磁层相对论电子通量变化与磁暴/亚暴的关系

本文分析了1 AU处的行星际磁场、太阳风速度、Kp指数、Dst和AE的变化关系,以及它们和地球同步轨道附近相对论电子通量的变化关系.分析说明,当行星际磁场Bz分量出现南向扰动和太阳风速度增大超过500 km/s时,地球磁层中常常发生磁暴/亚暴活动.在磁暴主相期间,相对论电子(能量E≥1 MeV)通量下降;而在磁暴恢复相期间,相对论电子通量恢复上升.但是,只有在伴随有高强度（AE≥500 nT）的持续性亚暴活动的磁暴恢复相期间,相对论电子的通量才能增长到超过暴前通量值,且能量低于300 keV的亚暴电子的通量越高,相对论电子的通量越高,反之则越低.亚暴注入电子数的多少很大程度上决定了磁暴恢复相期间相对论电子数的多少,这说明亚暴活动注入能量低于300 keV的亚暴电子是磁层相对论电子的一个重要来源.     

不同地磁扰动事件期间全球电离层的扰动形态分析

利用全球电离层台站提供的观测数据，分析 了5次不 同类型磁暴事件期间全球电离层F2层f0F2和hmF2的扰动变化. 主要结果 表明：对于延迟型主相磁暴S（C）和S（E），中高纬电离层首先会出现明显的正相扰动，随 后是明显延迟的负相扰动，负相扰动覆盖范围广，甚至扩展到低纬区, 且持续时间很长, 恢 复及其缓慢，其中S（C）型的扰动更为明显; 对于非延迟型主相磁暴S（A）、S（B）和 S（D ），高纬电离层正相扰动持续时间较短甚至不出现，中高纬电离层负相扰动的出现、发展和 恢复也相对较快; 磁暴主相强度的大小会对电离层负相扰动的强度、发展和持续时间产生一 定的影响; 高纬电离层扰动在非延迟型主相磁暴恢复相期间会出现明显的地方时效应，地方 时效应随纬度的降低而增强，并且会明显影响到中低纬电离层的扰动；电离层扰动从高纬到 低纬的变化趋势为：f0F2的扰动由负相向正相转化，hmF2的增加由全天出现趋向于只存在于夜间，反映了不同扰动物理机制的作用.     

青藏高原INDEPTH-Ⅲ剖面地壳厚度与泊松比：地质与地球物理含义

对INDEPTH Ⅲ台站的接收函数进行扫描，利用Moho界面产生的转换波和多次波的走时信息，估计台站下方的地壳平均波速比VP/VS和地壳厚度.结果显示：（1）沿着INDEPTH Ⅲ剖面，地壳厚度整体变化不大，均为65±5km，其中拉萨地块Moho界面埋深较羌塘地体要深约5～6km.结合其他研究资料，我们推断，在整个班公-怒江缝合带存在约10km的Moho错断，为拉萨地体北缘的地幔盖层向北俯冲到羌塘地体之下所致.（2）青藏高原地壳平均波速比整体都较高，可能与青藏高原地壳广泛存在的流体/部分熔融岩浆有关.拉萨地体北部异常高的地壳VP/VS可能与嘉黎-崩错右旋走滑断裂相关；而另一个泊松比异常区位于羌塘中北部（st36～st40），它可能是由热的地幔引起的壳内部分熔融所致.     

