江苏地区地电暴特征及差异性

利用FFT方法对江苏区域地电场、地磁以及有关台站的钻孔应变数据进行处理,提取频谱特征,对该区各地电台站的地电暴特征进行分析,研究结果表明：①江苏区域地电场各测项地电暴数据与地磁H分量变化趋势接近,但各台地电场不同测项的突跳方向存在各向异性,4个地电台站EW向数据具有一致同向现象,NS向数据有差异性;②由各分量优势周期对应性可知,江苏地区地电场NS向含有的地磁场H分量高于体应变成分,地电场EW向倾向于地磁场H分量与体应变叠加抵消的结果;③当磁暴发生时,地磁H分量变化幅度相同的台站,地电场变化幅度不同,地电台站的地电暴变化特征与其地下结构有关,地下深层阻抗越大,感应电场越大,地电场日变化幅度越大。     

地电暴事件判别方法及特征分析

本文基于我国2015—2018年间地电暴事件,通过对筛选的数据曲线变化特征归纳分析,总结出以下快速准确判断地电暴事件的依据:(1)地电暴发生时,会压制地电场六道观测数据正常日变形态,且变幅是正常日变幅值2倍以上或更大;(2)地电暴事件具有广域同步性,可通过多台观测数据对比判断;(3)地电暴和地磁暴具有同源性,可通过地磁观测来判断;(4)经过上述初判后,还应排除观测系统、自然环境、人为干扰、场地环境事件影响,才能确认为单一地电暴事件。通过对地电暴波形特征的分析,发现一般情况下地电暴变幅与地磁磁情指数—K指数呈正比关系,但是同一台站地电暴变幅在同一K指数下差异较大。不同台站对同一地电暴事件幅度响应不同,仅从变幅来看纬度效应不明显,有局部区域性特点,可能与台站台址条件\,地电场布极方式方位等因素均有关。     

中国大陆地电暴时频特征

基于沿中国大陆两条经度链(118°E,99°E)、两条纬度链(40°N,34°N)的25个台站地电场分钟测量数据,分析了2014年8月至2016年8月共83次地电暴(磁情指数Kp≥5) 的波形特点,认为:地电暴可分为急始型、缓始型两类,一般持续1—3天;地电暴在广大区域同时发生,变化波形相同或相似,表现为明显的广域性特点.讨论了地电暴对地磁暴的变化响应以及不同台站和测道之间地电暴变幅的差异,认为地磁暴期间太阳风等引起的空间电磁场变化与地球介质相互作用激发大地电流产生变化,引起了地电场快变化和地磁场快变化的强烈响应,且地电暴变幅与台址地下介质电导率关系密切,电导率越小,变幅越大.用最大熵谱方法估算了地电暴的主要周期成分,按功率谱密度大小依次约为1.6 h,1 h,15 min,10 min等,而且不同地电暴的优势周期略有不同.      

河北地区地电场观测数据地电暴变化特征

选取河北省6个地电台站地电场观测数据,分析地电场静日和地电暴期间的波形变化,讨论地电暴期间不同台站之间急始脉冲和急始变幅差异性,认为:地下介质不均匀性造成地电暴急始脉冲相位不同;地电暴急始变幅差异与观测台址表层电阻率大小关系密切。应用最大熵谱方法提取频谱成分,发现地电暴日高频短周期成分更加丰富,优势周期约1.6 h。     

地电场日变幅与地电暴分析

利用昌黎台地电场资料分析地电场日变幅季节变化特征,显示有季节效应,EW、SN测向夏季日变幅地震最大,而出现最小值的季节两测向表现不一。分析认为,与地电场观测信号的复杂多样性有关。地电暴可以记录到磁暴急始变幅、初相、主相的变化形态,但由于电场和磁场之间存在一阶差分的关系,并不是所有地电暴都和地磁暴变化一致,甚至有些地电暴没有变化形态,而是出现高频上下起伏的脉冲形式。利用多台地电场资料,对同一个K指数为7的磁暴进行急始变幅、扰动最大变幅分析,结果显示,各台不尽相同,可能与台址介质的电性结构有关。     

