基于第四代地磁场综合模型(CM4)以改善模型边界效应的研究

一般通过在国界外围均匀添加一定数量的IGRF点以改善区域地磁场模型的边界效应.而最新的地磁场综合模型(Comprehensive Model 4,CM4)可以计算1960～2002年内全球任意区域的地核场、地壳场、磁层场及其感应场、电离层场及其感应场,其内源场比IGRF更适合作为边界补充点以提高模型精度.本文对CM4和...     

地磁场多项式模型的分析与讨论

根据1970年中国地磁测量和中国地磁场泰勒多项式模型,计算和分析了地磁场模型的截断阶数、边界效应以及与测点数目的关系.给出了确定地磁场模型截断阶数的两条判据,指出了减少模型场边界效应的途径,提出了中国地磁复测点网规模和复测周期的初步建议.     

用于区域地磁场模型计算的 三维Taylor多项式方法

地磁场具有复杂的时空分布特点.地磁场模型是研究地磁场空间分布与时间变化规律的主要手段,包括全球和局部地区两类模型.局部模型精度满足了反映小尺度磁异常的需要.Taylor多项式模型是用于区域地磁场模型计算的常用方法,但至目前为止所用的都是二维Taylor多项式方法.本文提出了既能表示出地磁场在地球表面的分布,又能表示出地...     

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.     

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.     

区域和全球地磁场模型

本文叙述了计算区域地磁场模型的各种数学方法，给出了选择计算区域模型数学方法的判据，讨论了改善区域地磁场模型边界效应的方法，研究了确定区域地磁场模型截断阶数的判据，另外，简单介绍了第六代国际地磁参考场，１９９０年世界地磁图，国际地磁参考场的精度和使用。     

青藏高原地磁场模型的研究

根据青藏高原地磁三分量绝对测量资料,使用泰勒多项式方法和冠谐分析方法,计 算了青藏高原地磁场（Ｘ, Ｙ,Ｚ ）的泰勒多项式模型和青藏高原地磁剩余场（△Ｘ,△Ｙ,△Ｚ）的冠谐 模型,并绘制了相应的理论地磁图．分析了磁异常点对地磁场模型的影响,对比分析了地磁 场的多项式模型和冠谐模型,讨论了地磁场模型的边界效应问题．     

菲律宾及其邻近地区的地磁场模型研究

根据2001~2007年期间在菲律宾境内测量的74个点的地磁场数据,利用球冠谐和、泰勒多项式两种方法建立了2005.0菲律宾及周边地区地磁基本场模型,得到了菲律宾地区X、Y、Z、D、I、H、F七个分量的分布.两种模型反映的同一地区的地磁场分布形态基本类似,只在拐点的舒缓度、等值线平滑度等方面存在区别.在8°N左右,X、H、F出现系统的拐点,同纬度的X、H、F东低西高.D、Y零线分布于8°N左右呈东西展布,北侧为负,南侧为正,等值线沿经度分布的同时,在纬度上有不同程度的小起伏.Z、I空间分布呈现更加规则均匀的东西向分布特征.零线分布在7.5°N左右,零线北部是正值区域,南部是负值区域.两种模型与IGRF的差值的分布形态有很大的不同,球冠谐模型与IGRF模型差值的正负异常区域呈现正负异常相间的分布特征,且各分量的正负异常最大值分布在低纬度地区.而泰勒多项式与IGRF差值的正负异常分布却相对完整.     

青藏高原地磁场模型的研究

根据青藏高原地磁三分量绝对测量资料,使用泰勒多项式方法和冠谐分析方法,计 算了青藏高原地磁场（Ｘ, Ｙ,Ｚ ）的泰勒多项式模型和青藏高原地磁剩余场（△Ｘ,△Ｙ,△Ｚ）的冠谐 模型,并绘制了相应的理论地磁图．分析了磁异常点对地磁场模型的影响,对比分析了地磁 场的多项式模型和冠谐模型,讨论了地磁场模型的边界效应问题．     

小尺度地磁场勒让德多项式建模方法

根据地面实测地磁场数据,提出一种基于勒让德多项式的对小尺度地磁场的模型建立方法,结合数据预处理、最小二乘拟合方法,采用高阶的模型描述典型小尺度区域的地磁场,绘制出地磁图.通过实验验证,模型拟合实验点的数据与真实数据的磁场总强度平均误差小于30 nT,并且反映出小尺度区域中磁场的精细结构,有效地抑制了边界效应,大大提高了地磁场建模能力.另外讨论了勒让德多项式建模方法的优缺点以及使用范围.这为地磁场在空间延拓、探矿、地下结构分析提供了重要的方法和理论基础.     