2006年4月13～17日西太平洋地区电离层暴时特性研究

本文利用西太平洋地区的15个电离层台站的测高仪数据和国际GPS服务中心IGS 36个站提供的TEC数据,以及由美国喷气推进动力学实验室提供的Jason 1 TEC数据对2006年4月13～17日间一次由冕洞高速流所引发的磁暴所造成的电离层效应进行了分析.分析结果表明这次电离层暴呈现出显著的纬度效应,foF2和TEC等参量显示在磁暴主相期间对称分布的强正暴效应中心在磁纬±30°～±40°,且持续时间超过12 h.负暴效应被限制在中高纬地区,在磁暴进入恢复相时,开始向低纬渗透,且具有明显的地方时效应.TIMIED卫星测量的Σ［O/N2］显示磁暴发生后,暴时环流使得中低纬地区的Σ［O/N2］有大幅增加,而中高纬地区则显著下降.通过对hmF2的分析发现磁暴主相期间,有磁层电场向中低纬地区穿透,且持续时间较长为1～3 h.因此这次强正暴效应可能是由风场、电场和化学成分这三个因素的共同作用造成的.这次磁暴造成的电离层暴响应非常复杂,对造成各种正负暴的物理和化学机制还需要进一步的研究.     

2000年4月6日磁暴期间磁扰变化在低续子午链的纬度效应

利用低纬地磁午链上H和D分量的分均值数据，分析了2000年4月6日磁暴期间磁扰变化的纬度效应。主要特点是：（1）急始期间H分量急始跃变 幅随磁纬降低而减小，且急始变幅的下降率磁纬降低而逐渐增大；（2）初相期间H分量第2峰值的变幅和初相持续时间随磁纬降低而减小；（3）主相期间H分量迅速减小，并随纬度降低最大变幅明显增加；（4）恢复相H分量呈两阶段上升趋势，前一阶段迅速上升，后一了阶段上升速度明显减小。最后对这些磁扰变化的纬度效应与空间电流体系的密切关系作了讨论。     

青藏高原东北缘地壳三维速度结构

本文用1980—2000年M≥1.5的2 032个天然地震事件的38 052个〖AKP-〗、〖AKS-〗、Pm、Sm、Pn和Sn震相到时及人工地震测深给出的Moho面形态资料,利用地震层析技术反演了32°~40°N, 100°~108°E区域内地壳地震波速度结构.从层析成像图象中可以得到,本区的地壳可分成4个层位.第1层（埋深约在0~3 km）为沉积层, 速度梯度约为0.2 s-1;第2层（埋深约在3~17 km）为上地壳, 其顶部速度梯度约为0.1 s-1, 下部速度横向变化较大且存在低速块体;第3层（埋深约在17~36 km）为中地壳, 速度梯度约为0.03 s-1;第4层（埋深约在36 km—Moho）为下地壳, 是一个契形层,总的趋势是西厚东薄,青藏高原较厚逐渐向鄂尔多斯地块和扬子准地台方向变薄,各处的地震波速度梯度不尽相同.     

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.     

用我国地磁资料对磁层大尺度扰动之赤道电急流效应的初步分析

本文利用我国琼中、广州、泉州三站1982-1983年地磁Z分量资料,对磁暴主相发展及恢复相初期的赤道电急流变化进行了研究。形态分析、周期叠加和相关分析均表明,不论在何地方时,对应环电流的发展有△Z的负扰（附加东向电急流）;而D_st开始回升则有△Z的正扰（附加西向电急流）。该变化之大小可能受地方时的调制。方差分析、x²-分析等统计检验也认证了上述变化。文中还对△Z正、负扰与极区电急流及极尖区位置的高、低纬向移动进行了讨论。本文结果表明,分析扰日赤道电急流变化应区分磁暴的不同阶段,即区分电动耦合和动力耦合效应。今后应采用大范围台站网资料,进一步得出有关电流系的图象。     

地磁脉动Pc5在2000年7月15～16日磁暴期间的特征

采用IMAGE链22个台站的地磁脉动10 s数据，分析了2000年6月15～16日磁暴期间Pc5地磁脉动的频率、振幅、位相和极化特征：（1）磁暴初相和主相期间Pc5脉动的主频率随纬度的升高而降低，但是恢复相期间主频率随纬度的升高而升高，主相期间Pc5的主频率比初相和恢复相期间的低；（2）Pc5脉动初相期间的振幅有一个主峰在64°N附近，主相期间在66°N附近，恢复相期间在71°N附近；位相在主峰两侧随着纬度变化了大约180°， 从初相到恢复相主峰位置向高纬地区大约移动了7°；（3）Pc5地磁脉动的偏振极化椭圆初相期间在PEL站（6346°N）接近线偏振，主相期间在MAS站（6607°N）接近线偏振，恢复相期间在BJN站（7133°N）接近线偏振，并分别在这几个台站两侧的偏振椭圆的旋转方向反向.     

