中国大陆地磁场Z 分量日变幅的时空特征分析

通过分析中国大陆76个地磁台站2008年1月1日至2010年12月31日地磁场Z分量日变幅的时空特征,得到结论如下:①在时间上,回归分析和傅里叶分析结果表明,所有台站地磁Z分量的日变幅均有明显的周期性变化,周期主要有365天、183天、122天、73天等,其中365天的周期振幅最大(即年周期)。②空间上,地磁场Z分量日变幅随纬度整体呈非线性变化,在25°N附近存在拐点(极大值点),在15°～25°N,日变幅随纬度的增加而增加,在25°～50°N,Z的日变幅随纬度的增加而减小。③通过地磁场Z分量日变幅时空分布与等效电流对比,结果显示地磁场Z分量日变幅的时空变化特征主要是由等效电流的时空演化决定的。④若粗略地把地磁场Z分量日变幅最大值所处的纬度视为等效电流的焦点所在的纬度,则焦点所在纬度夏季最高,春秋季次之,冬季最低,逐日焦点变化最大可达10°。     

过去2000年以来地磁偶极子的长期变化

利用地磁场模型资料,计算和分析了公元0～2000年的地磁场偶极子磁矩和地磁北极位置的长期变化。结果表明:过去2000年中,地磁场的偶极子磁矩并非一直减小,有近400年的时间是持续增长的。地磁北极位置的移动并不均匀,在纬度方向的变化范围只有10°左右,经度方向变化有255°。     

地磁静日期内北半球电离层NmF2的结构分布

用北半球陆地上48个地面电离层垂测站资料，以及国际参考电离层IRI 90模式，考察1985年1月6～7日F2层电子密度最大值日变化的纬度剖面和经度效应. 结果表明，在亚洲地区的20°N～30°N内，F2层赤道异常“喷泉效应”产生的NmF2“北驼峰”最高，其最大值出现在中午，或稍迟时间. 30°N ～50°N区域内，NmF2的白天峰值幅度逐渐下降，峰值时间移至午前约10:00 LT. 更高纬度(50°N～62°N )台站上，中午前后NmF2出现双峰，傍晚有谷值，夜间又再次抬升. 欧、美地区的低纬台站很少，但借助IRI 90模式分析可发现，在270°E经圈上，“喷泉效应”造成的“北驼峰”幅度最小，而且随纬度增大时，NmF2白天幅度下降也不明显，即纬度剖面的经度效应非常显著. 对中国、日本地区台站资料的小范围经度差异分析表明，在驼峰区的90°E～140°E内，各站NmF2无明显差别；但在中纬地区30°N～50°N内，中国西部上空NmF2白天变化幅度较大，且较为陡直，而中国东部和日本台站上空则相对平缓.     

地球非偶极磁场对虚地磁极计算的影响

古地磁学使用的虚地磁极（VGP）是在地心偶极磁场假设下计算的,由于地球非偶极磁场的存在,VGP一般不同于真地磁极（RGP）.为了定量检验非偶极磁场对VGP的影响,本文利用国际参考地磁场模型IGRF 1900～2000,在全球5°×5°的“虚拟测点”网格上计算了VGP和RGP的位置,并求出两种磁极的经纬度偏差和二者的角距离.结果表明,南极地区VGP与GP的角距离最大,可达26°,南大西洋和欧亚大陆北部最大达到24°和18°,其余地区一般小于15°.VGP对RGP的偏差与地磁场分布有关：在非偶极磁场较弱的地区（如太平洋半球）,纬度偏差一般不大（≤10°）,但是在主要地磁异常区（如南大西洋和南极地区）,VGP对RGP的纬度偏差可达25°.VGP对RGP的经度偏差要比纬度偏差大得多,例如在欧亚大陆北部地区,经度偏差分布在-180°到180°的大范围内.     

电离层对流和极光区电集流的地磁链观测

本文采用31个高纬地磁台站资料考察1997年5月15日一次中等磁暴期间极光区电集流和电离层对流的空间分布和时间变化;其中20站处于纬度60°N～80°N之间的西半球,而另11站是偶极磁经度约为120°E的欧洲IMAGE地磁站链.对此纬度链和经度链上各站1 min精度地磁资料的综合分析结果表明,极光区电集流中心的相对强度及其纬度位置是随世界时和地方时区不断变化的.电集流中心所处位置的变化可能是其中心的南北移动造成的,也可能是中心带与磁纬圈间的相互倾斜所致.另一方面,电离层对流形态和晨昏对流圈的经向跨度及其两端的位置是基本不变的.有关结论得到同期的非相干散射雷达EISCAT观测的证实和补充.     

