墨西哥及邻近地区地壳磁异常场研究

基于墨西哥国内49个地磁测点的3分量数据,利用全球模型CM4,区域模型Taylor多项式及曲面Spline 模型计算并分析了地壳磁异常场,并在境外均匀选取了16个CM4模型的地壳场值作为补充点以控制边界效应.为了进一步比较验证,还选用了最新的EMM2010模型.结果显示将实测值减去CM4地核场的差值所得到的磁异常分布与直接基于测点的CM4磁异常分布在分布形态和强度都有较大的差别,而与基于实测值的Spline网格值减去CM4地核场网格值后非常类似.总强度F在境内以负值居多,强度随纬度的升高其强度由大变小再变大;水平分量H在境内以正值居多,强度随纬度的升高而强度变大;磁偏角D分量除了西北部分区域外,其它区域都为正值,强度随经度的升高而变大.基于现代高精度的CM4及EMM2010模型绘制了墨西哥地区的磁异常网格值进行比较,两者间存在的差异主要由截断阶数与所使用卫星数据的不同所致.通过实测值结合Taylor多项式和曲面Spline两种区域模型研究磁异常,认为若进行地磁场异常的理论研究,可采用现有的高精度全球模型绘制的磁异常图,若进行实际的工程应用,可从实际的测点出发,结合常用的区域模型进行应用,曲面Spline模型较适于模拟区域地区的地壳磁异常.     

用曲面Spline方法表示1900～1936年中国（部分地区）地磁场及其长期变化的分布

根据19360年426个地磁测点和28个IGRF计算的地磁数据，计算地磁场和地磁异常场各个分量的曲面Spline模型，并绘制相应的地磁图和地磁异常图.依据我国部分地区的1909～1915，1915～1920，1920～1930，1930～1936年间地磁偏角长期变化图，1908～1917，1917～1922，1922～1936年间水平强度长期变化图和1908～1922，1922～1936年间垂直强度长期变化图，使用曲面Spline方法，分别计算上述9个时间段的磁偏角（D）、水平强度（H）和垂直强度（Z）长期变化的曲面Spline模型，并绘制相应的长期变化图.根据这些长期变化模型，将19360年426个点的三分量绝对值数据归算至1940，1930，1920，1910年和1900年，从而为计算这5个年代的地磁场模型奠定了坚实的基础.     

基于三维Taylor模型的福建及邻近地区地磁模型研究

基于福建及邻近地区高密度的256个地磁场矢量(D、I、H分量)实测数据,结合全球陆地1km基准海拔高度工程的网格数据以及最新的第十二代国际地磁参考场模型(IGRF12),采用三维Taylor多项式模型构建了福建地区的地磁场模型.通过比较均方偏差(RMS)、磁场实际分布以及残差等,结果显示:(1)当三维Taylor模型的截断阶数(N)为2时,可基本反映N为6时的二维Taylor模型的拟合效果;(2)三维Taylor模型计算方便,精度较高,但较易出现龙格现象,因此在确定截断阶数时既要考虑模拟精度,还需要考虑边界效应问题.     

基于三维Taylor多项式和曲面Spline模型的区域磁异常场研究（英文）

使用三维Taylor多项式模型,结合曲面Spline模型以及1960.0、1970.0、1980.0、1990.0和2000.0年的实测三要素数据以研究中国大陆地区的地磁异常场。为了获取较为真实可靠的磁异常场,从实测数据中移除了主磁场和电离层磁场和磁层磁场的感应场部分。将两种模型所得到的磁异常与基于实测点和Kriging插值法得到的磁异常相比较。通过将所有测点归算至2000.0年以研究磁异常的整体分布情况。结果显示无论分布还是强度,基于曲面Spline模型和基于Kriging插值法的总强度F的磁异常基本相似。对于整体分布而言,地磁要素X、Y、Z和F的磁异常分布都以负值为主。基于三维模型的磁异常显示随着经度的增加,要素X的强度由-100增加到0nT左右,要素Y的强度从400降低到20nT左右,大陆东部地区基本为负值。要素Z和F的强度变化非常相似,大部分地区都为-50nT左右,西藏西部有一更强的负异常区域。Spline模型可以更好地反映磁异常细节,而实测点的分布不均会产生一些较大的磁异常。考虑了高度因素的三维模型可进行更好的模拟,其与Kriging方法所建的磁异常分布较为一致。     

中国地区地磁场水平梯度的计算与分析

根据2000年中国地区156个地磁台站和复测点的实测数据以及国境外的6个地磁台站实测数据,加上国境外36个IGRF点,分别利用Taylor多项式模型和曲面Spline模型,建立了中国地区地磁场总强度(F)、磁偏角(D)和磁倾角(I)的地磁模型,通过对两种模型中各分量的φ(纬度)和λ(经度)进行微分,计算得到F、D、I的水平梯度值,并绘制相应分量沿南北方向和东西方向的水平梯度图,将其与2000年IGRF10的水平梯度图作比较,最后对水平梯度的空间分布以及三种梯度图进行了分析比较.结果表明:F和I的水平梯度主要随纬度变化,F随纬度增加,变幅约为7.0～6.0 nT/min,在中部地区(25°～35°N,90°～120°E)强度达到最大;I随纬度的增加,变幅约为2'/min～1'/min;D的水平梯度随纬度和经度而变化,随着经度和纬度的增加,变幅分别约为0.4'/min～-0.3'/min和-0.1'/min～-0.4'/min.     

