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。     

非洲磁异常对地磁场结构及其长期变化的控制作用

地球非偶极磁场在主磁场结构及其长期变化中起着重要作用.非偶极磁场主要表现为行星尺度磁异常,它们是南大西洋磁异常、非洲磁异常、欧亚大陆磁异常、澳洲磁异常和北美磁异常.在这5块磁异常中,非洲磁异常对磁赤道的形状和位置以及全球长期变化特征有极大的影响.非洲磁异常的重要性主要表现在3方面：第一,由于异常区位于赤道这一特殊的地理位置,所以它极大地影响磁赤道的形状和位置.相对于偶极场的地磁赤道而言,异常区所在的中北非洲和中大西洋地区的磁赤道向北移动,最大移动量可达约15°.第二,非洲磁异常的快速西漂对全球长期变化的分布起着决定性作用,它在该异常区西边的中美洲形成了全球最主要的长期变化区,在1900~2005年期间,最大年变率Zmax超过200 nT/a.第三,非洲负磁异常区与其南面的南大西洋正磁异常区相结合,〖HJ〗它们的变化使西半球地磁场强度大大减弱,也使全球磁场发生显著畸变.这两块磁异常与深部的反极性斑区有着成因联系.     

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.     

东亚地区地磁非偶极场长期变化的分析

本文利用东亚及其邻近地区50个地磁台站1955—1977年地磁三要素（D、H、Z）的实测年平均值算出的非偶极场值X、Y、Z,选用“按距离加权最小二乘曲面拟合”方法,计算、绘制、分析了东亚地区地磁非偶极场及其长期变化的时空分布特征,并与国际参考场（IGRF）模式进行了粗略的对比。所得的主要结果是:1.1955.0—1965.0年代,东亚地区Z分量的增长速度在迅速减小;1965.0年代以后,Z值在逐年下降。2.从整体上看,东亚地区地磁非偶极场虽然形态与IGRF给出的结果基本吻合,但长期变化有明显差异。1965.0年代的IGRF长期变化模式与实测结果偏差甚大。为了使IGRF模式更好地拟合地磁长期变化处于转折时期的复杂地区的情况,看来时间间隔应更短些,例如5年为好,采用现在通用的方法是不适宜的。     

东亚地区地磁非偶极场长期变化的分析

本文利用东亚及其邻近地区50个地磁台站1955-1977年地磁三要素（D、H、Z）的实测年平均值算出的非偶极场值X、Y、Z,选用“按距离加权最小二乘曲面拟合”方法,计算、绘制、分析了东亚地区地磁非偶极场及其长期变化的时空分布特征,并与国际参考场（IGRF）模式进行了粗略的对比。所得的主要结果是:1.1955.0-1965.0年代,东亚地区Z分量的增长速度在迅速减小;1965.0年代以后,Z值在逐年下降。2.从整体上看,东亚地区地磁非偶极场虽然形态与IGRF给出的结果基本吻合,但长期变化有明显差异。1965.0年代的IGRF长期变化模式与实测结果偏差甚大。为了使IGRF模式更好地拟合地磁长期变化处于转折时期的复杂地区的情况,看来时间间隔应更短些,例如5年为好,采用现在通用的方法是不适宜的。     

高纬磁层顶位形统计分析

本文收集了1226个来自Cluster、Geotail、GOES、IMP8、Interball、LANL、Polar、TC1、THEMIS和Wind卫星磁层顶穿越事例,并主要利用时间推移使上游行星际磁场clock angle或等离子体变化特征与磁鞘中的相吻合方法为这些数据配对上来自ACE或Wind卫星5 min平均值太阳风数据.通过对这些数据以及网上公布的1482个Hawkeye卫星磁层顶穿越点数据分析研究,发现：（1）高纬磁层顶在极隙区存在内凹结构,其内凹范围比较大;（2）磁层顶内凹位置明显受地磁偶极倾角控制,最内凹点所对应的天顶角和地磁偶极倾角大致呈线性关系,这种关系在南北半球大致呈反对称;（3）磁层顶内凹深度、内凹范围以及内凹中心不变纬度基本不受地磁偶极倾角影响.     