基于嫦娥一号卫星激光测高数据的月球数字高程模型

利用嫦娥一号激光高度计获取的800多万个有效记录点科学数据,描述了一种基于Kriging插值方法来生成空间分辨率为0.25°×0.25°全月球均匀网格的数字高程模型.即对激光高度计科学数据进行加权插值,通过引进以距离为自变量的变差函数来计算权值.因变差函数既可以反映激光测高数据的空间结构特性,又可以反应激光测高数据的随机分布特性,故采用Kriging方法插值可以得到较理想的月球高程模型.同时,基于生成的全月球数字高程模型得到了月球的汉麦尔投影、麦卡托投影、正面、反面、南极、北极等月球地形图.该模型也与国际上的月球模型Clementine、ULCN2005与CLTM-s01进行了对比.由于嫦娥一号激光测高数据达800多万个记录点,得到的月球数字高程模型的精度更高.     

应用NOC方法研究中国地区地磁时空变化

应用自然正交分量(NOC)方法,对1995～2006年中国地区36个地磁台的地磁场观测数据进行了计算,获得了上述数据矩阵的本征值和相应的空间域、时间域本征向量,并就其时空分布与中国地磁模型（CGM）进行了对比分析,探讨了它的物理意义.研究表明,上述观测数据包含了丰富的地磁内、外源场信息,其中地磁场要素F、D、I第一、第二本征值及相应的空间域和时间域的第一、第二本征向量所描述的地磁基本场时间变化与CGM吻合较好.     

所罗门群岛及周边海域M≥7.4级地震时空对称性分析

对重大自然灾害趋势判断的时空对称分析方法进行总结,利用该方法研究了所罗门群岛俯冲带强震的时空变化特征,对该区的未来强震做出趋势判断。结果表明:1强震活动与区域地质活动关系密切,历史强震均发生在俯冲带一侧。2强震活动在时间分布上具有可公度性。所罗门群岛地区在2015年发生7.4级以上地震的信号较强,蝴蝶结构图表明2015年发生M≥7.4级强震的概率为46.7%,不漏报水平43.75%。3在空间分布上,强震震中呈东西对称跃移,且具有沿板块边界运动的特点。震中跃移具有规律的经纬对称性和经纬同步性,在经度上以160°E为对称轴摆动,在纬度上以10°S为对称轴上下摆动。根据震中跃移的空间对称和最小作用量原理判断,下一次地震的震中位置在纬度上可能逼近9.5°S以北位置,在经度上可能逼近160°E以西的位置。     

华北地区地壳上地幔三维P波速度结构

利用华北地震科学台阵和首都圈地震台网记录的4511次近震和625次远震的P波到时数据,采用纬度和经度方向分别为0.5°×0.5°的网格划分,反演得到了华北北部地区(111°E—120°E,37°N—42°N)深至400km的地壳上地幔三维P波速度结构.层析成像结果表明,研究区的速度存在明显的横向不均匀性,随着深度增加横向不均匀性总体呈现减弱趋势.燕山隆起带在60—120km深度内存在明显的高速异常,这与较大的岩石圈厚度有关;山西裂陷盆地、华北平原下方60km深度存在明显低速异常,与软流圈的出现有关.燕山隆起带岩石圈厚度在120km以上,明显比太行山隆起的岩石圈厚度大,与稳定大陆地区的岩石圈厚度一致.太行山山前断裂已切穿莫霍面,贯入岩石圈.研究区上地幔顶部大范围的低速异常反映了软流圈上隆的特点.在华北平原及燕山隆起下方200—300km存在高速异常可能与太古代大陆板块岩石圈的残留体有关.     

瞬变电磁法2.5维有限元数值模拟研究

本文对瞬变电磁法2.5维有限元正演进行了研究.从频率域麦克斯韦方程组出发,经过傅里叶变换推导出了走向y方向频率域电磁场响应的变分问题,然后运用频率域和时间域的转换公式求解出时间域瞬变电磁场的解.在求解频率域电磁场响应时为提高精度采用了基于二次插值的高阶有限元的算法,即单元网格插值为二次函数,同时推导出了经有限元离散后的泛函问题;在求解时间域电磁响应采用了正余弦变换的数字滤波算法.通过基本模型的正演,验证了算法的可行性.同时,也对比了基于G-S变换的线性有限元算法的数值结果,结果表明,本文采用的算法精度更高,层状模型最大延迟采样时间提高到了100 ms以上.     

