为依据,运用无线电科学中的"移动变形图案相关分析"方法对近百年来东亚大陆磁异常的漂移运动进行了分析,得到磁异常各分量漂移矢量随时间的变化．结果表明,最能代表地磁场西漂特征的Ｚ分量异常近百年来平均西漂速度为０.０７°／ａ,明显小于全球磁场西漂的平均速度０．２°／ａ．Ｚ分量还显示出０.０２°／ａ的缓慢北向漂移．详细分析还表明,东亚大陆磁异常的漂移分为３个阶段：１９００-１９３０年为较快的西漂,平均速度为０.１０°／ａ;１９３０-１９８０年为西北向漂移,平均西漂速度分量０．０７°／ａ,北漂速度分量为０．０４°／ａ;１９８０年后漂移几乎停止,并有转为东漂的迹象．     

主磁场梯度的空间分布和长期变化特征

根据GUFM1和IGRF11模型,计算1590—2010年主磁场总强度F、水平分量H和磁倾角I三个要素的水平梯度和垂直梯度,分析了它们的空间分布和长期变化特点.结果表明:F和H的垂直梯度与其磁场的空间分布类似,水平方向的梯度以及磁倾角I在3个方向的梯度都与其磁场分布有明显差异.H的3个方向的梯度分布清楚地指示出南磁极的位置.梯度的长期变化表明,北半球磁场梯度漂移缓慢,南半球磁场梯度变化较快.磁倾角的垂直梯度显示,中太平洋负异常周围的正异常在围绕该负异常旋转.近赤道的梯度异常带在60°W附近的转折是由印度洋异常向非洲方向移动所致.     

1900-2000年非偶极子磁场的全球变化

根据第７代ＩＧＲＦ模型,计算并绘制了１９００-２０００年（时间间隔为５ａ）非偶极子磁场的全球分布,计算和分析了各个磁异常中心位置和强度的变化,东亚正磁异常、大洋洲负磁异常、南大西洋正磁异常、非洲负磁异常和北美洲正磁异常是分布范围广、异常强度大的５个磁异常。南大西洋正磁异常是强度最大的磁异常。在２０世纪９０年代以前,东亚正磁异常的强度位居第２位,９０年代以后,非洲负磁异常的强度（绝对值）超过东亚正磁异常,成为第２大磁异常。磁异常强度增长最快的是非洲负磁异常、南大西洋正磁异常和大洋洲负磁异常。南大西洋正磁异常和非洲负磁异常是磁异常中心位置变化最快的两个磁异常。     

电离层赤道异常两日振荡的数值模拟

近20年来,国外学者对电离层赤道异常问题的数值模拟研究未考虑到大气行星波对潮汐发电机电场的调制效应,因而不能解释赤道异常峰值的逐日变化.本文结果表明二日波对F_2区电子浓度的输运有很大影响.这一方法可以推广到赤道异常各种长周期行星波振荡的数值研究. 本文从非定常等离子体连续方程出发,建立包含行星波振荡对E×B漂移的调制效应的方程,并给出数值模拟的方法以及可与实际观测进行比较的结果.文中取二日波漂移振幅为U_p=0 m/s、5m/s、10m/s,而初位相分别为φ=0°、90°共四种情形进行了模拟,结果表明,二日波的调制可使赤道异常的时空分布以及异常峰值产生明显的逐日变化.在所选取的模型中,取U_p=5m/s,φ=0°所得到的f_0F_2t的二日分布特征与观测较吻合.而u_p约5m/s的变化能引起异常峰值f_0F_2约1-2MHz的起伏,而二天之内f_0F_2的二个峰值表现出约2-4MHz的起伏.     

中国地磁场的三维结构及其长期变化

本文用矩谐分析方法得到了中国及邻近地区地磁场的三维模型。通过对本区磁异常水平分布特征及垂直递减率的分析可以推论出:中国及邻区的地磁测量资料会对国际地磁参考场（IGRF）的八极子（n=3）和更高阶磁极子（n>3）的系数计算产生影响。在1965-1970年期间,西藏磁异常中心及西太平洋磁异常中心以0.4°/年的平均速率西漂,同时以0.2°-0.6°/年的平均速率向北移动;X和Y分量的异常极值以3γ/年的速率增强,Z分量的异常极值以2-7γ/年的速率在减弱。     

