天宫一号大气质谱信号与地磁M15秒数据能量谱对比分析

利用Matlab软件采用小波变化分别对空间大气质谱信号和地面地磁秒数据进行能量谱分析。空间数据来自"天宫一号"航天器所采集到的大气质谱信号,地面地磁数据采用乌鲁木齐基准地震台自动化地磁台站系统FHDZ-M15采集的秒数据资料。在同一次中小地磁扰动时段,分析相同频率下空间粒子信号和M15秒数据的能量。通过对比分析可知:在磁扰日时段,空间大气质谱信号的能量谱幅值达到最大且能量最为集中,地面地磁M15各要素的能量谱幅值或达到最大值或变化幅度较大;在平静日时段,空间大气质谱信号能量与地磁M15秒数据各要素的能量均相对较低。实验表明:在同一中小磁扰时段下相同频率下,空间大气质谱信号的能量变化与地磁M15秒数据的能量变化具有正相关特性。     

基于welch功率谱估计的地磁GM4秒数据频段分析

基于welch算法的经典功率谱估计对新疆区域内乌鲁木齐台、喀什台和且末台的3台GM4磁通门磁力仪磁扰日时段的秒数据进行分析。实验首先分别对3台GM4秒数据的高频数据进行FFT分析,磁扰日时段3台GM4秒数据受磁扰较为明显的频段均集中在0. 005～0. 025 Hz,此频段内振幅较大,突跳点较多。实验基于welch算法的功率谱估计对3台GM4秒数据进行功率谱分析,频率域采用受磁扰较为集中的频段,结果表明:3台GM4秒数据受到的干扰主要为地磁场的高频部分,干扰的频段范围集中在0. 002～0. 006 Hz内,H分量数据波动较大,在该频段内数据曲线出现毛刺和高频震荡现象; D分量在此频段内有轻微波动; Z分量数据整体较为平滑,受扰最小。     

“天宫二号”空间实验室大气质谱信号与地磁信号在磁暴干扰下的Hilbert-Huang变换

本文采用Hilbert-Huang变换分别对磁暴干扰下的“天宫二号”空间实验室大气质谱信号和乌鲁木齐地磁基准台FHDZ-M15所产出地磁数据进行特征分析.实验首先采用小波分析方法分析两种信号的能量谱,结果可得:“天宫二号”空间实验室大气质谱信号和M15地磁信号在磁暴时段能量较为集中,且幅值较大.该实验表明两种信号的能量分布成正相关性.基于Hilbert-Huang变换的时频聚集性及处理非平稳信号的能力,实验进一步采用Hilbert-Huang变换对磁暴干扰下的两种信号进行时频特性分析.通过对两种信号的Hilbert-Huang谱分析可得:“天宫二号”空间实验室大气质谱信号和M15地磁信号在磁暴干扰下的频率均主要集中在0.2 Hz之内.同时,Hilbert-Huang谱实验清晰反映出了两种信号能量随时间和频率的分布情况.     

