在地磁学与地球重力学中的球谐分析

球谐分析在地磁学与地球重力学中得到广泛的应用.由于地球磁场与地球引力场的不同,球谐表述有所不同.地磁场的高斯分析（球谐分析）的结果表明,地磁场没有单极子,而引力场有,地磁场有内外源场之分,而地球引力场只有内源场,地磁场的球谐级数收敛快,地磁场高斯级数所用的蒂合勒让德函数是Schmidt半标准化的,而地球引力场中用的是全标准化的,地磁场的高斯系数随时间变化快,每5年产生一个IGRF（国际地磁参考场）, 而引力场的变化是与地质变化有关,相对于地磁场来说,是缓慢的. 地磁场的高斯分析还存在一个唯一性问题.     

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.     

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。     

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。     

中国大陆地磁场长期变化的某些特征

地磁场是地球的基本物理属性,由基本磁场、地壳磁场、变化磁场和感应磁场四部分组成.其中基本磁场起源于地球内部,是地磁场的主要成分,它的变化极为缓慢,称为地磁场的长期变化,研究它的变化及起源,一直是地球动力学的重要内容之一.     

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.     

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.     

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.     

地磁巡测的几个问题

从变化磁场或内源磁场的变化来探索地震前兆,都是企图找到地震活动过程中的地磁场变化.近年来,流动地磁重复测量已成为配合固定地磁台研究地磁场空间分布及其变化特征的重要途径.目前在观测强震活动过程中所引起的地磁场变化、探索震磁关系、寻求地震孕育过程中的地磁场变化指标等方面做了一些工作.在实地观测中,假设地壳介质磁场的变化是地壳变异的一种反映,震源体或其应力场所展布的块体是不大的,因此可以认为它是放在地球基本磁场(?)_1和大陆磁异常场(?)_2中被磁化的一块磁体.从这个意义上讲,(?)_1和(?)_2的合成场是震源体的     

利用主成分方法分析2013年岷县—漳县MS 6.6地震前地磁日变化异常

<正>1研究背景地磁场的日变化属于变化磁场,一般受2种因素控制,一部分为空间电流体系,是地磁日变化的外源场,外源场的影响范围较广,在几百千米范围内相关性较好;另一部分为内源场,是由外空电流体系在地球内部形成的感应磁场,能够反映区域及观测台附近地下电性结构的信息。研究表明,地磁场日变化第一主成分对应于电离层中的太阳日变化,具有季节性和逐日变化特征;第二主成分属于人类活动产生的信号;第三主成分可能是与地震相关的震磁信号,具有一定的区域性和局部性。     

二十世纪的地球偶极子磁场

1900~2000年的IGRF(国际地磁参考场)资料使研究20世纪中地磁场的变化规律成为可能,在20世纪中,即使从19世纪起,地球偶极子磁场发生了较大的变化,偶极矩一直保持衰减的势头,地心轴的所有3个分量都是减小的.地磁南极的位置变化在1930年左右发生大的转折,1960年起向西和向南快速移动,偶极子轴在纬度方面变化只有1°左右,经度变化在3°左右,离磁极倒转的条件差得远.     

非偶极子磁场西向漂移的频散特征

根据第8代国际参考地磁场的资料,本文采用Briggs方法对1900～2000年期间m=1～10次谐波的磁位的全球平均西向漂移速度进行了计算和分析,得出了与Hide的理论预测完全不同的频散特征,即地磁场西向漂移呈现出负频散特征.本文还就Briggs方法得到的结果与采用Malin纬度剖面法的结果进行了比较和讨论,结果表明,正是由于非偶极子磁场的某些谐波分量及其漂移速度的全球分布存在着纬度依赖性,导致了两种方法计算出的个别谐波的漂移速度存在着较大的差异.     

在角加速机制的假设下,地磁场与地球自转速度的变化有关

假设地球基本磁场可以由地球自转加速度激发。为了检验这种角加速机制是否符合实际,本文根椐角加速机制推测了所激发的磁场的各种预期性质,并且把它们和对地磁场的观测事实进行分析对比。检验结果显示,地磁场的变化和自转速度的变化之间具有共同的频谱,而且角加速机制所预期的磁场性质无论在结构上,还是在随时间变化上都与对地磁场的观测事实相符合,没有遇到一个反例,而且能够解释地球发电机假说所不能解释的某些现象,例如,地磁场倒转时间的不规则分布和磁极游移等。本文所建立起来的地磁场与地球自转速度变化之间的10种关系具有基本的意义,在研究地磁场的起源时应该思考和回答为什么会存在这些关系,这对于探索正确的地磁起源机制也许是有益的。     

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.     