甘肃天祝地区地电暴变化分析研究

针对2015年发生的4次磁情指数K≥6的磁暴事件,分析了甘肃天祝地区松山、寺滩和古丰地电场在磁暴发生期间的观测数据,结果表明:地电场各测向均记录到同步的地电暴变化,其最大变幅均明显高于正常日变;对同一场地地电场,其变化幅度与磁情指数K呈正相关;对不同场地地电场,因其对磁暴的响应程度不同,其变幅差别很大,这可能与地下岩石、裂隙、含水度及渗透率等水文地质因素及台址介质的电性结构有关。     

甘肃嘉峪关、瓜州地电场日变化与地电暴差异机理分析

通过甘肃省嘉峪关台地磁场观测资料,研究嘉峪关台、瓜州台磁静日地电场日变化的时频特征波;由地电场分钟值观测数据的时序叠加残差方法,研究嘉峪关、瓜州山的地电暴变化。结果表明:(1)两台地电场静日变化以两次起伏变化为主,无相位差,但两台之间日变幅差异较大;(2)地电场分量变化与地磁场正交分量变化显著相关;地电场与地磁场日变波形不同,极值时间有差异。2个台存在很明显的高频成分,在去除了高频变化后,其优势周期也相同,从大到小依次为12 h、8 h、24 h。地磁场H分量因存在磁暴影响,故高频变化较多,在去除了磁暴影响后,其优势周期从大到小依次为24 h、12 h、8 h;(3)当电磁暴扰动剧烈时,两台可以较清晰地记录到地电暴的完整变化。在发生电磁暴时,地电场与地磁场的相关性明显降低,且不同台、不同测向之间的变化幅度也不尽相同。两台东分量E_Y暴日的日变幅较静日明显增大,磁暴期间Y分量变化率与地电场东分量E_Y观测数据显著相关,由此说明:两台日变幅的不同与台站台址电导率有关,太阳风引起的电离层活动是引起了地电场日变化主因。引起电暴的原因可能不同于引起日变化的原因,主要是两台之间及不同测向之间的浅、深层电阻率和地质构造等诸多因素的结果。     

暴时场向电流及磁层—电离层耦合过程

本文综述了不同类型电离层场向电流(亦称为Birkeland电流)及其在地磁扰动(磁暴和亚暴)期间的时空分布特征.首先简述了场向电流近70年的研究历程,总结了各种与太阳风—行星际磁场(interplanetary magnetic field,IMF)、电离层电导率空间分布不均匀相关的1区和2区场向电流,北向、晨昏向IM...     

基于中性原子通量数据的磁暴期间环电流研究

本文通过分析两次大磁暴期间的中性原子(ENA)通量数据,试图揭示环电流离子通量的变化规律,进一步探讨环电流的形成和损失机制,以及磁暴和亚暴的关系.两次磁暴期间ENA通量的变化呈现出一些重要的特征:(1)通量随能量的增高而快速降低,磁暴主相期间高能端通量所占比重增大;(2)通量比例曲线的起伏远比通量曲线的起伏要平缓;(3)通量的起伏与AE指数之间没有简单的对应关系;(4)磁暴恢复相开始前,ENA通量出现短时间的猛烈增长,特别是低能端通量的增长异常迅速;(5)Dst/SYM-H指数快速恢复期间,ENA通量的变化表现为两个完全不同的阶段:先降低,后增大.忽略影响ENA通量的其他次要因素,ENA通量的上述特征直接反映了环电流的发展规律.环电流离子通量随能量的增高快速下降,磁暴主相期间可能由于高能O+的增加使得能谱有所变硬.离子主要受南向行星际磁场(IMF)所引起的对流电场的驱动注入到环电流区域,通量的变化大体上是无色散的.亚暴活动与环电流的增长没有直接的因果关系,但亚暴活动会引起环电流离子通量的短时间尺度波动.恢复相开始前,环电流离子在昏侧区域发生堆积,使得局部离子通量变大.这可能是由于屏蔽电场的形成削弱了内磁层对流电场,造成离子在磁层顶的逃逸损失过程减弱.在Dst/SYM-H指数的快速恢复期间,环电流离子通量的衰减速度也可能发生阶段性变化.这说明Dst/SYM-H指数并不能准确反映环电流的强度,环电流的衰减过程可能具有比先快后慢更为复杂的阶段性模式.     