Computation and analysis of the geomagnetic field model in China and its adjacent area for 2003

Based on the geomagnetic data at 135 stations and 35 observatories in China in 2003, the Taylor polynomial model and the spherical cap harmonic model in China and its adjacent area for 2003 were established. In the model calculation, the truncation order of the model and the influences of the boundary restriction on the model calculation were carefully analyzed. The results show that the geomagnetic data used are precise and reliable, and the selection of the truncation order is reasonable. The Taylor polynomial model and the spherical cap harmonic model in China and its adjacent area established in this paper are consistent very well.     

东亚地磁场的Taylor多项式模型

根据我国国家自然科学基金委员会和俄罗斯科学院的国际合作研究计划，在国际上首次同时使用中国、前苏联和蒙古的地磁复测点资料，以及东亚地区的地磁台站资料，计算出１９８０．０年东亚地磁场的Ｔａｙｌｏｒ多项式模型，并绘制出相应的东亚地磁图，给出了确定地磁场模型最大阶数的新判据。     

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。     

地球主磁场模型

主磁场建模是一项综合性的研究工作,它涉及主磁场理论、磁场测量、数据同化、模型表达、模型解释以及模型运用等多方面的研究.本文综述了近五十年来德国、丹麦和美英各国研究者提出的数十个地球主磁场模型,回顾了主磁场模型研究方面的进展,概述了模型的描述以及建模的理论基础和方法.     

基于三维Taylor模型的福建及邻近地区地磁模型研究

基于福建及邻近地区高密度的256个地磁场矢量(D、I、H分量)实测数据,结合全球陆地1 km基准海拔高度工程的网格数据以及最新的第十二代国际地磁参考场模型(IGRF12),采用三维Taylor多项式模型构建了福建地区的地磁场模型.通过比较均方偏差(RMS)、磁场实际分布以及残差等,结果显示:(1) 当三维Taylor模型的截断阶数(N)为2时,可基本反映N为6时的二维Taylor模型的拟合效果;(2) 三维Taylor模型计算方便,精度较高,但较易出现龙格现象,因此在确定截断阶数时既要考虑模拟精度,还需要考虑边界效应问题.     

日偏食对低纬地磁场的影响

１９９５年１０月２４日日偏食期间，我们在海南省琼中进行了地磁场总强度的观测和分析，同时运用该地磁台三分量磁照图，分析了地磁Ｄ场Ｄ、Ｈ、Ｚ三分量在日偏食期间的变化特征。结果表明：日偏食期间，磁偏角初亏后逐渐偏东，食甚后偏西；水平强度和总强度初亏后逐渐变小，食甚后上升；垂直强度初亏后逐渐变大，食甚后约１个小时变小。     

Reversed polarity patches at the CMB and geomagnetic field reversal

The International Geomagnetic Reference Field models (IGRF) for 1900–2000 are used to calculate the geomagnetic field distribution in the Earth’ interior from the ground surface to the core-mantle boundary (CMB) under the assumption of insulated mantle. Four reversed polarity patches, as one of the most important features of the CMB field, are revealed. Two patches with +Z polarity (downward) at the southern African and the southern American regions stand out against the background of ™Z polarity (upward) in the southern hemisphere, and two patches of ™Z polarity at the North Polar and the northern Pacific regions stand out against the +Z background in the northern hemisphere. During the 1900–2000 period the southern African (SAF) patch has quickly drifted westward at a speed of 0.20–.3° /a; meanwhile its area has expanded 5 times, and the magnetic flux crossing the area has intensified 30 times. On the other hand, other three patches show little if any change during this 100-year period. Extending upward, each of the reversed polarity patches at the CMB forms a chimney-shaped “reversed polarity column” in the mantle with the bottom at the CMB. The height of the SAF column has grown rapidly from 200km in 1900 to 900km in 2000. If the column grows steadily at the same rate in the future, its top will reach to the ground surface in 600–700 years. And then a reversed polarity patch will be observed at the Earth’s surface, which will be an indicator of the beginning of a magnetic field reversal. On the basis of this study, one can describe the process of a geomagnetic polarity reversal, the polarity reversal may be observed firstly in one or several local regions; then the areas of these regions expand, and at the same time, other new reversed polarity regions may appear. Thus several poles may exist during a polarity reversal.     

地磁前兆异常的动态从属函数

地震前兆涉及到多种地球物理观测方法,且计量单位各不相同,因此,各类前兆异常之间无法进行直接的定量对比,这给地震预报研究带来了困难.应用异常从属函数值（无量纲量）可统一规划不同性质、不同计量单位的地震前兆异常.本文通过研究地磁资料从属函数,发现1995年9月20日山东苍山Ms5.2级地震前有明显的前兆异常.增强了对地震前兆异常的识别能力,文中提出该方法在地磁场研究中应注意的问题.