用虚地磁极（VGP）方法对地磁场随时间变化的研究

首次引用古地磁学中虚地磁极（ＶＧＰ）的计算方法来研究现代地磁场的变化规律。通过对中国地区６个台站资料的分析以及对全球３９个台站资料的分析结果可以得出结论：利用地磁场角度分量来研究长期变化是可行的;ＶＧＰ的漂移情况正好表明非偶极子磁场的存在与随时间的变化;ＶＧＰ漂移方向的全球分布与地磁长期变化场的有关分量等值图之间的一致性较好。     

地球物理研究的国际动态

1卫星低频电磁辐射效应的研究 自从20世纪70-80年代利用卫星进行地球固有磁场测量以来,全球地磁场及其变化的测量中断了20余年时间.直到1999年2月丹麦航天局发射了奥尔斯太特2号卫星,又掀起地球磁场重力场测量热潮,推动了国际地球位场研究10年的活动(1998-2008年).     

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％．     

地磁场的偶极子模式

目前,表达地磁场的模式主要有三种:第一种是用球谐级数表示地磁场的分布,叫作地磁场的球谐模式;第二种是用若干个偶极子表示地磁场的分布,叫作地磁场的偶极子模式;第三种是用若干个电流环表示地磁场的分布,叫作地磁场的电流环模式。一般地说,球谐分析方法是最常用的方法,但是,它不能反应地磁场场源的实际状况,这是地磁场球谐模式的不足之处,所以,有些学者提出用放在地球内部的若干个偶极子来表示地磁场的分布,试图     

地磁场Sq的经度效应和UT变化

使用国际地球物理年（ＩＧＹ）和国际地球物理合作年（ＩＧＣ）期间全球地磁台网的资料和中国台站的同期地磁记录，对地磁场太阳日变化Ｓ_ｑ的经度效应和ＵＴ变化进行了分析研究．将适用于瞬时全球磁场的球谐分析法与适用于平均场的双调和分析法相结合，提出了一种分析Ｓ_ｑ磁场的新方案，得到了（θ，Ｔ，ｔ）坐标系中组成Ｓ_ｑ场的三个部分，即仅随地方时ＬＴ变化的部分Ｓ_ＬＴ，仅随世界时ＵＴ变化的部分Ｓ_ＵＴ以及既随ＬＴ变化又随ＵＴ变化的部分Ｓ_ＬＵＴ．从全球来看，在ＩＧＹ／ＩＧＣ期间，这三部分的强度之比分别为：Ｘ分量１．０：０．２：０．３，ｙ分量１．０：０．１：０．６，Ｚ分量１．０：０．４：１．０．Ｓ_ｑ的经度效应和ＵＴ变化虽然表现了同一物理过程，但它们有不同的表达形式，其决定因素是地磁轴对地理轴的倾斜，地磁场的非偶极子成分（即区域性异常）和地球内部电性的横向不均匀性（包括海陆分布、地壳上地幔电导率的区域差异）     

地球主磁场的能量密度谱及其长期变化

根据BJ地磁场模型和第8代国际地磁参考场(IGRF)模型，计算并分折了1690～2000年期间地球表面主磁场和分量的能量密度谱及其长期变化。结果表明1690～2000年期间主磁场的能量密度谱一直在减小，其主要原因是由于偶板子磁场的衰减产生的，而非偶板子磁场的能量密度谱在1690～1780年期间减小，1780～1890年增大，1890年以后快速增大。在地磁场总能谱的变化中，Z分量的贡献起主要作用。能量密度随谐波阶数的变化在半对数坐标中近似线性，非偶板子场的等效磁源深度位于核幔边界附近，n＝1，2谐波项的等效磁源位于地球内核边缘，其位置随时间变化。1780和1890年前后是地磁场变化的转折时期。能量密度谱的长期变化存在大约60a的周期规律。