中低纬度电离层大尺度电流体系空间结构的稳定性

本文在Hibberd方法的基础上提出了一种分离变化磁场几种主要成分的方法,使用这种方法可以定量地给出每天S_q型变化、D_st变化和其他不规则变化。用东亚地磁台链资料进行了检验,结果表明:中低纬度电离层S_q型电流体系的空间结构相当稳定,即使在磁暴期间,该电流体系的结构也无十分明显的变化;磁扰期间复杂的地磁变化主要来自磁层环电流、场向电流和高纬度电离层电流:S_q逐日变化主要表现在幅度上,这反映了电离层发电机电流体系具有较稳定的空间结构和逐日变化的强度。     

Studying the dynamics of the lunar daily geomagnetic variations

Results of studying the lunar daily geomagnetic variations in the spectral and time regions at the network of observatories are presented. The seasonal variations in the amplitudes of the fundamental harmonic constituents of three lunar variation components have been revealed. The seasonal time variations have been analyzed using the digital bandpass filtering and harmonic synthesis based on the data of the Kakioka and Memambetsu geomagnetic observatories. The 11-year solar cycle and annual and semiannual periods have been distinguished in the seasonal variation spectrum. Studying the spectral singularities of the lunar daily variation at these observatories and the sea level variations in daytime and nighttime hours has made it possible to identify the contribution of the oceanic dynamo to the lunar variation vertical component.     

低纬地区地磁场谐波特征

利用我国低纬地区琼中、广州和泉州３个地磁台１９８２－１９８９年的地磁静日实测值，分析了Ｈ、Ｚ和Ｙ三个地磁分量的谐波特征。结果表明，①Ｈ、Ｚ两分量的谐波振幅一般在春秋季最大，冬季最小，Ｙ分量的谐波振幅在夏季最大，冬季最小，它们的变化形态基本上与太阳黑子数的变化形态同步；②三分量的相位都受到太阳活动和季节的影响。     

An inspection of the long-term behaviour of the range of the daily geomagnetic field variation from comprehensive modelling

This paper attempts to reveal whether long-term trends in the ionosphere are reflected in the amplitude range of the geomagnetic daily variation recorded at ground level. The smooth and regular variation observed in the magnetograms on magnetically quiet days is induced by the ionospheric currents flowing in the dynamo region. So it is likely that trends in the conductivity or in the dynamics of this region could produce changes in the current densities, and consequently in the range of the geomagnetic variation. The crucial aspect is how to separate the changes produced by the geomagnetic activity itself, or by secular changes of the Earth's magnetic field, from the part of the variation produced by factors affecting trends in the ionosphere, which could have an anthropogenic origin. To investigate this, we synthesized for several geomagnetic observatories the daily ranges of the geomagnetic field components with a comprehensive model of the quiet-time, near-Earth magnetic field, and finally we removed the synthetic values from the observed ranges at those observatories. This comprehensive model accounts for contributions from Earth's core, lithosphere, ionosphere, magnetosphere and coupling currents, and, additionally, accounts for influences of main field and solar activity variations on the ionosphere. Therefore, any trend remaining in the residuals, assuming that all the contributions mentioned above are properly described and thus removed by the comprehensive model, should reflect the influence of other sources. Results, based on series of magnetic data from observatories worldwide distributed, are presented. Trends in the X and Z components are misleading, since the current system changes in form as well as in intensity, producing changes of the focus latitude in the course of a solar cycle and from one cycle to another. Some differences exist between the long-term trends in the Y component between the real and modelled ranges, suggesting that other non-direct solar causes to the amplitude changes of the solar quiet geomagnetic variation should not be ruled out. Nevertheless, the results also reflect some short-comings in the way that the comprehensive modelling accounts for the influence of the solar activity on the range of the daily geomagnetic variation.     