海洋磁测日变校正的纬度改正方法研究

目前,在远海开阔性海域磁测中,尚难以有效设立日变站,致使日变改正仍存在着困难.本文利用地磁台站实测资料对地磁日变的纬度分布特征进行研究,发现日变值随纬度变化具有由Sq电流中心向南北两侧递增的规律,且二者之间的关系可用二次函数近似描述。以此规律为基础我们建立了纬度改正方法,该方法以经度链为基站,利用基站数据得到日变值与磁纬度的拟合函数以进行纬度改正,再调整时差作为经度校正即得到计算站的日变值.实测数据计算结果表明,相较于加权平均法,此方法在远距离(经度差达40°)仍能保持较高的校正精度(4 nT),因而能更好地适用于远海磁测.     

Mapping of Geomagnetic Cutoff Rigidity of Cosmic Rays during the Main Phase of the Magnetic Storm of November 20, 2003

Geomagnetism and Aeronomy - In this work, geomagnetic cutoff rigidities are calculated in a model magnetosphere field on the world latitude–longitude 5° × 15° grid during the...     

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.     

Palaeomagnetic Reversals in Mississippian Sediments of Missouri

--Normal to reversed polarity transitions have been found in Mississippian limestones of Missouri at longitude 269.7 and latitude 38.6 in an area of approximately 2,000 sq.km centered on the city of St. Louis. The transitions suggest a reversal of the geomagnetic field during the time these limestones were deposited. The mean normal NRM direction of declination 323.2, inclination 14.8, alpha-95 10.0 and corresponding reversed direction declination 144.8, inclination of 11.7 with alpha-95 of 5.2, are each tightly grouped, while in between these two groups the circles of confidence reveal a large scatter. Six normally magnetized groups of sites and corresponding VGP positions were found while seven groups are reversed. The mean normal VGP was at longitude 146.2 and latitude 44.6 and the reversed one at longitude 313.9 and latitude ⪶.8. The large scatter in between these two groups is interpreted as being due to rapid changes in the direction of the geomagnetic field when compared with the rate of deposition of the sediments. Alternating field (AF) and thermal demagnetization (TH) techniques were used to remove secondary components of the NRM.     

中国地区地磁场水平梯度的计算与分析

根据2000年中国地区156个地磁台站和复测点的实测数据以及国境外的6个地磁台站实测数据,加上国境外36个IGRF点,分别利用Taylor多项式模型和曲面Spline模型,建立了中国地区地磁场总强度(F)、磁偏角(D)和磁倾角(I)的地磁模型,通过对两种模型中各分量的φ(纬度)和λ(经度)进行微分,计算得到F、D、I的水平梯度值,并绘制相应分量沿南北方向和东西方向的水平梯度图,将其与2000年IGRF10的水平梯度图作比较,最后对水平梯度的空间分布以及三种梯度图进行了分析比较.结果表明:F和I的水平梯度主要随纬度变化,F随纬度增加,变幅约为7.0～6.0 nT/min,在中部地区(25°～35°N,90°～120°E)强度达到最大;I随纬度的增加,变幅约为2'/min～1'/min;D的水平梯度随纬度和经度而变化,随着经度和纬度的增加,变幅分别约为0.4'/min～-0.3'/min和-0.1'/min～-0.4'/min.     

Ionospheric effetcs of an intense geomagnetic storm

An investigation of the response of the mid-high, mid and low latitude critical frequency foF2 to the geomagnetic storm of 15 July 2000 is made. Ground-based hourly foF2 values (proportional to square root of peak electron density of F2-layer) from four chains of ionospheric stations located in the geographic longitude ranges 10°W–35°E, 60°E–120°E, 130°E–170°E, 250°E–295°E are used. Relative deviations of foF2 are considered. The main ionospheric effects for the considered storm are: long-duration negative disturbances at mid-high latitudes in summer hemisphere in sectors where the storm onset occurred in the afternoon/night-time hours; short-duration positive disturbances in the summer hemisphere at mid-high latitudes in the pre-sunset hours during the end of main phase-first stage of the recovery; small and irregular negative disturbances in the low latitude winter hemisphere which predominate during the main phase and first part of the recovery, and positive disturbances in both hemispheres at mid-high and mid latitudes prior to the storm onset irrespective of the local time. In addition, the validity of some physical mechanisms proposed to explain the F2 region behaviour during disturbed conditions is considered. gus-mansilla@hotmail.com     

