对流电场、场向电流和极光区电集流变化的地磁响应

对流电场、场向电流和极光区电集流是磁层一电离层耦合的主要物理过程．它们的演化发展时间分别为几分钟至半小时的量级．本文用１００°Ｅ和３００°Ｅ的两个地磁经度链附近各１１个台站的１ｍｉｎ均值地磁Ｈ和Ｚ分量资料,分析了１９９４年４月１６-１７日磁暴期间磁层耦合过程对极光区和中低纬区电离层扰动的地磁特征．强磁暴开始时,台站所处的地方时位置不同,则观测到的电离层和地磁响应也完全不同．这是磁层对流和一、二区场向电流共同作用的结果．一般说,扰时极光区的西向电集流变化更为强烈．随着耦合的发展,极光区范围会向南北扩展,电集流中心带则向低纬侧移动．在中低纬区,二区场向电流的建立能屏蔽一区场向电流所产生的扰动,并引起反向的电流及地磁变化．由此,中低纬区夜间有可能出现短时间的东向电场,又可通过ＥＸＢ的垂直向上漂移作用抬升Ｆ层等离子体,并发生同一经度链附近的多站电离层ｈ＇Ｆ同时突增现象．另一方面,磁赤道附近的台站则更多地受内磁层赤道环电流和电离层赤道电集流的影响．     

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。      

地磁Z分量日变"低点位移"异常成因分析

本文基于对地磁Z分量日变"低点位移"异常和太阳静日变化内外源场等效涡旋电流体系时空演化特征的分析,提出了"电磁炉效应"假说,以解释地磁Z分量日变"低点位移"异常的成因.本文认为,起源于地球内部和外部涡旋电流体系所产生的太阳静日变化Sq,作为一个持续的交变磁场,切割地壳深部的高导低速层,形成涡旋电流并产生热能,致使高导低...     

地球内磁层场向电流的统计特征

利用ISEE－1和ISEE-2飞船观测的磁场数据，分析了地球内磁层场向电流的统计特征，包括场向电流的空间（L值和地方时）分布；流进和流出电离层的场向电流随地方时的变化；场向电流发生率与地磁活动水平（以AL指数表征）、行星际磁场（IMF）Bz的关系，电流强度和密度随地磁活动水平的变化等．发现，场向电流大都发生在夜间，且集中在L为6-10区域内，场向电流发生率，强度和密度随地磁活动增强而增大，行星际磁场南向时的发生率远远高于北向时的发生率．这些结果表明，内磁层场向电流的产生是太阳风和磁层、电离层间电动耦合增加的结果．     

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.     

汶川8.0级特大地震前的地磁垂直分量日变ldquo;双低点rdquo;异常l

2008年5月9日,我国有13个地磁台（纳入国家地磁台网中心的台站）地磁垂直分量日变形态出现ldquo;双低点rdquo;异常．这些台站在空间上大致呈交汇的3个条带分布,其交汇处位于四川西部．异常出现3天后的5月12日,正好在四川西部的汶川发生了8.0级特大地震．地磁垂直分量日变ldquo;双低点rdquo;是客观存在的一种区域地磁异常现象．其成因可能是产生地磁静日变化Sq的外空涡旋电流体系发生变化,或可能是产生地磁静日变化的内源感应涡旋电流体系与外源涡旋电流体系产生数小时的滞后所引．地磁垂直分量日变ldquo;双低点rdquo;异常与地震的关系,可能是前者反映了地球深部地震孕育状态的加速变化.      

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.     

中国东部地区地磁台站链Sqsub>(H)的季节变化

本文利用中国东部沿120E经度线附近纬度均匀分布的十个地磁台站地磁静日变化水平分量的资料和主分量分析法,给出了详尽的Sq(H)季节变化随纬度分布的剖面及Sq电离层等效电流体系视焦点纬度.分析表明,Sq(H)中2的变化,主要由于电离层中等效电流体系对称轴偏离地磁轴引起的.      