Sq外源和内源电流体系的经度效应和UT变化

根据ＩＧＹ／ＩＧＣ期间全球地磁台网以及中国地磁台站的资料，计算出每－ＵＴ小时的Ｓ_ｑ外源和内源电流体系．对Ｓ_ｑ电流体系ＵＴ变化和经度效应的分析研究表明，Ｓ_ｑ外源电流体系的空间图案没有显著的ＵＴ变化，电流涡焦点的地理纬度与磁赤道有密切关系，其变化范围，北半球为２５°－３５°Ｎ，南半球为３０°－４２．５°Ｓ．外源电流总强度的平均值为２２９ｋＡ（北半球）和１７３ｋＡ（南半球），其变化范围为±５０ｋＡ（北半球）和±４０ｋＡ（南半球）．Ｓ_ｑ内源电流体系的图案和强度有显著的ＵＴ变化，电流体系焦点纬度有类似于外源电流系的变化．在大西洋、印度洋、北太平洋地区，内源电流体系的总强度明显小于大陆地区的内源电流强度，表明这些大洋地区上地幔电导率低于大陆地区．     

1900-2000年地球主磁场的本征模分析

利用1900-2000年国际参考地磁场模型（IGRF）,对地球主磁场的空间结构和长期变化进行了自然正交分量分析,得到了组成地磁场的主要成分（本征模）及其随时间的长期变化（SV）．第一本征模描述主磁场稳定结构的总体特征,其强度随时间单调减小;第二本征模主要描述印度洋和南大西洋地区正异常特征,其强度也随时间单调变化;第三本征模对应于加勒比地区正异常,其强度呈100a周期的变化,目前正处于下降阶段;第四本征模的主要特点是北美正异常和南亚负异常,其强度呈80a周期的变化;第五本征模对应尺度较小的局部磁异常,其强度的变化周期约60a;第六及其以后的本征模则对应空间尺度更小和时间变化更快的磁异常．分析表明,太平洋地区的磁场经历着缓慢的单调减小变化,其结构比较稳定,几乎完全包括在第一本征模中．但是,印度洋磁场结构较复杂,它是由空间结构不同和变化周期各异的多个本征模组成的．大西洋的北部、中部和南部分属不同本征模,它们有完全不同的时间变化特性．     

地磁场长期变化特征及机理分析

将地磁场的总变化分为三部分：偶极场自身变化，非偶极场自身变化及非偶极场磁斑区通过对核幔边界（CMB）层环形电流的调制来影响偶极场的变化. 本文利用国际地磁参考场模型IGRF）1900～2000计算分析了地球不同深度地磁场分布及长期变化特征，且讨论了变化的可能机制. 可以推论，地磁场西漂和倒转不仅是非偶极场引起，同时与偶极场有密切关系.     

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.     

二十世纪的地球偶极子磁场

1900~2000年的IGRF(国际地磁参考场)资料使研究20世纪中地磁场的变化规律成为可能,在20世纪中,即使从19世纪起,地球偶极子磁场发生了较大的变化,偶极矩一直保持衰减的势头,地心轴的所有3个分量都是减小的.地磁南极的位置变化在1930年左右发生大的转折,1960年起向西和向南快速移动,偶极子轴在纬度方面变化只有1°左右,经度变化在3°左右,离磁极倒转的条件差得远.     

古地磁学在地磁场起源研究中的应用

地磁场起源及其倒转是地球科学的难题之一。究其原因一方面是由于无法直接观测地球内部发生的物理过程,另一方面是由于缺乏理论与实验相结合的综合研究。本文以磁流体力学为基础,将古地磁学与αω发电机理论结合在一起进行分析和研究。得出了如下新观点:(1)洛仑兹力在地核发电过程起负反馈作用;(2)较差旋转控制着地磁场西向漂移,(3)α作用使地磁极偏离地球自转轴     

非偶极子磁场西向漂移的频散特征

根据第8代国际参考地磁场的资料,本文采用Briggs方法对1900～2000年期间m=1～10次谐波的磁位的全球平均西向漂移速度进行了计算和分析,得出了与Hide的理论预测完全不同的频散特征,即地磁场西向漂移呈现出负频散特征.本文还就Briggs方法得到的结果与采用Malin纬度剖面法的结果进行了比较和讨论,结果表明,正是由于非偶极子磁场的某些谐波分量及其漂移速度的全球分布存在着纬度依赖性,导致了两种方法计算出的个别谐波的漂移速度存在着较大的差异.     

山西大同-阳高5.6级地震前的地磁异常及预报

对 1999年 11月 1日山西大同—阳高 5 .7级地震前的流动地磁、日变形态出现的异常及其间不断增强的磁暴进行了分析 ,叙述了用这些异常进行预测预报的过程 ,得出以磁报震可用于短期预报的结论