1690～2000年地磁场能量的三维分布及其长期变化

利用Bloxham & Jackson 地磁场模型和国际参考地磁场模型(IGRF),研究了1690～2000年地磁总能量及其北向、东向和垂直向分量的能量以及非偶极子磁场的能量在地球内部的分布及长期变化.结果表明,地表和地核以外地磁场总能量及其北向和垂直向的能量是持续衰减的,垂直向的磁场能量占总能量的64％以上,对总能量的贡献起主要作用;东向分量的能量随时间的变化以增加为主.地磁场的能量变化率存在56年的周期,主要是由偶极子磁场产生的.地表以外的非偶极子磁能从减小到增大转折出现在1770年,比地核以外滞后40年.地球内部磁能随时间的变化显示,偶极子磁能逐渐减小,非偶极子磁能增加,越靠近核幔边界增加越快;偶极子和非偶极子磁能的变化量相等的分界面在距地心3780km处.从核幔边界到地表,磁能变化的衰减非偶极子比偶极子快,表明偶极子磁场比非偶极子磁场有更深的场源.     

关于地球引力场与地磁场相关性及其物理意义的讨论

Hide和Malin早在1970年就研究了地球引力场地磁场之间的相关性,把这一对具有重大意义的固体地球物理学研究的课题展示到了大家面前,引起了人们对地球各物理场之间的相互关系的极大关注。但是,Hide等在计算相关系数时,没考虑二者的带谐项以及地磁场四极子部分的高斯系数g_2~1和h_2~1,从而得出的结论是(整个)引力场与非偶极子磁场之间的相关系数为0.8381。我们知道,非偶极子磁场是地磁基本场的扰动部分,是偶极场与地核磁流体流动相     

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.     

航磁弱异常区磁场水平调整——以黔东地区为例

航磁磁场水平调整是压制非地质因素对磁场的干扰,还原磁场本来面貌的重要手段,传统方法主要为切割线调平和微调平,但在弱磁场区实测磁场面貌不清晰,干扰异常影响突出,使用常规磁场水平调整方法难以达到理想的处理效果.本文针对黔东地区航磁弱异常,在介绍弱磁场成因、磁场水平误差表现形式的基础上,对该地区磁场水平进行了调整.为获得较好的磁场水平调整效果,使用了弱磁场区水平调整方法,并针对弱磁场区高压线等干扰异常明显的特点,利用该方法对区内高压线干扰异常进行处理,处理后的磁场趋势更合理,磁场面貌更清晰,突出了微弱局部异常,更好地满足后续数据转换处理和地质解释的需要.     

VGP角离散与地磁场低阶非轴向偶极子分量

虚地磁极（VGP）的角离散携带着地磁场低阶非轴向偶极子分量空间变化的重要信息．重申地球主磁场定解问题的适定性，指出McFadden等模型G存在重复计入轴向偶极子分量的内在矛盾；作为模型G基础的VGP角离散的偶极族-四极族分解仅具有数据拟合意义．证明，如果地磁场的非轴向偶极子分量相对轴向偶极子分量为小量，那么VGP角离散的纬度变化主要由轴向偶极子Gauss系数约化的低阶Gauss系数的平方和决定．因此作出估计，在过去5Ma中，赤道偶极子和赤道四极子的Gauss系数的幅度大致相当，约为轴向偶极子Gauss系数的10％．     

地球非偶极磁场对虚地磁极计算的影响

古地磁学使用的虚地磁极（VGP）是在地心偶极磁场假设下计算的,由于地球非偶极磁场的存在,VGP一般不同于真地磁极（RGP）.为了定量检验非偶极磁场对VGP的影响,本文利用国际参考地磁场模型IGRF 1900～2000,在全球5°×5°的“虚拟测点”网格上计算了VGP和RGP的位置,并求出两种磁极的经纬度偏差和二者的角距离.结果表明,南极地区VGP与GP的角距离最大,可达26°,南大西洋和欧亚大陆北部最大达到24°和18°,其余地区一般小于15°.VGP对RGP的偏差与地磁场分布有关：在非偶极磁场较弱的地区（如太平洋半球）,纬度偏差一般不大（≤10°）,但是在主要地磁异常区（如南大西洋和南极地区）,VGP对RGP的纬度偏差可达25°.VGP对RGP的经度偏差要比纬度偏差大得多,例如在欧亚大陆北部地区,经度偏差分布在-180°到180°的大范围内.     

我国地磁正常场的基本结构

前言各地的地磁正常场是由地球深部(主要是地核)的电流系统产生的;一般又认为它由两部分组成,即中心偶极磁场和非偶场。前者根据n=1的三个球谐系数(g_1~0、g_1~1和h_1~1)、各地的地理座标和中心偶极子磁场表示式计算;后者为各地的地磁正常场减去相应的中心偶极磁场。     

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.     