青藏高原东南缘深部地壳流与地磁日变化短时畸变源电流的联系

在青藏高原东南缘,前人使用大地电磁探测和地震学方法得出的结果都揭示了可能存在部分熔融状态的地壳流,而这种地下熔融体与周围物质的作用可能引起了地下强电流异常,进一步导致地表地磁响应.基于连续的地磁观测,发现2018年7月31日在川滇块体周边出现大范围的地磁Z分量日变化短时畸变,畸变发生后100天内发生了4次5级以上地震.为了定量研究这一现象,本文基于Biot-Savart定理和采用SVD (Singular Value Decomposition,奇异值分解)的阻尼最小二乘法对地磁日变化短时畸变数据开展反演.结果显示:(1)以大地电磁测深给出的电性模型作为初始条件,反演得到的电流强度为3700～5000 A,有效深度为25～60 km;(2)地下畸变电流的空间分布位置和深度和地下电性高导体分布一致,与前人给出的地壳流位置吻合;(3)地壳流偶然微小运动可能引起了大范围的强电流,这种短时存在的高强度电流沿高导带分布,可能是地磁日变化短时畸变的源电流;(4)推测深部地壳流的运动具有传递应力作用,参与诱发了100天内发生多次5级以上地震.对源电流进行反演的定量化工作,以地下电流的方式佐证了可能存...     

用中低纬度变化磁场监测磁层环电流强度

本文选择北京地磁台和广州地磁台水平分量时均值的资料,采用Hibberd方法,分析研究了环电流对地磁场夜间值变化的影响,提出一种近似估计环电流强度的简便方法,这种方法可用于及时监测环电流强度的变化,为短期磁暴预报提供有用的资料和途径。     

地磁活动指数Vr的时空分布特征分析

本文使用2008-2010年三年内的国内41个地磁台站和国外4个地磁台站的地磁水平分量H和磁偏角D的分钟值数据,研究了H和D的Vr指数(以下简称VrH和VrD)与Kp指数的关系及其时空分布特征,发现在时间变化上,VrH和VrD均具有27天太阳自转周变化;VrD呈现出显著的季节变化,而VrH却无,但与太阳风速度(SWS, Solar Wind Speed)变化密切相关,其三年的相关系数分别是0.97、0.70、0.88;去除季节变化后的VrD也表现出与SWS的相关,相关系数分别是0.96、0.77、0.5(2010年相关系数低主要受3月份Vr指数不明原因异常变化影响).在空间变化上,在我国大陆范围内,VrH和VrD均随纬度的增高而增大,并且具有地方时效应和显著的晨-昏不对称性,这种地方时效应和晨昏不对称性可能与部分环电流和场向电流有关系.研究认为Vr指数可以反映地磁场的快速变化,并可以间接反映SWS、部分环电流和场向电流对地磁场变化的影响和控制作用.     

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。     

中国地区地磁垂直分量日变幅的空间分布及高空电流体系焦点位置的移动

本文利用我国部分台站地磁垂直分量日变幅的资料,采用局部地区日变场的分析方法,研究了地磁垂直分量日变幅在中国地区的空间分布特征.结果表明,在局部地区地磁日变场的研究中,考虑经度影响是必要的,本文所用方法是适宜的;结果还表明,垂直分量日变幅的空间分布呈现出明显的季节变化、逐月变化及逐日变化性.若粗略地把磁静日垂直分量日变幅极大值所处的纬度视为 Sq 高空电流体系的焦点所对应的纬度,则此焦点纬度夏季最高,冬季最低,春秋季居中,并显出明显的逐月及逐日变化性,在相邻的两个静日,焦点纬度的变化可达几度.      

场向电流驱动下电离层电场的时间演变

本文以Senior-Blanc的驱动电位随时间阶跃变化的简单模式为基础,讨论了随时间阶跃变化的场向电流驱动下电离层电场的时间演变。结果表明,场向电流驱动和电位驱动的总体过程是一致的。在两种情况下,有关物理量都经约50分钟的弛豫时间而趋向于稳定态。但两者也有一定的差异。这主要表现在,电流驱动下极盖区边界上的电位不再是常量,而是一个随时间作指数衰减的函数,最后趋于稳态值;极光区的稳态和初态电场相差不大。此外,电流驱动下场向电流2的稳态值小一些,似乎更接近于观测值;各区电位随纬度的变化更快些,最大电位出现的时间也更早一些。对屏蔽因子和屏蔽时间常数的计算表明,电流驱动比电位驱动的屏蔽要强些。这些都反映了电流驱动和电位驱动的不同特点。     