Determination of the running quiet daily geomagnetic variation

A new automatic running method for derivation of the quiet daily geomagnetic variation—“quiet day curve” (QDC) is described. The method consists in the automatic distinction of the quietest periods using the geomagnetic variations parameterization, calculation of the proper quiet daily variation for certain days, reconstruction of QDC for each day of the elapsed period and extrapolation of QDC for the subsequent period. The method ensures statistically reliable QDCs during the epoch of the solar activity maximum if the time interval used for derivation of QDC is not less than 30 days. The method of the running QDC calculation implies the uninterrupted calculation of the QDC resulting from the continuous 1-day forward shift of the 30-day interval. The method makes it possible to derive automatically and on-line the quiet daily variation in the polar caps, where northward interplanetary magnetic field can generate large magnetic disturbances during periods of planetary magnetic quiescence. This is the main advantage of the running QDC method over other known methods. It is shown that along with the seasonal (from month to month) and the solar cycle (from year to year) changes, the QDC amplitude is modified on a time scale less then a month following solar activity flashes.     

汶川M_S8.0地震前地磁短临异常与强震预测探索

强震前地磁垂直分量日变化异常主要表现在幅度与相位上的变化.利用中国地磁台网多年观测资料,研究了2008年5月12日四川汶川8.0级地震前,地磁垂直分量日变极小值出现的时间(低点时间)在空间分布上的异常特征,即低点位移现象;并用此方法预测了汶川8.0级地震6级余震平静2个月后的一组6级强余震.这种少见的异常现象与强震发生有较好的相关性.发震日期为异常出现后的第27天或第41天的前后4天,强震发生地区在低点位移突变分界线附近.此外,还研究了汶川8.0级地震临震前,震中周围出现的地磁日变幅异常现象.     

Sq电流系午前午后不对称性现象的来源

太阳静日变化Sq是地球变化磁场的基本组成部分,Sq的特征反映电离层的电性质和高层大气的潮汐特性.研究Sq的变化特性,能够加深对电离层\|热层耦合的认识.准确分离出Sq,为计算地磁指数（如Dst、Kp和AE等）以及空间天气的准确预报提供必要信息.本文利用地磁观测数据,重点分析了北半球Sq形态及其午前午后不对称现象、Sq日变幅的变化特征、不同纬度地区日变幅与太阳天顶角的相关性的差异.研究表明低纬电流系和高纬电流系是引起Sq形态变化的重要来源,也是各种不对称性的主要起因.     

Obtaining of information about the IMF evolution from an analysis of the geomagnetic field data

A comparison of the time variations in the geomagnetic field characteristics (the u and aa indices of geomagnetic activity) with the variation in the solar magnetic dipole inclination shows close agreement between these variations. The linear correlation coefficients between the u and aa indices, the u index and solar magnetic dipole inclination, and the aa index and solar magnetic dipole inclination are 0.93, 0.45, and 0.49, respectively. This makes it possible to extend studying the IMF evolution in the 11-year cycle of solar activity to the 170-year period beginning from 1835. It has been indicated that the time variation in the heliospheric current sheet (HCS) surface deviation from the solar magnetic equator plane, calculated based on the actual HCS configuration, is in good agreement with the time variation in the amplitude of the Fourier series second harmonics in a harmonic analysis of the series of daily data on the IMF sign in the vicinity of the Earth. The linear correlation coefficient is 0.9 in this case.     

Studying geomagnetic pulsation characteristics with the local approximation method

A local approximation method based on piecewise sinusoidal models has been proposed in order to study the frequency and amplitude characteristics of geomagnetic pulsations registered at a network of magnetic observatories. It has been established that synchronous variations in the geomagnetic pulsation frequency in the specified frequency band can be studied with the use of calculations performed according to this method. The method was used to analyze the spectral–time structure of Pc3 geomagnetic pulsations registered at the network of equatorial observatories. Local approximation variants have been formed for single-channel and multichannel cases of estimating the geomagnetic pulsation frequency and amplitude, which made it possible to decrease estimation errors via filtering with moving weighted averaging.     