基于Taylor和Legendre多项式模型的截断阶数和边界效应研究（英文）

当利用Taylor多项式和Legender多项式建立区域地磁场模型时,会碰到两个问题:截断阶数的选取与边界效应的控制.现以常用的Taylor多项式模型和Legendre多项式模型为例,结合中国地区1970.0和2000.0年的地磁场实测数据,提出一种可解决以上两种问题的应用方案.为了进行综合比较和研究,还采用了最新的全球模型——IGRF11和CM4.结果显示通过计算两种模型的均方根偏差(RMSE)和AIC(AIC信息标准)值,并与IGRF11及CM4的均方偏差相比较,可以初步确定截断阶数的选取范围,比较各阶截断阶数的AIC值,可进一步获取合适的截断阶数.通过首次提出的"异常区域添加法"和"均匀添加法"逐步增加境外补充点,结果显示当不断增加补充点后,境外的磁异常的分布大为改善,并与IGRF11的分布高度一致.随着补充点的增加,极值点强度逐渐减弱并趋于稳定."均匀添加法"可更好地控制中国地区的地磁场边界效应.提出了一种可通过两个个步骤以确定最适截断阶数的方法,还提出了两个标准从而可初步确定补充点的数量,从而能够较好地控制边界效应.对于两种模型所反映的一些境外磁异常,可通过实地测量或是在磁异常周围增加测点而验证.     

地磁正常场的选取与地磁异常场的计算

根据2003年中国地磁观测数据（包括135年地磁测点和35个地磁台）以及我国邻近地区38个IGRF计算点的地磁数据,计算中国地磁异常场的分布。选取两种地磁场模型作为地磁正常场,一是国际参考地磁场的球谐模型,二是中国地磁场泰勒多项式模型。根据各个测点的地磁异常值（观测值减去模型计算值）,用球冠谐分析方法计算地磁异常场的球冠谐模型,并绘制2003年中国地磁异常（△D,△I,△F,△X,△Y,△Z）。分析和讨论了中国地磁异常场。     

基于CHAMP卫星与地面矢量数据联合建立中国地磁模型

首先对地面台站以及CHAMP卫星的矢量磁测数据进行预处理,结合12个子午工程台站最新的磁测数据,并利用第十二代国际地磁参考场模型(IGRF12)对不同数据归算至统一时间点,再结合第四代地磁场综合模型(CM4)计算并移除主磁场、磁层磁场、电离层磁场、感应磁场及较为微弱的环形场,最后通过球冠谐(SCH)模型联合建立了中国地区岩石圈磁场(地磁要素X、Y、Z和总强度F)的球冠谐模型(SCH2000),结合IGRF12得到了中国地磁模型(CGRF2000).建模同时考虑了测点数据海拔高度的影响,并讨论了截断阶数的选取以及边界效应的控制问题.通过比较均方偏差(RMS),认为8阶SCH2000模型可较好地反映中国地区岩石圈磁场,其分布与SCH1936、CM4以及Taylor多项式模型具有一定的相似性.从位置和强度来看,SCH2000模型所反映的岩石圈磁场更为准确,而与CM4存在一定差异,除了测点不同,截断阶数也是原因之一.通过验证,SCH2000模型各要素随高度的变化与CM4模型较为一致,所建立的CGRF2000与IGRF12模型的分布也较为相似.     

基于CHAMP卫星与三维Taylor多项式模型的区域地磁建模研究

利用CHAMP卫星矢量和标量地磁测量数据,通过三维Taylor多项式模型建立了2010.0年中国及邻近地区在300km高度附近的X、Y、Z和F分量的三维磁场模型.为了比较验证所建模型,分析了其与Taylor多项式模型(二维模型)不同截断阶数所对应的均方偏差(RMSE)、残差及分布等.结果表明,三维模型每一阶的RMSE和残差绝对值的平均值均要比二维模型的小约45%.由于采用了系数完全展开的建模方式,三维模型的系数数量约为二维模型的2倍,三维模型较低的截断阶数可以反映更多的地磁信息.本研究中的5阶三维Taylor模型基本可达到8阶Taylor模型的精度.两种模型绘制的地磁场及残差分布有较好的一致性.     