DIFFERENTIATION DIRECTION OF TELLURIC CURRENTS IN THE SOUTHERN SECTION OF THE TANLU FAULT ZONE

The Tancheng-Lujiang Fault is an important tectonic boundary in eastern China. The southern part of the Tancheng-Lujiang Fault is located south of Baohai Bay, which is an area with a dense population and frequent economic activities. It is worth conducting an in-depth study on the southern section of the fault, especially in the aspect of geophysical exploration and seismicity analysis. Electrical structure detection is an important way to interpret the structural activity of the fault. It can also analyze and explore the influence of the fault on the physical properties of both sides of the fault based on the geoelectrical observation data. In the study area, there are densely distributed stations of geoelectrical observation, including 27 fixed stations distributed along the fault zone from the southern Baohai Bay to Nanjing, Jinagsu Province. The continuous observations and recording of these stations provide a favorable condition for studying the tectonic activity of Tancheng-Lujiang Fault. In the long-term observation of geoelectric observation network, the geoelectric field measurements of long- and short-spacing measuring tracks in the same direction at the same station vary significantly because of the effect of long-term stability of the observation system and the environment near the electrodes. Also, the data curve changes complicatedly and seems to be in a mess. However, there are three basic facts of observation existing in the geoelectric field change: 1)The variation amplitude of the geoelectric field changes observed on the long- and short-spacing measuring tracks in the same direction at the same station(including tidal response changes and the rapid change events such as short periods or pulses)is the same or very close; 2)The E_x and E_y components at the same station always show the same variation in the same time period, or the opposite, which is related to the anisotropy of the medium under the station; 3)The rapid changes of the minute values of the geoelectric field observed at different stations are synchronous in a wide spatial area. In this study, in order to take full advantage of these basic facts, we only use the amplitude variation of geoelectric field with time. Based on the data of 27 geoelectric field observation stations in the study area, we used the current density vector and streamline to characterize telluric current with its divergence and vorticity calculated in the southern Tancheng-Lujiang Fault in this paper. The results show that: 1)the telluric current shows the phenomenon of opposite directional differentiation in the southern part of the fault zone, the direction of the current vector is NE on the east side, while the direction is NW to SW on the west side; (2)The divergence and vorticity of telluric current also show the differentiation phenomenon along the fault, the positive/negative maximum of vorticity and divergence mainly occurs near the fault zone and the direction of alternating positive and negative gradient(or negative gradient)of vorticity or divergence is consistent with the strike of the fault zone. By analyzing the current superposition simulation results and comparing them with previous studies, an interpretation model of the above phenomenon is established in this paper. The results agree with previous studies on the electrical structure of this region. Besides, the results that telluric current differentiates along the fault zone may improve our understanding of the process of deep electrical and material migration.     

磁层源赤道电集流效应的地方时变化和地区影响

本文用亚洲、非洲7个低纬地磁台资料研究磁层大尺度扰动引起的赤道电集流效应,并与模式计算结果进行比较。在分析的1982年21个事件中,D_st持续下降均在5h以上,其间至少有一个小时的环电流能量增长指数及R<-25nT/h。分析中只用了各事件的-1h,0h和1h之ΔZ。ΔZ=Z-（?）_q,（?）_q是相应月份5个国际磁静日内该小时Z_q之均值。取R指数负值最大时为0h。对分布于不同经度的3个台站的21个事件ΔZ按地方时平均,与模式计算的赤道电集流随地方时的变化进行了对比;又比较了7个台站3小时序列的变化类型和模式所得之电集流演化形态,结果均有较好吻合。仅非洲一站出现了某种特殊性。这表明除磁层扰动效应外,地理和地质因素也起一定作用,其具体影响及有关机制尚待进一步考察。     

S_q发电机电流的逐日变化和S_q指数

用中国地磁台站的资料,研究了S_q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S_q变化.对1973年的资料研究表明,S_q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S_q变化.由此提出了一种新的地磁指数——S_q指数,用来描述S_q发电机电流强度的逐日变化.     

地电阻率季节干扰变化分析

结合我国实际,本文提出四类地电阻率季节变化的干扰模型.经模型理论计算及同有季节变化的四十多台站的实测资料对比得出:(1)地电阻率季节变化是探测深度偏浅时,地表层电性变化,特别是表层地下水水位年动态变化所引起的一种与地震无关的干扰变化.其变化形态与量级取决于干扰模型、地电断面类型以及探测深度.(2)通常地电阻率季节变化与浅层电阻率变化的符号一致,呈现出正常季节变化;但对 K,Q 型地电断面,当干扰层位于地表第一层时,将从某一供电极距开始,出现反常的季节干扰变化.(3)当探测深度大于300m 时,不论正常的还是反常的季节变化,其幅度都将小于2%.因此,只要适当选择台址或加大供电极距使探测深度足够大,便可排除或压低这种干扰.      

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.