主动震源实验对乌鲁木齐台地磁数据的影响初步分析

2013年初在乌鲁木齐西北约80km、北天山北麓的呼图壁县建设名为新疆主动震源野外科学观测的研究站,主动震源试验系统由震源系统、气枪控制系统、气源及控制系统、台网监测系统四部分组成,所用震源为气枪震源,气枪每一炮的能量大约为0.9级地震释放能量.主动震源观测对乌鲁木齐台地磁数据产生干扰,本文从乌鲁木齐台几套地磁观测仪器原理、探头结构和放置方式出发,初步分析了干扰产生机制.(1)地磁M15秒数据的H、D和Z分量每隔15~20分钟产生一个约5秒左右的单脉冲型干扰;H、D、Z三分量干扰同步产生;同一分量不同次数干扰幅度大小不等.出现这些现象的原因可能是由于主动震源气枪从开始充气到充满的时间并不是固定的,每一枪的放枪时间也是人为控制,因此每一枪干扰时间间隔不一致;每一枪的能量不是固定的,在某个范围内变化(约15 MPa),造成不同次之间同一分量干扰幅度大小不等.乌鲁木齐台磁房距离主动源实验场地大约一公里左右,按照地表P波和S波传播速度,到达磁房的P和S波相差不超过0.5秒,M15为秒采样,其分辨率不够高,因此M15记录的数据相当于P波和S波同时达到,因此每次放炮干扰基本都为单脉冲干扰.(2)H、Z分量干扰分别为3、2纳特左右,D分量干扰为5分左右,最大干扰D不超过10分,H、Z不超过5纳特.磁房距离主动震源实验场地只有一公里,但每次放炮实验的震级较小(约0.9级),而一般情况下P波造成的垂直方向震动要小于S波造成的水平方向的左右晃动,这可能是造成Z分量干扰小于水平方向的D和H干扰的原因.(3)M15的F分量不受干扰,认为FHDZM15这套系统的D、H、Z三分量的FGE悬挂式磁通门磁力仪探头由于悬挂部分的悬挂结构是由成十字排列的锡磷青铜片构成,从而使得摆锤在X和Y方向可以自由运动,导致H、D、Z三分量产生同步的干扰,F探头由于置于墩子上而不受干扰.(4)M15分数据由秒数据经过高斯滤波得到,基本不受干扰.(5)乌鲁木齐台的其他地磁相对仪器如GM4和GM3不受主动震源实验的干扰.主动震源观测干扰为一种新类型的地磁干扰源.     

满洲里地震台地磁秒采样数据干扰分析

分析2015年8月—2018年7月满洲里地震台FHDZ-M15地磁总场与分量组合观测系统记录的地磁秒采样观测数据(剔除磁暴与磁扰时间段),发现台站地磁秒采样数据资料所受干扰主要呈阶跃和尖峰形态,通过测量测区地磁场水平梯度,排查周边环境,并对设备和线路进行漏电检测,认为:阶跃形态干扰主要由高压直流输电和车辆停放引起;经逐项排查对UPS加热及输电线路漏电检测,仪器室温度过低和输电线路漏电均造成高频毛刺尖峰形态干扰,对UPS加热处理,干扰状态得到改善,但Z、F分量干扰仍在.受满洲里气候条件等因素限制,未能在2019年完成输电线路更换,当前无法确定干扰是否为输电线路漏电所致,后续将采取相应措施予以确认.     

2000年4月6日磁暴期间磁扰变化在低纬子午链的纬度效应

利用低纬地磁子午链上H和D分量的分均值数据 ,分析了 2 0 0 0年 4月 6日磁暴期间磁扰变化的纬度效应 .主要特点是 :(1 )急始期间H分量急始跃变幅随磁纬降低而减小 ,且急始变幅的下降率随磁纬降低而逐渐增大 ;(2 )初相期间H分量第 2峰值的变幅和初相持续时间随磁纬降低而减小 ;(3)主相期间H分量迅速减小 ,并随纬度降低最大变幅明显增加 ;(4)恢复相H分量呈两阶段上升趋势 ,前一阶段迅速上升 ,后一阶段上升速度明显减小 .最后对这些磁扰变化的纬度效应与空间电流体系的密切关系作了讨论 .     

短周期地磁扰动的时空分布特征研究

本文对2008—2010年隆尧地磁台站的地磁水平分量H和磁偏角D的秒数据进行了短时快速傅里叶变换,按连续型地磁脉动Pc2—Pc6所对应的频率范围对频谱进行了频段划分,在此基础上研究了各频段频谱总幅值即短周期地磁扰动的时空分布特征.在时间变化上,同一年中不同频段的幅值具有相似的变化规律,每年的幅变特性与该年对应的Vr指数的时间分布也具有一致的变化形态,仅仅在变化的幅度上存在差异.磁偏角D的幅值和VrD均呈现出显著的季节变化特征,而水平分量H的幅值和VrH却不显著.在空间变化上,各频段幅值均随地磁纬度的增加而增大,随地方时变化呈现出双峰双谷的特征.     

