Sq等效电流在太阳活动周中的分析研究

Sq电流体系的产生与太阳密切相关,太阳的活动情况会对Sq电流体系造成直接的影响.本文应用1996年至2006年(第23太阳周)INTERMAGNET地磁台网以及中国地震局地球物理研究所国家地磁台网中心的全球地磁场观测数据,通过球谐分析的方法建模,对11年期间每月Sq内外源等效电流体系进行分离,分析Sq内外源等效电流在太阳活动周中的变化情况.结果表明,Sq内外源等效电流强度与太阳黑子的变化具有较高的相关性和一致性,内外源等效电流强度在太阳活动高年期间明显大于其在太阳活动的上升年和下降年期间的强度;Sq内外源等效电流焦点的纬度变化与太阳活动没有显著的一致性;Sq内外源等效电流强度的季节效应在太阳活动的高年和低年具有显著的差别,太阳活动高年期间等效电流强度在分点季节最大,而在其他年份南北半球的等效电流强度都是在各自半球的夏季达到最大.     

Sq发电机电流的逐日变化和Sq指数

用中国地磁台站的资料,研究了Sq逐日变化的形态学特征,用理论模型计算了磁层环电流、部分环电流、场向电流、磁尾电流、Chapman-Ferraro电流的地磁效应.在消除了这些磁层电流体系的影响之后,得到了电离层潮汐风发电机电流产生的磁场Sq变化.对1973年的资料研究表明,Sq发电机电流的逐日变化主要表现在强度上,即使在磁扰期间,也可以分离出形态稳定的Sq变化.由此提出了一种新的地磁指数——Sq指数,用来描述Sq发电机电流强度的逐日变化.     

Sq电流体系的反演与地磁日变模型的建立

地磁场的标量位满足拉普拉斯方程.在球坐标系中,拉普拉斯方程的解可以写成球谐级数的形式.借助球谐分析的方法,地磁场可以被分为起源于地球内部的内源场和起源于地球外部的外源场.本文的内容主要包括:(1)阐述了利用球谐分析来反演Sq电流体系的方法.反演了1997年各月的Sq空间等效电流体系,并重点分析了南北半球Sq空间等效电流体系的位形和强度随季节的变化情况.(2)基于1997年的地磁观测数据建立各月静日期间中国地区地磁日变随纬度和AE指数变化的模型.将模型的计算结果与地磁台站的观测数据进行了对比分析.     

中国地区地磁静日变化场Sq（H）时空分布特征

利用中国地震局“十五”数字化地磁观测台网资料,分析了中国地区水平磁场静日变化场Sq（H）的时空分布特征,得出以下结论：Sq焦点的空间运行轨迹为：春秋季大致沿泉州贵阳一西昌一拉萨一狮泉河这样一个略倾斜于地磁赤道的条带运动,冬季倾斜条带北移约5°～10°;Sq（H）变幅由南北两侧向焦点方向递减;此外,相对于春秋季而言,冬季Sq焦点到达时间明显滞后,在中国境内的空间运行时间明显缩短。     

外源S_q等效电流体系电流涡中心电流强度与太阳活动关系

本文选取了INTERMAGNET地磁台网2001年到2012年的地磁数据,对其进行世界时(UT)到地方时(LT)的转换后利用自然正交分量法(NOC)从所选资料中提取出太阳静日变化Sq成分,再通过球谐分析方法建立模型分离内、外源Sq成分,逐日反演出内、外源Sq等效电流体系,并得到外源Sq等效电流体系南北电流涡中心电流强度.本文将外源Sq等效电流体系南北电流涡中心电流强度与同一时期的Dst指数进行了对比分析,研究表明它们之间具有同步变化的规律,且北半球电流涡中心电流强度在磁暴发生时的异常现象远高于南半球.对F10.7cm太阳射电流量与外源Sq等效电流体系南、北半球电流涡中心电流强度的长短周期分析发现,Sq等效电流表现出明显的11年周期特点,与太阳活动周期一致.外源南、北半球电流涡中心电流强度和F10.7cm年均值的相关系数分别达到了0.93和0.90,说明太阳活动是导致外源Sq电流体系变化的最直接也最主要的因素,这可能与电离层电导率受控于太阳的电磁辐射相关.     

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.     

Sq外源和内源电流体系的经度效应和UT变化

根据ＩＧＹ／ＩＧＣ期间全球地磁台网以及中国地磁台站的资料，计算出每－ＵＴ小时的Ｓ_ｑ外源和内源电流体系．对Ｓ_ｑ电流体系ＵＴ变化和经度效应的分析研究表明，Ｓ_ｑ外源电流体系的空间图案没有显著的ＵＴ变化，电流涡焦点的地理纬度与磁赤道有密切关系，其变化范围，北半球为２５°－３５°Ｎ，南半球为３０°－４２．５°Ｓ．外源电流总强度的平均值为２２９ｋＡ（北半球）和１７３ｋＡ（南半球），其变化范围为±５０ｋＡ（北半球）和±４０ｋＡ（南半球）．Ｓ_ｑ内源电流体系的图案和强度有显著的ＵＴ变化，电流体系焦点纬度有类似于外源电流系的变化．在大西洋、印度洋、北太平洋地区，内源电流体系的总强度明显小于大陆地区的内源电流强度，表明这些大洋地区上地幔电导率低于大陆地区．     