地磁脉动测量的选台实验

一、引言地磁短周期变化的转换函数与地震关系的研究是近年来震磁关系研究中开拓的新的研究领域,并已取得了许多重要的成果。地磁脉动的观测资料除了用于更深入地研究地磁场变化的物理特征外,同时可为研究地磁短周期变化提供更短周期的资料。观测地磁脉动资料需要灵敏度较高的地磁测量仪器,从而要求仪器工作在磁噪声较小的环境中。按最近中美协商的合作搞磁脉动观测台址环境的要求,其背景场的干扰噪声要小于     

国际地磁参考场在中国大陆地区的误差分析

IGRF（国际地磁参考场）是有关地球 主磁场与长期变化的模型，IGRF的误差主要来源于：忽略外源场、球谐级数的截断、台站分 布的不均匀、测量、忽略地壳磁异常场等. 分析我国大陆地区IGRF的误差，有利于我国地磁 研究 人员在工作中合理地应用IGRF资料. 如果不计磁异常与环境干扰都比较大的北京台，29个基 准台的IGRF的误差(均方根差)为146.9nT.     

对地磁发电机理论的反思与天体磁场研究展望

由地球磁场的基本特征和电磁场理论,证明了流体外核不可能产生偶极磁场,地磁发电机理论对偶极磁场是无效的.并对地球和天体磁场的研究方向和方法进行了展望:偶极场与核心部分的自组织结构有关,多极子场与外部各层的组织结构或运动状态有关.     

中国磁震关系探索

本文介绍了我国震磁研究的最新进展。阐述了震源场、区域应力场产生震磁异常的物理基础以及地磁日变化的“透视-触发”作用。根据预报实践提出了渐进式和跨越式预报方法相结合的地磁预报地震的思路和工作程序。     

磁暴期间几种主要磁扰成分的演化特征

本文利用中国地磁子午链台站的资料,对1997～1999年期间发生的25次磁暴,用自然正交分量法（NOC）、相关分析和傅里叶分析三种方法,分3个步骤依次分离出依赖于世界时（UT）的暴时变化（Dst）、依赖于地方时（LT）的太阳静日变化（Sq）和太阳扰日变化（SD）.对各种变化时空特征的分析表明：①Dst变化清楚地反映出赤道对称环电流磁扰的空间分布和时间演化特征;②满洲里、北京十三陵和琼中台Sq幅度在多数磁暴主相期间出现极大和极小值,反映了Sq焦点在纬度方向上的移动所产生的地磁效应;③SD变化在主相期间最强,在恢复相期间逐渐减弱;④相关分析和傅里叶分析提供了一种能有效提取Sq和SD变化的方法.     

中国地磁台观测的2014年地磁急变

地磁急变（jerk）是起源于地球外核并在导电地幔过滤效应后在地球表面观测到的一种地磁现象,其反映了地核内部某些动力学过程.Jerks在空间范围上既可以是区域性的,也可以是全球性的.中国地区地磁台能否检测到2014年jerk？针对这一问题,利用中国大陆10个地磁台的磁静日月均值和CHAOS-6全球磁场模型,分析了X、Y和Z分量2008—2018年期间的长期变化,估算了2014年前、后的长期加速度值,确定了2014年地磁jerk的时间和强度.研究表明中国地磁台Y分量的长期变化为"Λ"型,Z分量存在明显的"V"型,具有典型的jerk特点.Y分量jerk出现的时间大约在2014年6月,比非洲大陆的Algeria TAM台和南美洲French Guiana KOU台时间滞后大约4个月.这暗示着产生jerks的地核流体波动的时序特点.中国西部和东北部地磁台的长期变化形态有明显的差别,主要由非偶极磁场引起.CHAOS-6模型与地面台站的长期变化形态并非始终一致.本文结果有助于更好地理解和解释长期变化的时间演变和地理分布,并为深入探讨jerks的地核起源和驱动机制提供新的观测约束.     