主磁场长期变化十年至百年尺度的周期

本文运用小波变换技术,通过分析历史地磁场模型gufm1（时间跨度从1590~1990年）,考察主磁场长期变化场（B场）的周期性.结果表明,B场总磁极强度存在三个主要的周期分量：稳定的30年周期,在偶极子场的赤道分量g¹₁和非偶极子场中较常见;频散的准50年周期,主要是由轴向偶极子分量g^0₁贡献的,此外,四极子场也有贡献;世纪尺度的110年周期,其强度会发生变化,主要来源于偶极子场的赤道分量以及八极子场.     

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.     

1690年以来全球非偶极子磁场的变化特征

根据J Bloxham和A Jackson地磁场模型，计算和分析了1690-1990年期间非偶极子磁异常的变化特片。结构表明，1690年以来一直存在的变化磁异常有7个，在一定时期内出现的磁异常有3个，它们是1830年以后出现的北太平洋负磁异常、1850年以后出现的东南太平洋负磁异常和1690-1900年期间在南太平洋地区出现的负磁异常。各个磁异常的强度和中心位置随时间变化，变化趋势各不相同。与根据IGRF模型计算的20世纪的磁异常变化比较，除非洲负磁异常外，两种模型得出的其它磁异常在同一时段内的变化趋势基本一致。     

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.     

地磁场的漂移运动和强度变化

在修正了Briggs提出的移动变形图案相关分析法基础上,对全球非偶极子磁场以及6个行星尺度磁异常区的漂移特性和强度变化进行了研究.结果表明,在1900-2000年期间,全球非偶极子磁场以0.15°/a的平均速度向西漂移,强度累计增长了29%;6个行星尺度异常区的西漂运动存在明显差异,其中漂移最快的是赤道附近的非洲异常,平均西漂速度为0.26°/a,其次是南半球的澳大利亚异常(0.23°/a),最慢的是欧亚异常(0.09°/a).除西漂外,大多数异常区还有较小的北向漂移.在1940-1955年期间北半球的欧亚、北美和北大西洋3个异常区以及赤道地区的非洲异常几乎同时由西漂或西南漂转为西北向漂移;紧接着,南半球的南大西洋和澳大利亚两个异常区的漂移特征也发生明显变化,主要是漂移明显减慢,而不是漂移方向的转折.在6个异常区中,澳大利亚、南大西洋、非洲和欧亚4个异常区的强度有明显增加,而北美和北大西洋两个异常区的强度则显示了减小的趋势.     

国际地磁参考场在我国地磁基础研究中的应用

国际地磁参考场资料在我国得到广泛应用。利用国际地磁参考场资料，我国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、地球非偶极子磁场西向漂移等。在绘制中国地磁等值图中也利用了某些国际地磁参考场资料。     

祝贺<地震地磁观测与研究>创刊20周年

地震学和地磁学都是观测的科学.在近代历史上,地震学和地磁学的每一项重要的发现,每一步重大的进展,无一不是与缜密的观测和深入的研究直接或间接联系的--从1906年地核的确认到1936年地球内核的发现,一直到最近(1996年)宋晓东和Richards发现地球内核自转比地幔、地壳自转快(约快1.1°/年);从地球磁场的发现到地球非偶极子磁场"西向漂移"(约0.2°/年)的确认,直到古地磁磁极在地球表面上的迁移为大陆漂移提供了令人信服的证据;无一例外.     

数值模拟火星古发电机湮灭前磁场特征

火星地壳磁场观测结果表明,该行星目前已经丧失了由其内部发电机作用产生的行星尺度的本征磁场,只在其表面残留不对称分布的剩余磁场.通过MoSST行星液核发电机动力学模式的前期模拟工作发现,在火星古发电机"死亡"之前,很可能处于亚临界发电机状态(此时维持发电机所需能量小于激发发电机所需能量).为了解火星发电机湮灭前的磁场特征,本文选取该亚临界发电机区间内,Rayleigh数(表征驱动发电机能量的无量纲参数)=2480时的火星表面磁场数据,采用自然经验正交函数对其分析,结果表明:在火星古发电机湮灭过程中的亚临界发电机状态下,火星表面磁场形态是非轴向偶极子占优的;并频繁出现磁极倒转和漂移现象,该过程中其磁偶极距随时间呈非单调形态的衰减.     