2000年4月6日磁暴期间磁扰变化在低续子午链的纬度效应

利用低纬地磁午链上H和D分量的分均值数据，分析了2000年4月6日磁暴期间磁扰变化的纬度效应。主要特点是：（1）急始期间H分量急始跃变 幅随磁纬降低而减小，且急始变幅的下降率磁纬降低而逐渐增大；（2）初相期间H分量第2峰值的变幅和初相持续时间随磁纬降低而减小；（3）主相期间H分量迅速减小，并随纬度降低最大变幅明显增加；（4）恢复相H分量呈两阶段上升趋势，前一阶段迅速上升，后一了阶段上升速度明显减小。最后对这些磁扰变化的纬度效应与空间电流体系的密切关系作了讨论。     

云南景谷M_S6.6地震前地磁ULF异常信号变化

采用云南地磁台站通海、景谷、勐腊磁通门记录秒采样数据,分析了3个台站当地时间22时到次日2时(世界时15—19时)之间垂直分量(Z)和水平分量(H)在特定0.01～0.05Hz范围的辐射谱强度。结果表明,在震前垂直分量并没有强烈和清晰的ULF信号强度,3个台站水平分量ULF信号趋势性上升和震时反常的信号衰减现象,则反映震前超低频地磁信号产生扰动。     

极化方法在分析地磁秒数据异常信息中的应用

采用极化分析方法处理地磁秒数据.对不同台站地磁秒数据进行分析发现,极化值在地震发生前约2个月内有明显异常,且在傅里叶频谱上表现不太明显.另外,不同地磁分量的极化值映震效果不同,大部分震例极化值升高、振幅增大,小部分震例极化值低值、平稳.研究认为,该方法可以用于地磁秒数据震磁异常信息提取.     

满洲里地震台地磁秒采样数据干扰分析

分析2015年8月—2018年7月满洲里地震台FHDZ-M15地磁总场与分量组合观测系统记录的地磁秒采样观测数据（剔除磁暴与磁扰时间段）,发现台站地磁秒采样数据资料所受干扰主要呈阶跃和尖峰形态,通过测量测区地磁场水平梯度,排查周边环境,并对设备和线路进行漏电检测,认为：阶跃形态干扰主要由高压直流输电和车辆停放引起;经逐项排查对UPS加热及输电线路漏电检测,仪器室温度过低和输电线路漏电均造成高频毛刺尖峰形态干扰,对UPS加热处理,干扰状态得到改善,但Z、F分量干扰仍在。受满洲里气候条件等因素限制,未能在2019年完成输电线路更换,当前无法确定干扰是否为输电线路漏电所致,后续将采取相应措施予以确认。     

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...     

北京地磁台K指数3小时扰幅修正及 K指数计算机标定

我国基本处于磁纬40°以下地区,K指数的3小时扰幅一般取:3-6-12-24-40-70-120-200-300 nT.这一K指数3小时扰幅是以磁纬20.88°的佘山地磁台观测数据为基础,按照Bartels 提出的一系列准则而确定的.然而,由于不同地磁台地磁纬度的不同,K指数的3小时扰幅也需要进行相应的修正.本文以北京地磁台(磁纬29.63°)为例,通过频次比较的方法,分别以佘山台K指数和Kp为标准,根据1994~1999年共6年的北京地磁台H分量分均值数据,给出了一个比较合理的北京地磁台K指数3小时扰幅:3.9-7.8-15.6-31.2-47.5-70-120-200-300 nT.基于这一3小时扰幅,采用修正的FMI方法标定了1997年北京地磁台的K指数.将标定结果与磁暴基础数据库中北京台、佘山台和Kp指数进行频次比对,并进行同一3小时段标定差异统计.数据分析表明,修正后比修正前K指数的标定更加合理.     

利用单台地磁数据估算Ap和Kp指数的可行性分析

通过分析单台长期地磁场扰动幅度和地磁行星指数Ap和Kp关系,对1小时磁扰幅度rH的日平均与Ap进行拟合,快速估算Ap指数.对3小时内rH的平均与Kp进行对数拟合,估算Kp指数.采用肇庆地震台2003-2008年地磁H分量分钟值数据,估算行星Ap和Kp指数,与世界数据中心(WDC)给出的Ap和Kp指数进行统计分析.结果发...     