北半球电离层中纬槽发生率及其槽极小位置变化的统计研究

本文利用2014年9月到2017年8月全球高时空分辨率TEC数据对北半球四个经度带电离层中纬槽的发生率和槽极小位置的变化进行了统计研究.基于Kp指数,我们引入了一个包含地磁活动变化历史效应的地磁指数(Kp 9)来分析中纬槽位置变化与地磁活动水平的关系.通过与其他地磁活动指数的对比,发现槽极小纬度与Kp 9指数的相关性最好.此外,本文重点分析了中纬槽发生率及槽极小纬度的经度差异、季节变化、地方时变化以及与地磁活动强度等的关系.结果表明,中纬槽的发生率与经度关系不大,主要受到季节、地方时与地磁活动的影响.午夜中纬槽发生率在夏季较低,其随地方时的变化则呈现出负偏态分布的特点,在后半夜发生率更高,而地磁活动增强对中纬槽的发生具有明显的促进作用.对于槽极小纬度,其在四个经度带的分布差异不大,但月变化各不相同,其中-120°经度带呈单峰分布,在夏季槽极小纬度更高,而0°经度带夏季槽极小纬度更低.槽极小的位置显著依赖于地磁活动、地方时以及季节变化.一般说来,地磁活动越强,中纬槽纬度越低.中纬槽位置随地方时的变化有明显的季节差异,冬季昏侧槽极小纬度随地方时变化较快,弱地磁活动条件下22∶00 LT前即达到最低纬度,其后位置几乎保持不变,而两分季槽极小纬度从昏侧至午夜都在降低,夏季槽极小纬度从昏侧连续下降至03∶00 LT左右.     

Application of matched filtering and parameter estimation technique to low latitude whistlers

The Matched Filtering and Parameter Estimation (MFPE) technique developed for the analysis of mid/high latitude whistlers has been extended to analyze whistlers recorded at low latitude ground station Varanasi, India (geomagnetic latitude 14° 55′ N, longitude 153° 59′ E, L=1.07). Some of the whistlers recorded at Varanasi are found to have propagated along higher L-values (L>2). It has been argued that these whistlers after exiting the ionosphere have propagated towards the equator in the Earth-ionosphere waveguide. Trace splitting is observed below the nose frequency and above 2.0 kHz, a result in agreement with mid/high latitude whistlers. The trace splitting structure revealed by MFPE demonstrates the complexities of whistler wave propagation and is quite helpful in deriving information about high resolution features of the duct structure. The banded features observed in the dynamic spectrum are clearly seen in the output of the matched filter. The observed banded features may arise due to interference between the wavelets propagating in the duct/waveguide.     

新疆M_S≥7地震时空对称性及未来趋势判断

在时间对称性方面,通过可公度信息提取方法和蝴蝶结构法对新疆MS≥7地震的可能时间进行分析,认为新疆在2015年发生MS≥7地震的信号较强。在空间对称性方面,对新疆MS≥7地震信息统计分析,发现形成的4个四边形存在关于80°E经线及40°N纬线对称的规律,即"钟摆四边形结构"。经向上,"三点同侧,往返迁移"。纬向上存在"三北一南"与"两南两北"相互转换的空间迁移规律。由此判断2015年新疆MS≥7地震的震中位置大致位于80°E经线以东,40°N纬线以北。在信息预测方面更加逼近地震三要素的趋势预测内容,为今后新疆地震统计趋势研究提供了参考。     

A study on chaotic behaviour of equatorial/low latitude ionosphere over Indian subcontinent,using GPS-TEC time series

The deterministic chaotic behaviour of ionosphere, over Indian subcontinent falling under equatorial/low latitude region, ?0.3 to 22.19°N (geomagnetic), was studied using GPS-TEC time series. The values of Lyapunov exponent are low at Thiruvananthapuram and Agatti (?0.30 and 2.38°N, geomagnetic, respectively), and thereafter increase through Bangalore and Hyderabad (4.14 and 8.54°N, geomagnetic, respectively), and attain maximum at Mumbai (10.09°N, geomagnetic), which is near/at the edge of an anomaly crest. The values of correlation dimension computed for TEC time series are in the range 3.1–3.6, which indicate that equatorial/low latitude ionosphere can be described with four variables. Entropy values estimated for TEC time series show no appreciable latitudinal variabilites. The values of non-linear prediction error exhibit a trough, around the latitude sector, 4.14–16.15°N (Geomagnetic). Based on the values of the above quantifiers, the features of chaotic behaviour of equatorial/low latitude ionosphere are briefly discussed.