地球磁场偶极子和非偶极子分量变化特征及其相关的地球深部过程

通过分析１９００年以来每５ａ地球磁场各阶球谐系数的相关系数发现,地球磁场偶极子分量的ρ值在１９０５-１９７０年基本保持不变,１９７０-１９８５年下降,１９８５-１９９５年又上升,呈Ｖ字型变化。而非偶极子分量的　值则具有周期性变化,在１９１５年、１９４５年和１９８０年出现峰值,在１９３５年和１９６５年则处于低谷,变化周期约为３０ａ。通过分析地球磁场非偶极子分量　值周期变化与日长周期变化的相关性,得出两点新的认识：１．非偶极子分量的周期性变化与核幔边界耦合过程相关,而偶极子分量的变化对应外核的深部过程;２．外核顶部流体具有周期性的变化,其变化周期与日长及非偶极子分量的变化周期一致。     

FOAM海气耦合模式中印度洋海温年际变化在厄尔尼诺不同发展阶段的影响

热带印度洋与热带太平洋是全球海气耦合最活跃的区域之一,两者的海温场中均存在着显著的年际变化模态,而且这两个洋盆间的海温异常模态间是相互联系的.本文采用一个复杂的全球海气耦合模式,模拟了两组分别包含和不包含热带印度洋海温年际变化对热带大气强迫的耦合试验,对比研究印度洋海温年际变化在厄尔尼诺事件演变中的贡献.结果表明,热带印度洋海温年际变化的存在使得厄尔尼诺事件的成熟期强度增加,且在厄尔尼诺的发展年秋季出现明显的快速增长.但在厄尔尼诺衰亡年,热带印度洋海温年际变化却使得热带太平洋暖海温减弱甚至转变为冷海温,使得厄尔尼诺事件的演变周期减短.具体来讲,发生于厄尔尼诺发展年的印度洋偶极子正异常事件能够在热带印度洋东部到热带西太平洋之间强迫出一支异常的下沉气流及异常Walker环流,加强原有的西太平洋低层西风异常,通过海洋平流及波动调整过程增强厄尔尼诺期间太平洋的暖海温异常;而在厄尔尼诺衰亡年出现的印度洋全洋盆增暖则在南亚季风爆发的背景下,在印度大陆上空产生一支明显的异常上升气流,激发西太平洋东传的Kelvin波及低层大气的东风异常,削弱了热带太平洋洋面的西风异常,促使厄尔尼诺从暖位相向冷位相转化,并使得西北太平洋出现反气旋式大气环流和降水的减少.因此,印度洋海温偶极子模态主要影响厄尔尼诺事件的发展阶段,而印度洋海温洋盆一致变化模态显著影响厄尔尼诺事件的衰亡阶段,两者均可通过改变大气环流而遥强迫太平洋海域.     

四万年以来南海西北次海盆地磁场古强度演化及其地球动力学意义

海洋沉积物能够记录较为连续的古地磁信息.对沉积物记录的天然剩磁(NRM)进行归一化处理,可以构建过去较为连续的地磁场相对古强度(RPI)信息,这对于研究地磁场演变与全球记录对比具有重要的科学意义.本文以南海西北次海盆地区L07岩芯作为研究对象,利用等温剩磁(IRM)作为NRM的归一化参数,构建了南海西北次海盆地区37ka以来的RPI曲线.实验结果显示,L07岩芯中载磁矿物的成分较为单一,以单畴(SD)-细粒准单畴(PSD)低矫顽力磁铁矿为主,能够作为古强度记录的载体.此外,在11.5ka处RPI出现峰值.进一步结合东亚地区鄂霍茨克海岩芯的RPI记录以及中国黄土10Be的丰度变化,我们认为该RPI峰值是由于地球非偶极子场影响所致.这说明东亚正磁异常的影响范围可以达到中国南海等中低纬度地区,这为理解东亚地区磁场演化提供了新证据,同时也为该区千年尺度RPI记录变化特征提供了新机制.     

中国境内各阶非偶极子磁场的时空变化

为了研究中国境内各阶非偶极子(ND)磁场,通过最新的地磁场模型CALS10K.1b计算了10000 BC—AD 1990年ND磁场在中国境内的时空及能量变化;22,23和24极子磁场零值线主要呈现出从我国中北部向东南部移动,从北部向东部移动,以及从东南部向西北部移动的趋势;除了26极子磁场,其余ND磁场在1500年以后均有“翘尾”现象,其所占主磁场的比值在10000 BC—AD 1500年呈震荡变化,从1500年开始快速上升;除了22极子磁场,其它各阶ND磁场能量随时间变化的趋势基本一致. 在5650 BC年左右,各阶ND磁场能量值均出现高值并随阶数的增大而衰减,反映了在该时间点通过地核发电机产生的磁场能量随径向距离而近似线性衰减,地磁场能量主要源自地球液态外核. 将CALS10K.1b模型结果与IGRF11模型对比后,得出CALS10K.1b模型所计算的ND磁场及能量值较为可靠,而两者差异主要源于数据和建模方法的不同.