地磁钩扰的全球响应特征研究与初步统计结果

地磁钩扰是太阳耀斑效应的直观表现之一,其研究有助于深入理解太阳爆发对地球空间环境的影响过程,并能为空间天气建模和预报提供科学依据.本文利用山东大学威海地磁台和Intermagnet地磁链与子午工程的地磁观测数据,联合GOES卫星及数字测高仪等的数据,研究了一个由M5.6级太阳耀斑引发的地磁钩扰事件的全球响应特征.研究发现：地磁钩扰特征呈现出南北半球与午前/午后的差异,且地磁响应相对于太阳耀斑存在约3 min的滞后现象,而夜侧无明显扰动;利用位于日侧的50余个地磁台站的数据统计分析后发现地磁钩扰幅度呈现正态分布,且在当地时正午附近达到峰值;利用地磁数据反演出钩扰发生时电离层的电流体系S_s和宁静日电流S_q,并用该电流体系解释了此事件中地磁数据的变化特征.另外,本文初步统计了1996-2015年的地磁钩扰事件数以及相关的太阳耀斑事件数,分析后发现X级耀斑引发地磁钩扰的可能性最大,达42%,由M级耀斑引发的地磁钩扰事件数最多,A、B、C级等小耀斑引发地磁钩扰的可能性很小.     

地震前后地磁短周期异常变化的再研究

一、引言我们曾研究过短期地磁扰动△Z/△H在唐山地震和隆尧地震前后的异常变化。现在进一步研究包括菏泽5.9级地震在内的华北三次地震前后地磁短周期转换函数随时间变化情况,以便更广泛地考察不同地区和不同类型地震之前异常变化特征。地磁短周期是指磁暴急始、瞬时扰动及湾扰等,这些磁扰的幅度在三个分量Z、H、D之间有如下经验关系:     

山东省地磁FHD观测资料初步分析

介绍了山东省地磁FHD观测的基本情况,选取各台2011—2015年的观测数据,从资料的连续性、完整性,仪器背景噪声,相对差值,数据变化形态及主要干扰等方面进行了分析探讨。结果表明:各台地磁FHD观测资料保持了较高的连续性和完整性,数据能满足分析预报的使用要求;仪器背景噪声良好,整体在全国省级地磁台网中处于中上水准;通过多台相对差值检测发现我省地磁FHD数据总体拟合程度较好,一致性较高,数据可靠,可为地震预测研究提供可靠的数据支持。数据变化方面,地磁静日变化平缓,曲线平滑,呈比较规则的"双峰一谷"形态,波谷时间点相对比较固定,不同季节的地磁总场F数据变化幅度存在差异;地磁扰日,特别是磁暴发生时,地磁各分量出现明显突跳,多为无规则变化形态。日常观测中,主要受到高压直流输电、信号线长度过长和交流电线路并行及人为等干扰。     

2013年吉林松原M5.8地震震前地磁异常分析

应用东北地区地磁观测台站地磁总场强度整点值观测数据,利用每日一值相关法和差值法;应用地磁垂直分量日变幅观测数据,利用加卸载响应比和逐日比方法,分析地磁总场强度F分量、垂直Z分量与吉林省松原M5.8地震应震关系,分析上述方法对提取地磁观测数据震前异常信息的有效性。     

关于急始脉冲现象

地磁急始脉冲(Sudden Impulses,简称SI)是一种急始型磁扰现象,反映出地磁场突然发生的急陡变化。一般正常磁变仪(滚筒速度每小时20毫米)均可观测到这样一种突然扰动事件。从磁照图所记录各个地磁分量的变化中,可以很清楚地看到记录曲线的这种突然移动的现象;特别是水平分量(H)的变化最为明显。它的开始,全球几乎同时出现。 1.SI的分类急始脉冲(SI)可以分为两类:正SI_S和负SI_S。正SI_S具有地磁场水平分量(H)的全球增加的特征,负SI_S具有H全球减少的特征。当然,就SI的形状来说,还具有和纬度与地方时相互关系的另外特     

地磁台网秒采样数据噪声分析及降低方法

中国地震局国家地磁台网共有111套秒采样仪器装备在50个地磁台站以及甘肃天祝、四川西昌、重庆三峡3个磁通门台阵上,主要包括FHDZ-M15地磁总场和分量组合观测系统28套,GM4/GM3型磁通门磁力仪观测系统78套,FGE型磁通门磁力仪观测系统2套,GSM-19FD型磁力仪3套.