第11代国际地磁参考场(IGRF11)的比较分析

利用最新的第11代国际地磁场考场(IGRF11)在中国地区进行了一系列的对比分析.将IGRF11与IGRF10计算的2005年1°×1°网格值相减,分析两者的区别;将两模型在2005～2010年间的年变率相比较,进行了差异分析;最后计算了IGRF11的2010～2015年和2005～2010年的年变率,并进行比较.结果...     

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.     

IGRF1980的检验

鉴于国际地磁场模式中没有应用到中国的地磁观测数据,要把国际地磁参考场(IGRF)作为中国的地磁背景场,那么地磁场各要素在各地区的差别是怎样呢?为了弄清这个问题,以利大家实际的应用,本文采用了几个方面的地磁观测数据与IGRF1980基本磁场(MF)、长期变化(SV)模式的计算值进行比较。(1)利用地磁台的年均值和年变率与IGRF1980模式的计算值比较;(2)利用1980.0中国复测点的观测值与其比较,(3)1980.0中国地磁场模式与IGRF1980的MF和SV模式相互比较。     

地磁长期变化信号提取和模型预测精度评估

高精度地磁场信息在地球物理导航等领域有着广泛应用,一般依靠地磁场模型来预测未来磁场的时空状态变化特征.本文基于中国大陆10个地磁基准台站2009—2022年的连续矢量观测数据,通过月均值年差分和主成分分析方法剔除外源干扰场,进一步去除岩石圈磁场,提取得到了主磁场长期变化信号,并将其与IGRF和WMM系列主磁场模型结果进行对比.通过引入绝对误差、均方根误差等指标,定量评估了IGRF-12和WMM2015模型在中国大陆区域内1—5年尺度的预测精度.结果表明,IGRF-12和WMM2015模型均能总体反映我国大陆主磁场长期变化趋势,两者总场强度的5年均方根误差分别为54.19 nT和15.86 nT,WMM2015模型预测的7个地磁要素的精度均优于IGRF-12.模型误差会随时间逐渐增大,两模型总场强度的1年期最大误差为13 nT,5年期最大误差可达153.65 nT,难以满足高精度定向钻井等领域的地磁导航需求,因此,有必要结合地磁台等观测资料,研制年周期地磁场快速长期变化模型.

     

基于IGRF13和WMM2020模型的地磁匹配特征量的选择

地磁导航具有极好的自主性、隐蔽性以及抗干扰性,而且近几年越来越引起广泛的关注和研究．在地磁匹配导航系统中,地磁特征量对导航性能有极大的影响,而且特征量数据之间有较大的差异,因此选择最佳的地磁匹配特征量是实现高性能地磁匹配导航的重要任务．本文采用了最新的国际地磁参考场模型IGRF13与世界地磁模型WMM2020研究分析了地磁场分量随时间及空间的变化情况,进而选择出匹配效果最佳的地磁匹配特征量．首先基于两种模型数据,通过用坡度的概念来描述导航区域的七个地磁匹配特征量随空间变化的情况,最终排除坡度较小的角度类地磁场特征量;其次,因地磁场的时间变化分析可以从点和区域两个方面进行,故采用控制变量法,分别计算出两个模型的单点以及区域的地磁信息熵值,以此来分析地磁匹配特征量随时间变化的情况．然后,通过基于两种地磁模型数据的计算与分析,结果均发现垂直分量Z是最佳的地磁特征量．最后,在导航区域分别基于模型数据和实测数据进行定位实验,进一步验证了分析的结果,为地磁匹配导航提供了可靠的依据．     

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。     

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。     

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。     

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。     

两种地磁场模型与地磁台站年均值一致性分析

研究了地磁场综合模型CM4和国际参考地磁场模型IGRF12与中国部分地磁台站年均值的一致性,并分析CM4与IGRF12模型之间的差异,结果表明,模型值与台站观测值的差值不随台站经纬度的改变而呈现规律性变化,两种模型值与台站观测值差值的两种变化形态相差较大;同一台站,同一地磁分量,两种地磁场模型的误差水平基本相当;同一地...     

地磁匹配特征量的选择

论文旨在选择合适的地磁特征量用于匹配制导.从地磁匹配的实际要求出发,提出了选择匹配特征量时应重点考虑的几个因素,通过理论分析初步拟定了选取准则,并针对特定区域,依据IGRF(International Geomagnetic Reference Field)和WMM(World Magnetic Model)计算出的地磁数据,结合选取准则进行了综合分析,给出了初选结果,对地磁匹配基准图的制备、实时图的获取、匹配算法的研究,以及地磁场资源应用于其他领域的相关研究有一定的借鉴意义.     

基于IGRF的地磁基准图技术

地磁导航需要获得目标区域的地磁基准图。研究了基于国际地磁参考场的地磁场要素计算和等值线绘制方法。以给定目标区域的经纬高为输入,计算高阶地磁球谐函数获取地磁矢量并计算地磁场要素,修正了因地球扁率带来的数据差异。采用具有虚节点的移动矩形网格算法来绘制地磁参数等值线,生成目标区域的地磁基准图。采用C#实现了地磁基准图软件,测试表明,获得的地磁等高线数据满足使用要求,等值线精度较高。     

中国地磁台环境场的计算与分析

根据国际参考地磁场(IGRF)模型,计算出1945年5月—1990年5月中国部分地磁台的计算年均值,并与相应观测年均值比较,计算出地磁台各个地磁要素的磁异常值以及地磁台异常场的模量,本文的计算结果将为认识地磁台的地磁场环境、地磁台站资料评比提供依据。     

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.     

Harmonic sources of the main geomagnetic field in the Earth’s core

The large-scale harmonic magnetic-convective sources of the main geomagnetic field in the Earth’s core have been determined for the first time. The determination is based on a complete system of eigenfunctions of the magnetic diffusion equation in a homogeneously conducting sphere, which is surrounded by an insulator. The sources of the main geomagnetic field observed, which is responsible for the distribution of the electric currents generating this field in the core, are expressed in terms of large-scale eigenfunctions. In this case, the dipole sources are directly related to the observed geomagnetic dipole, whereas the quadrupole sources are related to the quadrupole, etc. The time variations in the obtained sources are responsible for individual spatiotemporal features in the generation or suppression of each Gaussian component of the observed geomagnetic field. When the commonly accepted observational international geomagnetic reference field (IGRF) models were used to partially reveal these time variations, it became possible to specify the estimate of the Earth’s core conductivity and determine the minimum period that can separate us from the commencement of further inversion or excursion.     

2005.0年代中国地区地磁场及其长期变化球冠谐和分析

国家地磁图作为描述一个国家领域内地磁场空间分布的基础科技产品,其选用的模型计算方法应准确合理地反映标准年代上地磁场空间分布及未来5年的地磁场长期变化趋势.本文应用球冠谐和(SCH)方法,对中国地区1119个野外地磁测点和36个地磁台的观测数据进行了计算,获得了2005.0标准地磁年代中国地区地磁正常场及其异常场空间分布,建立了2005~2010年中国地区地磁场长期变化球冠谐和模型.结果表明,IGRF描述的中国地区地磁场偏差幅度约为5'(D、I)或100 nT(F),由于新的、空间分辨率更高的地磁测量数据参与计算,球冠谐和方法描述的2005.0 地磁图能较IGRF更细致地描述地磁场的空间分布,具备稳定运用在中国地磁图的编制出版工作中的能力.