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。     

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.     

中国地磁台观测的2014年地磁急变

地磁急变（jerk）是起源于地球外核并在导电地幔过滤效应后在地球表面观测到的一种地磁现象,其反映了地核内部某些动力学过程.Jerks在空间范围上既可以是区域性的,也可以是全球性的.中国地区地磁台能否检测到2014年jerk？针对这一问题,利用中国大陆10个地磁台的磁静日月均值和CHAOS-6全球磁场模型,分析了X、Y和Z分量2008—2018年期间的长期变化,估算了2014年前、后的长期加速度值,确定了2014年地磁jerk的时间和强度.研究表明中国地磁台Y分量的长期变化为"Λ"型,Z分量存在明显的"V"型,具有典型的jerk特点.Y分量jerk出现的时间大约在2014年6月,比非洲大陆的Algeria TAM台和南美洲French Guiana KOU台时间滞后大约4个月.这暗示着产生jerks的地核流体波动的时序特点.中国西部和东北部地磁台的长期变化形态有明显的差别,主要由非偶极磁场引起.CHAOS-6模型与地面台站的长期变化形态并非始终一致.本文结果有助于更好地理解和解释长期变化的时间演变和地理分布,并为深入探讨jerks的地核起源和驱动机制提供新的观测约束.     

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.     

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。     

基于第十三代国际地磁参考场模型在中国区域特征分析与研究

根据最新的第十三代国际地磁参考场模型（IGRF13）,计算了2015—2020年中国区域地磁场模型七要素长期变化速率,并在此基础上分析我国区域地磁场长期变化特征。通过分析计算我国28个地磁台的IGRF13模型值与实际地磁场的长期变化速率、差值及均方误差,结果显示：IGRF13模型所显示的地磁场长期变化与我国区域地磁场实际观测变化基本一致,但在局部区域也存在差异,IGRF13模型能够体现中国区域地磁场的特征。应用IGRF13模型数据时需要考虑局部区域与台站实际观测数据的误差。     

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。     

流动地磁监测数据处理流程

阐述了中国地震局流动地磁团队现在采用的数据处理流程,包括最近台站替代法的日变通化和自然正交分量模型的长期变化改正。并采用该流程对野外地磁测量数据进行了日变通化和长期变化改正,得到岩石圈磁场年度变化数值,残差分析表明误差不大于10 nT,一般在5 nT之内。     

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.     

2000年中国地区地磁场长期变化的区域特征

本文用中国地磁场复测点和地磁台站资料,建立了2000年代中国参考地磁场长期变化模型CGRF-SV2000.模型显示,中国地区地磁场变化比较平缓,X、Y、Z、H、D、I、F七个地磁要素的“无符号平均年变率”分别为122 nT/a、82 nT/a、438 nT/a、118 nT/a、096(′)/a、299(′)/a、224 nT/a,比国际参考地磁场IGRF给出的全球年变率约小1/3到1/2.各地磁要素的变化显示,地磁北极正在向中国移近,或者说,中国正在向高地磁纬度方向移动,平均移动速度约为3(′)/a.磁偏角变化还显示,中国地区东西部偏角差异继续扩大.作为检验和对比研究,本文利用第8代国际参考地磁场（IGRF）模型,分析了全球地磁场长期变化的时空特征,讨论了全球长期变模型IGRF_SV与中国长期变模型CGRF_SV的异同点.对比分析表明,中国地区地磁场的长期变化与全球长期变化总趋势基本符合,但是,CGRF_SV也表现出一些特有的局部异常特征.     

红山地震台数字地磁观测质量控制与分析

利用红山基准地震台地磁相对和绝对观测资料,采用单台绝对差值检测法、多台相对差值检测法、F-P检测法和地磁绝对观测改进措施,研究分析了红山地磁观测资料质量及其控制。结果表明:红山基准地震台相对记录仪GM4-1、FHD-2B和绝对观测仪Mingeo-DIM工作正常,运行稳定;因仪器故障,FHD-2B仪D分量在2015年3月24日出现台阶错误数据;2015年4月23日GM4-1和FHD-2B仪分钟值数据预处理错误;GM4-1仪各分量基线值稳定,同日及相邻2日观测基线值之差D_B≤0.1',H_B≤1.0 nT,Z_B≤1.0 nT,精度较高。     

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.     

通海地磁台观测值与IGRF模型值的长期变化分析

利用云南通海基准地磁台1985年至2011年的年均值资料,研究了通海地磁台观测值与第11代IGRF模型值的长期变化,两者的一致性程度。结果表明:通海地磁台站观测值与IGRF模型值的长期变速率相近、形态一致;两者的差值与太阳黑子数变化存在相关性;各地磁要素的差值均低于IGRF模型的误差水平。     

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.     