中国地磁台观测的2014年地磁急变

地磁急变（jerk）是起源于地球外核并在导电地幔过滤效应后在地球表面观测到的一种地磁现象,其反映了地核内部某些动力学过程.Jerks在空间范围上既可以是区域性的,也可以是全球性的.中国地区地磁台能否检测到2014年jerk？针对这一问题,利用中国大陆10个地磁台的磁静日月均值和CHAOS-6全球磁场模型,分析了X、Y和Z分量2008—2018年期间的长期变化,估算了2014年前、后的长期加速度值,确定了2014年地磁jerk的时间和强度.研究表明中国地磁台Y分量的长期变化为"Λ"型,Z分量存在明显的"V"型,具有典型的jerk特点.Y分量jerk出现的时间大约在2014年6月,比非洲大陆的Algeria TAM台和南美洲French Guiana KOU台时间滞后大约4个月.这暗示着产生jerks的地核流体波动的时序特点.中国西部和东北部地磁台的长期变化形态有明显的差别,主要由非偶极磁场引起.CHAOS-6模型与地面台站的长期变化形态并非始终一致.本文结果有助于更好地理解和解释长期变化的时间演变和地理分布,并为深入探讨jerks的地核起源和驱动机制提供新的观测约束.     

Forecasting geomagnetic activity

A study of the daily, monthly and annual values of the geomagnetic activity indexAp for 1932 onwards and of the annualaa indices for 1868 onwards indicated that their variations had large random components. Long-term predictions were not possible from time-series extrapolations.     

Planetary distribution of geomagnetic pulsations during a geomagnetic storm at solar minimum

We investigate the features of the planetary distribution of wave phenomena (geomagnetic pulsations) in the Earth’s magnetic shell (the magnetosphere) during a strong geomagnetic storm on December 14–15, 2006, which is untypical of the minimum phase of solar activity. The storm was caused by the approach of the interplanetary magnetic cloud towards the Earth’s magnetosphere. The study is based on the analysis of 1-min data of global digital geomagnetic observations at a few latitudinal profiles of the global network of ground-based magnetic stations. The analysis is focused on the Pc5 geomagnetic pulsations, whose frequencies fall in the band of 1.5–7 mHz (T ～ 2–10 min), on the fluctuations in the interplanetary magnetic field (IMF) and in the solar wind density in this frequency band. It is shown that during the initial phase of the storm with positive IMF Bz, most intense geomagnetic pulsations were recorded in the dayside polar regions. It was supposed that these pulsations could probably be caused by the injection of the fluctuating streams of solar wind into the Earth’s ionosphere in the dayside polar cusp region. The fluctuations arising in the ionospheric electric currents due to this process are recorded as the geomagnetic pulsations by the ground-based magnetometers. Under negative IMF Bz, substorms develop in the nightside magnetosphere, and the enhancement of geomagnetic pulsations was observed in this latitudinal region on the Earth’s surface. The generation of these pulsations is probably caused by the fluctuations in the field-aligned magnetospheric electric currents flowing along the geomagnetic field lines from the substorm source region. These geomagnetic pulsations are not related to the fluctuations in the interplanetary medium. During the main phase of the magnetic storm, when fluctuations in the interplanetary medium are almost absent, the most intense geomagnetic pulsations were observed in the dawn sector in the region corresponding to the closed magnetosphere. The generation of these pulsations is likely to be associated with the resonance of the geomagnetic field lines. Thus, it is shown that the Pc5 pulsations observed on the ground during the magnetic storm have a different origin and a different planetary distribution.     

地磁台站建设中磁测异常现象分析

地磁台建设磁性跟踪测试工作很重要,通过对跟踪磁测中发现的一个异常现象的分析,计算了不同重量、距离的铁磁性物质对磁房建筑场地磁场的影响,讨论了排除施工现场磁性干扰的一些办法,并得出各种重量铁磁性物质与磁房建筑物的安全距离,还讨论了地磁台部分建筑材料的选择问题。     

Variation of lunar and solar geomagnetic tides with sunspot and geomagnetic activity