基于地磁台站数据对磁暴期间环电流和场向电流的分布特征研究

磁暴的发生与环电流的变化密切相关.除了对称环电流外,部分环电流在磁暴的发展过程中也起到了重要的作用,同时部分环电流通过场向电流与极区电离层中的电流形成回路.本文应用INTERMAGNET地磁台网北半球中低纬区域地磁台站数据,对不同强度4个磁暴事件主相和恢复相期间部分环电流和场向电流的磁地方时分布进行了分析和讨论.对于每一个磁暴事件,在低纬地区（地磁纬度约0°—40°N）选用地磁经度上大致均匀的8个台站,通过坐标转换计算平行于磁偶极轴的地磁场水平分量H来分析磁暴期间环电流所引起的磁场扰动;在低纬地区8个台站的基础上增加中纬地区（地磁纬度约40°N—60°N）地磁经度上大致均匀的6个台站,计算地磁坐标系下地磁场东西分量Y来分析磁暴期间场向电流在中低纬地区引起的磁场扰动.结果表明,磁暴主相期间的部分环电流主要作用于磁地方时昏侧和夜侧扇区,并且主相和恢复相期间部分环电流引起的磁场变化随着磁暴级别的增大而增大;磁暴主相期间向下的场向电流多出现在夜侧至晨侧扇区,向上的场向电流多出现在昏侧至午后扇区,且中纬地区向下和向上场向电流的展布范围明显大于低纬地区;恢复相期间弱、中磁暴事件的场向电流呈现与部分环电流相同的减弱趋势,而强、大磁暴事件在恢复相末期场向电流引起的磁场变化明显不同于恢复相的其他时刻,这可能与高纬较强的亚暴活动有关.

     

2004年11月磁暴期间环电流的演化过程——TC-2卫星中性原子成像仪观测结果

本文通过对TC-2卫星上搭载的中性原子成像仪(NUADU)在2004年11月发生的一次大磁暴期间观测到的一系列中性原子(ENA)图像的分析,试图给出环电流在磁暴期间的演化模式.研究表明,南向的行星际磁场(IMF)分量在离子从磁尾向内磁层注入和随后的环电流增长过程中起着关键的作用.IMF转为北向后,离子注入随即很快停止.在离子注入增强期间,离子的漂移路径是开放的,以致大量环电流离子从黄昏侧注入后快速地损失在黄昏至正午的磁层顶.所以,环电流往往在离子漂移路径从开放变为封闭后才达到最大强度,而不是在这之前,尽管那时的离子注入强度更大.在该磁暴主相期间,离子注入发生在17∶00~22∶00 LT范围内,形成极其不对称的环电流分布形态.而在恢复相期间,由于受大的IMF B_y分量的影响,离子注入区的地方时分布范围东向扩张.对称环电流在磁尾对流减小、离子漂移路径变为封闭形态之后形成.在磁暴恢复相后期,从ENA图像看环电流基本衰减到平静时期的水平,而Dst指数仍然显示较强的磁扰动,这说明越尾电流对Dst指数有很重要的影响.     

两次磁暴期间广东电网地磁感应电流的分析

地磁感应电流(Geomagnetically Induced Current, GIC)会对低纬和赤道地区高压电网安全运行构成威胁.本文利用广东肇庆地磁台在2006年12月14—15日,2015年3月17日两个磁暴发生期间监测到的地磁场数据,研究和计算了广东500 kV电网两条输电线路上由地磁暴激发的GIC,并利用NASA Space Physics Data Facility网站提供的太阳风和行星际磁场数据分析了该区电离层赤道电急流(Equatorial Electrojet, EEJ).结果显示:广东500 kV电网输电线路易受地磁暴引发的GIC干扰.GIC除和输电线路的长度、线路所处的地貌特征、沿海输电线路遭受到的海岸效应有关外,赤道电急流在GIC的激发方面起着重要的作用.赤道电急流对GIC的影响发生在地磁暴的急始期,也发生于地磁暴的主相期,和行星际磁场B_z在太阳风动压增加时产生的南向偏转有关.     

