长春地磁台地磁场长期变化基本特征

长春地磁台从1957年开始进行正规地磁观测至今,地磁场的长期变化已完成了一个完整的下降、转折、上升的变化周期,这种长期变化是偶极场与非偶极场变化的叠加,以非偶极场变化为主体,并受东亚大陆磁异常场源强度及方向变化的控制和影响。     

IGRF在地磁研究中的应用

IGRF（国际地磁参考场）资料在地磁学的基础研究中得到广泛的应用.利用IGRF国内外学者研究了高斯分析、地球磁场模型及其源场可能位置、重磁关系、核幔耦合、地磁场能量、地球非偶极子磁场以及长期变化场的西向漂移等,研究了IGRF在我国地区的误差以及产生的原因.在研制中国地磁等值图中也得到某些应用.     

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.     

第11代国际地磁参考场

2009年12月,国际地磁学与高空物理学协会（IAGA）发布了第11代国际地磁参考场（IGRF-11）。第11代IGRF包括1900．0-2010．0年代（间隔为5年）共23个地磁模型与2010．0---2015．0年代地磁长期变化的预测模型,其中1900．0-1995．0年代模型的阶次为N=M=10,相应球谐系数的精度为lnT;2000．0—2010．0年代模型的阶次为N=M=13,其球谐系数的精度为0．1nT;而2010．0—2015．0年代地磁长期变化预测模型的阶次为N=M=8,其球谐系数的精度为0．1nT。本文概述了第11代国际地磁参考场及其2010．0年代地磁模型与2010．0--2015．0年代地磁长期变化的预测模型。     

1980年国际地磁参考场

国际地磁学与高层大气物理学协会(IAG-A)于1968年采用了1965年国际地磁参考场(I-GRF 1965),这是第一个国际地磁参考场(In-ternational Geomagnetic Reference Field,缩写为 IGRF)。它是由1965.0年代的基本磁场模式和长期变化模式组成的,由于有了长期变化模式,故基本磁场模式可以向后和向前延伸使用,但是,不能早于1955.0或晚于1975.0。即:IGRF1965的有效使用期是1955.0—1975.0。后来,又采用了1975年国际地磁参考场(IGRF1975),它由延长使用到1975年的     

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。     

用第六代国际地磁参考场确定的东亚地磁非偶极场时空变化规律

利用近期公布的第六代国际地磁参考场（ＩＧＲＦ）计算，分析了１９４５年以来东亚地磁非偶极场的时空变化特征，并用中国地磁场模型对结果进行了检验，得到的主要结果是：１９４５－１９９０年，东亚地磁非偶极场Ｘ、Ｙ分量缓慢向北和向西方向移动，东亚磁异常中心位置基本稳定，中心附近Ｚ分量的强度变化具有明显的大约１５年左右的增强和减弱期。中心附近Ｘ、Ｙ的零值点的移动方向与地磁北极的移动方向一致。     

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.     

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.     

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。     

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.     

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．     

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。     

国际参考地磁场模型中高阶球谐项对地磁场长期变化的影响

在国际参考地磁场（IGRF）模型中，高阶球谐系数比低阶系数小得多，所以高阶项对主磁场的贡献常被忽略不计. 但是，高阶项对主磁场的长期变化却有重大影响. 本文根据第八代IGRF模型，分析了IGRF 1945～1955中高阶球谐系数的异常特征对长期变化的影响，然后用修正IGRF模型估计并改正了这些影响. IGRF高阶项随深度增加而迅速增大，所以高阶系数的误差对深部磁场位形和磁场能量的计算有不可忽视的影响，对核幔界面流动状态的推断和地核半径的地磁估计有更为重大的影响.     

关于东亚大陆磁场的研究

本文利用近三十年来的地面测量资料和东亚地区11个地磁台的资料,以及1965.0、1975.0国际地磁参考场等资料,对东亚大陆磁场的时、空变化特征进行了研究。内容包括:东亚大陆磁场的空间分布特征及场源深度的估算,东亚大陆磁场的中心位置及其磁场强度、磁场方向,近三十年来东亚大陆磁场的长期变化特征等。得到的主要结果是:1.东亚大陆磁场的中心位置近三十年来没有西向漂移的迹象,从而推断它的长期变化主要由场源强度的变化所引起,而不是主要由非偶场的西向漂移所引起;2.东亚大陆磁场的中心与它的长期变化的中心不相一致,同时,在青藏高原的东部还可能存在一弱中心。     

地磁场长期变化和日长十年尺度变化的周期特征

根据历史地磁场模型GUFM1、第10代国际参考地磁场（IGRF10）模型和日长资料,采用小波变换方法,分析了地磁场磁矩、能量、西向漂移等参数的长期变化和日长十年尺度变化的周期分量及其时变特征.结果表明,1800～2005年期间,偶极子磁场长期变化有82年和48年准周期分量,它们与日长变化的周期没有直接关系.非偶极子磁场参数的长期变化与日长变化有66年和32年准周期分量,66年准周期比32年准周期强.在66年准周期分量,西向漂移比日长变化超前8.8年,非偶极子磁场能量比日长变化滞后15.6年.日长十年尺度波动和地磁场长期变化的起源不存在因果关系.     

地磁场能量在地球内部的分布及其长期变化

用国际参考地磁场模型(IGRF)分析了地磁场能量在地球内部的分布及其长期变化.结果表明,从1900年到2005年,地核以外地磁场总能量由6.818×1018J减少到6.594×1018J,减小了3.3%,地表以外地磁场总能量由8.658×101J减小到.63×101J,减小了11.4%.分析地球内部不同圈层地磁场能量的变化表明,地壳(A层)、上地幔(B层)、转换带(C层)、下地幔D′层的地磁场总能量在减小,但是下地幔"层的地磁场总能量却在快速增加.磁能密度随时间的变化更清楚地显示出磁能增加和减小的分界面在r=3840km处.上述结果表明,地核和地表以外地磁场总能量在趋势性减小的同时,也在进行重新分配.进一步分析表明,下地幔D"层磁能快速增长,主要是由高阶磁多极子的增强引起的.在地磁场倒转前,偶极矩减小而多极性相对增强在能量分布上的表现就是磁能向下地幔底部(特别是D"层)集中.