Sq外源和内源电流体系的经度效应和UT变化

根据ＩＧＹ／ＩＧＣ期间全球地磁台网以及中国地磁台站的资料,计算出每－ＵＴ小时的Ｓｑ外源和内源电流体系．对Ｓｑ电流体系ＵＴ变化和经度效应的分析研究表明,Ｓｑ外源电流体系的空间图案没有显著的ＵＴ变化,电流涡焦点的地理纬度与磁赤道有密切关系,其变化范围,北半球为２５°－３５°Ｎ,南半球为３０°－４２．５°Ｓ．外源电流总强度的平均值为２２９ｋＡ（北半球）和１７３ｋＡ（南半球）,其变化范围为±５０ｋＡ（北半球）和±４０ｋＡ（南半球）．Ｓｑ内源电流体系的图案和强度有显著的ＵＴ变化,电流体系焦点纬度有类似于外源电流系的变化．在大西洋、印度洋、北太平洋地区,内源电流体系的总强度明显小于大陆地区的内源电流强度,表明这些大洋地区上地幔电导率低于大陆地区．     

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Sq型变化、Dst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Sq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:Sq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。     

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。     

汶川8.0级地震前地磁低点位移与内外源S_q等效电流体系关系的研究

本文利用球谐分析方法构建内外源Sq等效电流体系反演模型,对2008年汶川8.0级地震前的4月24日及5月9日两次地磁低点位移日前后共10日的内外源Sq等效电流体系进行逐日反演,并结合Dst磁暴指数分析研究地磁低点位移和电流体系之间的关系。研究发现:低点位移发生当日内外源等效电流体系南北半球电流涡中心强度都有减小的趋势,且内源场减小的幅度更大。低点位移发生日内源等效电流体系电流涡中心可能会发生纬向偏移现象。     

天祝台阵地电场季节变化及其两种影响因素分析

地电场是联系空间Sq电流体系、地球表面电流和内部电流活动的地球物理量,它包含了空间电流系变化产生的大地电(流)场和区域环境变化等引起的自然电场。通过研究青藏高原东北缘的天祝台阵5个固定地电场台站连续10年观测数据,得出该区域地电场变化具有明显的366±(<1) d周期。且大地电流矢量方向有明显的季节变化,每半年改变一次方向,方向变化时间一般为每年4月和9～10月;大地电流矢量的强度变化也具有周期性。通过建立简单模型进行定量化分析,认为地电场季节变化主要受到Sq年变和区域气候环境的耦合作用,主要依据为地电场长趋势变化与电离层Sq电流年变化趋势吻合。基于区域性气候、冻融深度等季节性变化模型开展计算,认为气温导致了地下浅层介质电性结构、电极附近电位方向的变化,影响了地电场的长趋势变化。本文结果有助于认识超低频地电场年变周期特点及其原因,并探索其应用前景。     

地磁低点位移与地磁场等效电流体系关系的初步研究

利用地磁内外源场分离的方法,反演得到了1997年11月8日玛尼地震和1998年１月10日张北地震前地下和空间等效电流体系的演化图象,并分析研究了地磁低点位移出现前后等效电流体系变化特征．结果表明,内、外场等效电流体系的变化与地震ldquo;低点位移rdquo;异常现象有着内在的联系,等效电流体系变化可能是地磁低点位移异常现象产生的原因之一。随着我国地磁台站的加密建设,势必可以得到更为精确的地磁场等效电流体系的演化特征,更有利于地震预测的研究。      

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.     

关于暴时电离层电流分布的南北半球不对称性

采用国际上广泛认可的高层大气和电离层经验模式提供的各种参数, 通过电离层电流连续方程, 计算出强磁暴条件下6月至日和12月至日内, 磁纬±72°和磁地方时00:00～24:00之间电离层电场、电流等的分布. 计算中考虑了地磁和地理坐标间的偏离; 除中性风场感生的发电机效应外, 还包含了磁层耦合(极盖区边界的晨昏电场和二区场向电流)的驱动外源. 结果表明, 6月至日时, 磁层扰动自极光区向中低纬的穿透情况在南、北半球内基本接近, 北半球内略强; 但12月至日时, 呈现明显的不对称性, 南半球的电流穿透远强于北半球, 而电场的穿透则是在北半球更强. 无论南北半球, 在中高纬地区, 午夜至黎明时段出现较强的东向电场分量, 其[WTHX]E×B[WTBZ]的向上漂移效应, 正是解释我们以往不少研究现象中所期盼的物理机制.     

水星内磁层等离子体带及电流体系

水星是太阳系中离主星最近的和最小的类地行星, 它具有独特的空间环境.水手10号(Mariner 10)确认水星拥有全球性内禀偶极磁场和磁层.但是由于早期观测有限, 人们通常将水星磁层简单地视作地球磁层的缩小版来研究.不过, 在信使号(MESSENGER)访问水星之后, 人们认识到水星和地球的空间环境有巨大差异.通过更深入的分析研究, 人们发现在水星内磁层中, 夜侧磁赤道面附近有带状的等离子体分布, 并且该等离子体带可能与多种磁层电流体系(分叉环电流、亚暴电流楔和东向电流等)密切相关.在贝彼哥伦布(BepiColombo)计划揭开水星研究的新篇章之际, 本文回顾近些年来与水星内磁层等离子体带及相关电流体系有关的研究, 并指出相关研究将是未来水星空间环境的前沿热点.