大地电导率横向突变处磁暴感应地电场的邻近效应

大地电性结构的横向变化会对磁暴时的感应地电流和地面电磁场产生影响.本文假设扰动地磁场变化的源为地面以上一定高度的面电流,以某一典型层状大地电导率结构为基础,构造含有电导率横向突变的地电模型.针对感应电流的方向与横向分界面平行的情形,采用伽辽金有限元法对电导率横向突变处的感应地电场进行了分析,揭示了电导率横向差异产生的趋肤效应和邻近效应的机理,针对与电性结构分界面平行的输电线路,从评估地磁感应电流的角度讨论了影响的严重程度和范围.     

日本9.0级地震前后华北形变场变化特征与地震趋势分析

本文分析了华北主要断裂带基于2011年日本9.0级地震同震位移场的应变变化, 结合华北地区近几年形变异常分析日本9.0级地震前后华北地区形变场的变化特征, 分析了日本9.0级地震对华北地区的影响以及未来值得关注的地区。 日本9.0级地震的发生使得华北地区EW向主压应变有所释放, 不同地区的同震响应存在差异, 部分趋势性变化在日本9.0级地震后有所恢复, 目前郯庐带中南段及附近区域的挤压应变背景和断层活动水平增强值得关注。     

与大电流信号有关的华北东部地区地电场空间变化特征的研究

在地震电磁学研究中,电流在地下的流动特征与构造关系是一个非常重要的问题.大范围观测站的分布和强电流源存在的格局为我们研究这个问题提供了机会.本文通过对青岛换流站接地极向地下注入2100~3004 A大电流时华北东部地区21个地电场台站观测的研究,深入认识了地电场信号变化实质.研究表明：①沿着郯庐断裂带方向、跨过郯庐断裂带西南方向、跨过郯庐断裂带北西方向能够记录到地电流信号的特征变化非常大,存在着明显方向性特征和“穴位”现象.②注入大地的电流强度越大,则在观测点记录到的地电流信号强度也越强.③本文研究区域里地电场信号的均匀度并不遵循均匀介质条件下的一般规律,说明地下介质电性非均匀性和各向异性特征明显.④大电流注入地下时能够较正确地反映信号源方位的台站较少,只有安丘台、大山台和新沂台所观测到的方位线可用于确定信号源的位置.本文从点电流源与台站测线布局构成的装置系统、大区域介质非均匀性、台站测区以及附近地区的介质细结构的影响三个方面,通过数值模拟,对上述特征进行了较深入的分析和解释.     

蒙城台地电场资料分析

通过对安徽省蒙城台2002年地电场分钟值数据的处理分析, 结果认为该台可以清晰地记录到大地电场的正常日变化、 电磁暴; 同一方向长短极距的变化基本同步; NS向、 EW向与NW向的比测误差基本正常; 拟合极化方向角在静日和有电磁暴时, 在N80°W～N100°W内摆动, 较稳定, 有干扰和雷电时极化方向明显偏转; 大地电场矢量方向角α变化大。 受降雨、 外线接触不良、 仪器工作状况不佳的影响, 少数数据质量不好, 通过改进, 还可以进一步提高观测质量。     

吉林地区地电场变化特征分析研究

本文在初步介绍了吉林地区地电场观测台网基本概况的基础上, 对该区域记录到的地电场的基本变化特征进行了统计分析。 研究表明: ① 绝大部分台站记录到了比较典型的地电场静日变化, 主要表现为“峰—谷—峰”形态, 该变化形态在时间上具有同步性; ② 所有台站均记录到了比较明显的地电暴同步变化, 呈近似南北分布的几个台站记录到了微弱磁扰的同步变化; ③ 地电场日变化幅度呈现比较明显的年变化规律, 不同台站的地电场日变化幅度具有一定的差异性; ④ 正常工作状态下, 各个台站之间同测向观测数据具有比较好的相关性。