中国大陆两次地磁急变分析

通过分析我国9个地磁台站1985～2003年间Y分量和Z分量的年变率曲线,发现1991年在Y分量上有明显地磁急变(Jerk)反映,Z分量并没有明显反映.同时在2000～2001年附近发现Z分量的年变率曲线斜率普遍出现急剧的转折,而在Y分量上则没有发现这种现象.其次,利用地磁场月均值与Ap指数月均值的相关性,通过一个确定的模式,从地磁场月均值中除掉外源场的影响.研究发现,对于Y分量和Z分量来说,是否去掉外源场对地磁急变的鉴别并无明显影响.最后,用年变率的等值线图分析了我国地磁台网范围内地磁急变的时空分布演化特征.     

地磁绝对子夜均值年变化量空间分布特征

选用中国21个地磁基准台站2011年的绝对子夜均值数据,分析D、H、Z分量年变化量空间分布特征。结果显示,各分量年变化量等值线分布比较均匀,其中:D分量年变化量等值线大致沿南北向分布,零经线附近台站年变化量较小;H分量年变化量等值线大致呈U型分布,且中心点位于甘肃省;Z分量年变化量等值线沿纬线方向,随纬度减小而增大。     

拉萨地磁台地磁观测效能和数据校正

基于2017～2019年地磁观测数据,利用多台对比的方法,分析了拉萨地磁台的地磁观测资料。结果显示：拉萨地磁台各分量绝对子夜均值年变化趋势与狮泉河地磁台、乾陵地磁台基本一致;拉萨地磁台日变化曲线存在干扰较多,通过与临近地磁台站对比,可以清晰地识别干扰变化,进而准确地对干扰数据进行校正。     

中国及邻近地区地磁长期变化分析

利用2010.0—2016.0年中国国际地磁交换台站和中国邻近地区共14个地磁台站的X,Y,Z分量观测数据,结合世界资料中心发布的静扰日数据,计算了台站十日静日午夜均值,并进行三次多项式拟合,得到X,Y,Z分量的长期变化和年变率。同时,利用CHAOS-6和IGRF-12模型计算了2010.0—2016.0年F分量的长期变化,分别得到了CHAOS-6及IGRF-12模型计算值与台站观测值的差值。结果表明:同一地区的台站X,Y,Z分量变化趋势基本一致;Z分量的平均年变率与X,Y分量相比偏大;CHAOS-6和IGRF-12模型描述的F分量的长期变化与台站观测值之间的差值的绝对值分别为4.8～253.7 nT和0.9～420.0 nT。产生上述误差的原因主要是CHAOS-6和IGRF-12模型是描述全球地磁场的模型,而地磁场及其长期变化具有显著的区域特征和局部特征。     

两种地磁场模型与地磁台站年均值一致性分析

研究了地磁场综合模型CM4和国际参考地磁场模型IGRF12与中国部分地磁台站年均值的一致性,并分析CM4与IGRF12模型之间的差异,结果表明,模型值与台站观测值的差值不随台站经纬度的改变而呈现规律性变化,两种模型值与台站观测值差值的两种变化形态相差较大;同一台站,同一地磁分量,两种地磁场模型的误差水平基本相当;同一地...     

中国地区地磁长期变化研究

采用2000~2004年中国地区34个台站的地磁日均值数据, 计算了通日和静日的平均年变率,以及静日的拟合年变率.应用上述年变率, 建立了2000.0~2005.0年代中国地区地磁场长期变化泰勒多项式模型和曲面样条模型.分析讨论了该泰勒多项式模型和曲面样条模型与国际地磁参考场长期变化模型(IGRF-SV)的异同, 结果表明,中国地区地磁长期变化的泰勒多项式模型与曲面样条模型的形态与数值是一致的,而且与IGRF-SV长期变化的趋势也是一致的,但中国地区地磁长期变化具有区域特征.     

IGRF-11描述的2005-2010年中国地区地磁长期变化及其误差分析

第11代国际地磁参考场(IGRF-11)是国际地磁学与高空物理学联合会(IAGA)于2009年12月提出的最新与比较准确的IGRF.根据IGRF-11模型,计算了2005-2010年中国地区地磁长期变化(SVC).IGRF-11所描述的2005-2010年中国地区地磁长期变化与实际观测的地磁长期变化(SVO)是基本一致的,但亦有明显差异.分析比较了在中国地区34个台站上的SVO与SVC之间的差异,并得到了它们之间的差值及其均方误差σ,对于地磁偏角和倾角,σ分别为0.35′/a与0.53′/a;对于地磁总强度、水平分量、北向分量、东向分量与垂直分量,σ分别为5.12nT/a,8.91nT/a,8.89nT/a,3.27nT/a与3.59nT/a.引起IGRF-11所描述的2005-2010年中国地区地磁长期变化的误差原因是:中国地区的区域性与局部性的磁异常、IGRF忽略了外源场与IGRF模型的截断阶数、全球台站与测点的分布不均匀、地磁观测误差等因素.由于中国地磁模型(CGM)优于IGRF模型,并能比较准确地描述中国地区地磁场及其长期变化,故在实际应用中应选用CGM.     