Long-term variation of the semiannual amplitude in the aa index

The long-term variation of the semiannual amplitude in the geomagnetic activity index aa is analyzed with the purpose of contributing to the understanding of solar variability, directly linked to geomagnetic variability. The time series of the semiannual oscillation amplitude, obtained through a wavelet analysis of the daily aa series, presents a long-term variation similar to that shown by solar and geomagnetic indices, like aa itself or Dst. However, the maximum in the semiannual amplitude series occurs around 1947, almost 10 years before it occurs in solar and geomagnetic indices time series. The phase of the semiannual oscillation fluctuates around the values predicted by the equinoctial and Russell–McPherron models, with a predominance of the equinoctial mechanism during the period of maximum semiannual amplitude. A possible source of changes in the equinoctial mechanism would be the secular variation of the Earth's dipole tilt. But, since it does not follow the semiannual amplitude trend, at first sight, it seems not to be responsible for the equinoctial predominance around 1947. The analysis of quiet and disturbed days separately indicates that only disturbed days present the semiannual annual amplitude maximum around 1947, so the 10 year time shift could be due to the mechanism responsible for the semiannual variation in geomagnetically active periods.     

第23太阳活动周期太阳风参数及地磁指数的统计分析

日冕物质抛射(Coronal Mass Ejection,简称CME)和共转相互作用区(Corotating Interaction Region,简称CIR)是造成日地空间行星际扰动和地磁扰动的两个主要原因,提供了地球磁暴的主要驱动力,进而显著影响地球空间环境.为深入研究太阳风活动及受其主导影响的地磁活动的时间分布特征,本文对大量太阳风参数及地磁活动指数的数据进行了详细分析.首先,采用由NASA OMNIWeb提供的太阳风参数及地磁活动指数的公开数据,通过自主编写matlab程序对第23太阳活动周期(1996-01-01—2008-12-31)的数据包括行星际磁场Bz分量、太阳风速度、太阳风质子密度、太阳风动压等重要太阳风参数及Dst指数、AE指数、Kp指数等主要的地磁指数进行统计分析,建立了包括269个CME事件和456个CIR事件列表的数据库.采用事例分析法和时间序列叠加法分别对两类太阳活动的四个重要太阳风参数(IMF Bz、太阳风速度、太阳风质子密度、太阳风动压)和三个主要地磁指数(Dst、AE、Kp)进行统计分析,并研究了其统计特征.其次,根据Dst指数最小值确定了第23太阳活动周期内的355个孤立地磁暴事件,并以Dst指数最小值为标准将这些磁暴进一步分类为145个弱磁暴、123个中等磁暴、70个强磁暴、12个剧烈磁暴和5个巨大磁暴.最后,采用时间序列叠加法对不同强度磁暴的太阳风参数和地磁指数进行统计分析.统计分析表明,对于CME事件,Nsw/Pdyn(Nsw表示太阳风质子密度,Pdyn表示太阳风动压)线性拟合斜率一般为正;对于CIR事件,Nsw/Pdyn线性拟合斜率一般为负,这可作为辨别CME和CIR事件的一种有效方法.从平均意义上讲,相较于CIR事件,CME事件有更大的南向IMF Bz分量、太阳风动压Pdyn、AE指数、Kp指数以及更小的Dstmin.一般情况下,CME事件有更大的可能性驱动极强地磁暴.总体而言,对于不同强度的地磁暴,Dst指数的变化呈现出一定的相似性,但随着地磁暴强度的增强,Dst指数衰减的速度变快.CME和CIR事件以及其各自驱动的地磁暴事件有着很多不同,因此,需要将CME事件驱动的磁暴及CIR事件驱动的磁暴分开研究.建立CME、CIR事件及地磁暴的数据库以及获取的统计分析结果,将为深入研究地球磁层等离子体片、辐射带及环电流对太阳活动的响应特征提供有利的帮助.