琼中地磁台磁场变化特征及其与区域磁场的关系

对琼中地磁台台址及邻域10年来磁场监测资料进行分析,查明:a、台址位于海南岛区域磁场背景值变化转折处附近的弱磁性异常区中;b、台址磁场均匀,台址周围5km范围内磁场各要素的差值ΔF<80~(nT)、ΔH<70~(nT)、ΔZ<-200~(nT);c、全岛21个测点的实测平均值减去本台观测值得ΔD=0′.0、ΔF=-120~(nT)、ΔH=-42~(nT)、Δ=-144~(nT);d、距台站100m以外的其他人为铁磁性干扰源对本台的观测值不明显。由此说明本台的地磁观测资料能真实反映当地磁场特征及其变化。本台可作观测海南岛区域磁场变化的窗口。     

磁通门磁力仪GM4定向方法的研究

仪器正确定向是保证仪器观测质量的一个重要环节。由于地磁场的长期变化,仪器需要定期重新定向。本文应用全国44个地磁台站2008—2012年观测数据,研究了各台站D分量的长期变化特征。结果表明,仪器定向位置和被测磁场位置产生较大偏离时,必须重新定向。同时首次提出影响定向精度的零场漂移S?0,并根据理论计算在红山地磁台实地开展测量,测量结果表明,零场漂移S0数值达到50.3 nT,超出D分量定向输出范围（磁静日时日变缓慢时间段为-50nT—+50nT）。     

不同磁通门经纬仪产出基线值对比分析

选取中国地磁台网中6个地磁台站基线值对比分析.结果表明,两套绝对观测仪器对同一分量所定出的两条基线,在经过墩差和仪器差改正之后,仍不能完全重合,D、H、Z三分量的基线值差值存在明显的起伏变化.初步判断,造成两套仪器基线值差值变化的原因很可能为两仪器所在墩差的变化,也就是说,在同一个观测区的不同点位,地磁场的差值也在不断变化.     

地磁场水平梯度及高空地磁场的计算与分析

本文以2000.0年中国地区的实测数据为例,首先利用5阶Taylor多项式方法建立了各分量的地磁模型,接着对模型中各分量的纬度和经度进行微分,计算得到各分量的水平梯度值,并绘制了相应分量沿南北方向和东西方向的水平梯度分布图,最后通过Zmuda多项式方法,基于地面模型值以及水平梯度值计算了高空(100 km)的各分量磁场值,并分析了水平梯度分布规律以及各分量随垂直高度的变化.结果表明:地磁场北向分量X、垂直分量Z、总强度F和磁倾角Ⅰ分量的水平梯度主要随纬度变化,其中X、Z和F分量随纬度减少而梯度降低,东向分量y和磁偏角D分量的水平梯度不仅随纬度变化,而且随经度变化,F分量的南北向梯度值在我国中心地区最大.在垂直方向,X、Z和F分量的强度分别随高度的上升而近似线性减小,在100 km高度处,强度变化平均值分别为-4.629 nT/km、-15.368 nT/ km和-16.226 nT/km,y分量强度随高度上升而呈近似线性增加,其平均变化值为0.166 nT/km,而D和Ⅰ分量基本不发生变化.     

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.     

中国部分地磁台站年均值与IGRF模型一致性分析

利用中国部分地磁台站1990～2003年的年均值资料,研究了台站年均值与IGRF模型计算值的一致程度,结果表明：①我国地磁台站的长期变速度与IGRF模型的长期变速度有差异：总体来讲,我国台站磁偏角D和垂直强度Z的长期变速度低于IGRF模型的相应速度;水平强度H的长期变速度在1990～1995年间高于IGRF模型的相应速度,在1995～2000年间低于IGRF模型的相应速度;②台站年均值与IGRF模型值的差值曲线中,H和Z有明显的起伏,反映了地磁场长期变的非线性;③虽然有上述长期变上的差异,但对于同一个台站,各地磁要素年均值与IGRF模型值的差值的标准偏差均低于IGRF模型的误差水平,说明IGRF模型与台站年均值的一致性比较好;④对于同一地磁要素,不同台站的年均值与IGRF模型值的差值的平均值相差较大,反映出台站所在位置地壳磁异常的巨大差异。通过总结上述工作,文中还讨论了地磁台站保持长期可靠运行的重要性以及地磁台网历史观测资料抢救的紧迫性。