1990—1991年中国地区主磁场变化—全国地磁台站资料质量分析结果

根据全国地磁台站资料质量评审中提供的信息,对全国台站1990-1991年地磁场三分量的年均值进行了分析,给出了年变率分布特征及相应的等值线图。     

东亚地区地磁非偶极场长期变化的分析

本文利用东亚及其邻近地区50个地磁台站1955-1977年地磁三要素（D、H、Z）的实测年平均值算出的非偶极场值X、Y、Z,选用“按距离加权最小二乘曲面拟合”方法,计算、绘制、分析了东亚地区地磁非偶极场及其长期变化的时空分布特征,并与国际参考场（IGRF）模式进行了粗略的对比。所得的主要结果是:1.1955.0-1965.0年代,东亚地区Z分量的增长速度在迅速减小;1965.0年代以后,Z值在逐年下降。2.从整体上看,东亚地区地磁非偶极场虽然形态与IGRF给出的结果基本吻合,但长期变化有明显差异。1965.0年代的IGRF长期变化模式与实测结果偏差甚大。为了使IGRF模式更好地拟合地磁长期变化处于转折时期的复杂地区的情况,看来时间间隔应更短些,例如5年为好,采用现在通用的方法是不适宜的。     

基于协方差矩阵的中国地区1998—2016年地磁急变研究

基于43个中国地区地磁台和7个欧洲地区地磁台数据，针对大尺度外源场干扰难以准确估算，通过计算实测值与CHAOS-6模型之间残差的协方差矩阵而从数据中剔除了噪声方向(最大特征值方向)的干扰而获取了干净的长期变化数据，进而分析了1998—2016年期间的中国地区地磁急变.还通过观察三个特征方向的变化而确定外源影响和可能存在的急变.结果表明协方差矩阵方法可以很好地模拟D_st的影响从而降低大尺度的外源干扰，中国和欧洲地区外源场干扰相对于D_st指数的相关性系数分别达到0.791和0.795.中国地区台站对2003.5年和2014年这两个全球急变都有很好的响应，而在2009年前后的急变现象可以认为是一个区域急变事件.两个全球急变在我国的间隔为11年，这反映了我国乃至东亚地区的大尺度地磁场长期变化可能与太阳活动有关.     

中国地磁台观测的2014年地磁急变

地磁急变（jerk）是起源于地球外核并在导电地幔过滤效应后在地球表面观测到的一种地磁现象,其反映了地核内部某些动力学过程.Jerks在空间范围上既可以是区域性的,也可以是全球性的.中国地区地磁台能否检测到2014年jerk？针对这一问题,利用中国大陆10个地磁台的磁静日月均值和CHAOS-6全球磁场模型,分析了X、Y和Z分量2008—2018年期间的长期变化,估算了2014年前、后的长期加速度值,确定了2014年地磁jerk的时间和强度.研究表明中国地磁台Y分量的长期变化为"Λ"型,Z分量存在明显的"V"型,具有典型的jerk特点.Y分量jerk出现的时间大约在2014年6月,比非洲大陆的Algeria TAM台和南美洲French Guiana KOU台时间滞后大约4个月.这暗示着产生jerks的地核流体波动的时序特点.中国西部和东北部地磁台的长期变化形态有明显的差别,主要由非偶极磁场引起.CHAOS-6模型与地面台站的长期变化形态并非始终一致.本文结果有助于更好地理解和解释长期变化的时间演变和地理分布,并为深入探讨jerks的地核起源和驱动机制提供新的观测约束.     

The Study of Two Geomagnetic Jerks in China

This paper analyzes the first differences of the annual means (annual rate) for the Y and Z components of the geomagnetic field from nine magnetic observatories in China, measured from 1985 to 2003. The 1991 jerk was obvious in the Y component measured but not clear for the Z component. Rapid changes in the Z components were ubiquitous around 2000 -2001, but not seen for the Y component. External effects were removed from the monthly means by comparing the monthly mean of the geomagnetic field components at the observatories with the monthly time series of the Ap geomagnetic index. However, some examples were analyzed and showed whether external effects were removed or not, there was no marked distinction in determining the jerks in China for the Y component and the Z component of the geomagnetic field. Finally, the isolines of the first differences of the annual means were used to analyze the spatial and temporal distributions of the jerks.     

华南地区地磁场长期变化特征

使用华南地区5个国家基准地磁台2008—2018年地磁观测数据,通过对磁偏角D、磁倾角I、总强度F、北向分量X、东向分量Y、水平分量H、垂直分量Z月均值及年变率的分析,研究该区地磁场长期变化特征。结果表明,华南地区5个地磁台近10年来七要素月均值及年变率均呈缓慢变化趋势,且变化量相当,反映了该区域地磁场长期变化的特征。     

Investigation of the SA evolution by using the CHAOS-4 model over 1997–2013

The temporal and spatial evolution characteristics of the geomagnetic secular acceleration(SA) are investigated, based on CHAOS-4 core field model during the period of 1997–2013. The SA evolution on a short time scale is associated with the phenomenon of the geomagnetic jerk. More details of the global extent and the occurrence time of the successive jerks(the 1999, 2003, 2007, and 2011 jerks) are obtained. The location, size and reversed polarity pattern for the 1999 jerk are similar to those for the 2003 jerk in the Asian-Indian sector. While the 2007 and 2011 jerks mainly take place in the Atlantic sector. The direction and speed of the shift for the four jerks are different, identified by the occurrence time of the jerks. The zonal motions of the SA patches exhibit an oscillation pattern in the Asian-Indian sector, whereas a purely westward drifting pattern is along the equator in the Atlantic sector. It is believed that the shift of the jerks is related to the motion of SA-B_r patches observed at the core-mantle boundary(CMB).     

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.     

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.     

A note on short-term core-mantle coupling,geomagnetic secular variation impulses,and potential magnetic field invariants as Lagrangian tracers of core motions

This note summarizes recent studies of atmospheric excitation of short-term changes in the length of the day and polar motion which set useful limits on the timescales associated with angular momentum transfer between the Earth's core and mantle. It also speculates about the nature of the recently-discovered phenomenon of “impulses” or “jerks” in the geomagnetic secular variation, proposing that they might be manifestations of “loop” instability of the magnetic field within the core. Finally, it outlines novel properties of high magnetic Reynolds number flows that bear on the inverse problem of deducing core motions from geomagnetic secular variation data.