东亚地区地磁非偶极场长期变化的分析

本文利用东亚及其邻近地区50个地磁台站1955-1977年地磁三要素（D、H、Z）的实测年平均值算出的非偶极场值X、Y、Z,选用“按距离加权最小二乘曲面拟合”方法,计算、绘制、分析了东亚地区地磁非偶极场及其长期变化的时空分布特征,并与国际参考场（IGRF）模式进行了粗略的对比。所得的主要结果是:1.1955.0-1965.0年代,东亚地区Z分量的增长速度在迅速减小;1965.0年代以后,Z值在逐年下降。2.从整体上看,东亚地区地磁非偶极场虽然形态与IGRF给出的结果基本吻合,但长期变化有明显差异。1965.0年代的IGRF长期变化模式与实测结果偏差甚大。为了使IGRF模式更好地拟合地磁长期变化处于转折时期的复杂地区的情况,看来时间间隔应更短些,例如5年为好,采用现在通用的方法是不适宜的。     

第七代国际地磁参考场的检验与评价

本文对国际地磁和高空物理学会推荐的第七代国际地磁参考场进行了检验和评价。评价工作是通过１９６０～１９９５年（５年间隔）中国地磁台的观测数据;对中国地区复测点的测量数据;中国地区三阶泰乐多项式模型与第七代国际地磁参考场模型进行了比较,求得了平均差和标准偏差。并以１９９０年代为例,做出了１９９０年代各个地磁要素两个模型计算值之间的差值图,图上显示出这些差值的异常分布,这结异常是来自地壳源,比较结果,可     

一种改善区域地磁场模型边界效应的方法

针对目前建立区域地磁场模型截断阶数受限,地磁图精度偏低等缺陷,研究了运用Taylor多项式拟合法建立区域地磁场模型所存在的边界效应问题.从理论上深入分析了产生边界效应误差的根源,提出了采用边界插值约束的Taylor多项式拟合法,在改善区域地磁模型边界效应的同时,提高了模型拟合的截断阶数,进而绘制出较高精度的区域地磁场图,同时对该技术和现有补充国际地磁参考场值方法进行了比较分析,最后进行了仿真试验.试验证明,该技术具有优于补充国际地磁参考值的方法,能克服现有区域地磁场模型的边界效应问题,提高了区域地磁场模型的拟合精度.     

菲律宾及其邻近地区的地磁场模型研究

根据2001～2007年期间在菲律宾境内测量的74个点的地磁场数据,利用球冠谐和、泰勒多项式两种方法建立了2005.0菲律宾及周边地区地磁基本场模型,得到了菲律宾地区X、y、Z、D、I、H、F七个分量的分布.两种模型反映的同一地区的地磁场分布形态基本类似,只在拐点的舒缓度、等值线平滑度等方面存在区别.在8°N左右,X、...     

20世纪中国地区主磁场变化研究

为了研究2 0世纪中国地区主磁场变化, 首先使用最新的全球模型IGRF11, CALS3K. 4 (3K. 4) 和GUFM1进行计算, 并分析了1900—1990年的主磁场年变率均值的变化; 然后基于1960—2000年以10年为间隔的实测数据, 结合全球模型CM4与区域模型泰勒(Taylor)多项式(TY)模型分析了中国地区主磁场的年变率分布及年变率均值, 并与上述几种全球模型进行了比较． 结果显示: 20世纪利用IGRF11, GALS3K.4和GUFM1模型得到的主磁场的年变率均值均很接近. 它们所绘制的1960—2000年中国地区的主磁场年变率分布类似． 其原因主要是由于它们的建模原理相同且截断阶数接近所致． 基于实测点绘制的年变率分布与全球模型基本一致, X分量的年变率逐年减少, Y、 Z、 F分量的年变率均呈现先减小后增大的趋势．但两者也存在一定差异, 主要原因是由于更高密度的实测点及使用区域模型所致． 结果还显示了基于实测值绘制的年变率均值变化与CM4较为接近. 作者认为 CM4模型可以较好地反映中国地区主磁场的变化．      

主磁场谐波成分的空间相对强度分析

利用IGRF国际参考地磁场模型, 计算并分析了7~13阶球谐成分对主磁场的贡献。 结果表明, 地磁场要素F、 H和I的空间梯度具有显著的空间不均匀性, 有些区域梯度变化平缓, 有些地区梯度呈涡状结构, 进而由地磁场的空间梯度估算得到卫星高度的空间相对变化强度, 以及卫星上安装磁强计的伸杆震颤可能引起的观测误差。 此外, 主磁场梯度的长期变化非常缓慢, 在大约150年间其最大变化强度约为6 nT。 对于中国电磁卫星5年的设计寿命而言, 梯度变化幅度可能约为0.04 nT, 该梯度变化量对于主磁场的空间相对强度不会产生显著影响。