Summary Solar and lunar geomagnetic tides inH at Alibag have been determined by spectral analysis of discrete Fourier transforms following the method of Black and the well-known Chapman-Miller method. The seasonal variation inL ₂(H) is opposite to that inL ₂(D) with maximum in thed season and minimum in thej season. In bothH andD the enhancement due to sunspot activity is larger in lunar tide than in solar tide. Surprisingly, the enhancement due to magnetic activity is greater inL ₂(H) than inS ₁(H), while the contrary is true for declination. It is inferred that there is a local time component of the storm time variation contrary to the view expressed by Green and Malin. The enhancements in amplitudesL ₂ andS ₁ inH andD, due to sunspot activity and due to magnetic activity, have been separated. The results show that the amplitude at zero sunspot number increases with magnetic activity in all the four parameters, while the enhancement due to sunspot activity at different levels of magnetic activity decreases with increase ofK _p. But if bothK _p andR are increasing, whenK _p increases enhancement due toR decreases and whenR increases enhancement due toK _p decreases.     

Spatial power spectra of the crustal geomagnetic field and core geomagnetic field

Lowes (1966, 1974) has introduced the function R_n defined by $\text{R}{}^{\mathrm{n}}\text{=(n + 1)}\text{∑}\text{m=0}\text{∞}\text{[(g}{}^{\mathrm{m}}{}_{\mathrm{n}}\text{)}{}^2\text{+ (h}{}^{\mathrm{m}}{}_{\mathrm{n}}\text{)}{}^2\text{]}\text{where}\text{g}{}_{\mathrm{n}}{}^{\mathrm{m}}\text{and}\text{h}{}_{\mathrm{n}}{}^{\mathrm{m}}$ are the coefficients of a spherical harmonic expansion of the scalar potential of the geomagnetic field at the Earth's surface. The mean squared value of the magnetic field B = ??V on a sphere of radius r > α is given by $\text{〈}\text{B}\text{·〉 =}\text{∑}\text{n=1}\text{∞}\text{R}{}^{\mathrm{n}}\text{(}\text{a/}\text{r}\text{)}{}^{\mathrm{2n=4}}\text{where}\text{a}$ is the Earth's radius. We refer to R_n as the spherical harmonic spatial power spectrum of the geomagnetic field.In this paper it is shown that Rⁿ = R^M_n = R^C_n where the components R_n^M due to the main (or core) field and R_n^C due to the crustal field are given approximately by $\text{R}{}^{\mathrm{M}}{}_{\mathrm{n}}\text{= [}\text{(n =1)/}\text{(n + 2)}\text{](1.142 × 10}{}^9\text{)(0.288}{}^{\mathrm{n}}\text{Λ}{}^2\text{R}{}^{\mathrm{C}}{}_{\mathrm{n}}\text{= [}\text{(n =1){[1 — exp(-n/290)]/}\text{(n/290)} 0.52 Λ}{}^2\text{where}\text{Iγ = 1 nT}$. The two components are approximately equal for n = 15.Lowes has given equations for the core and crustal field spectra. His equation for the crustal field spectrum is significantly different from the one given here. The equation given in this paper is in better agreement with data obtained on the POGO spacecraft and with data for the crustal field given by Alldredge et al. (1963).The equations for the main and crustal geomagnetic field spectra are consistent with data for the core field given by Peddie and Fabiano (1976) and data for the crustal field given by Alldredge et al. The equations are based on a statistical model that makes use of the principle of equipartition of energy and predicts the shape of both the crustal and core spectra. The model also predicts the core radius accurately. The numerical values given by the equations are not strongly dependent on the model.Equations relating average great circle power spectra of the geomagnetic field components to R_n are derived. The three field components are in the radial direction, along the great circle track, and perpendicular to the first two. These equations can, in principle, be inverted to compute the R_n for celestial bodies from average great circle power spectra of the magnetic field components.     

云南地磁台地震前地磁谐波振幅比分析

采用云南永胜和通海地磁台2010年1月至2018年12月记录的地磁分钟值数据,计算谐波振幅比随时间的变化,分析发现:2014年8月3日鲁甸6.5级地震、2018年9月8日墨江5.9级地震前,谐波振幅比曲线有2次明显下降—转折—恢复异常,分别于第1次异常恢复上升过程和第2次异常转折过程中发震,异常持续时间分别为3年和2年多,持续时间越长,震级越高;距震中较近的地磁台站谐波振幅比曲线出现不同步现象,即YZHx(NS)向与YZHy(EW)向的不同步及长短周期不同步。     

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。