1998年5月磁暴磁层电流体系的地磁效应分析

低纬度地区地磁场的短时变化主要由以下电流体系产生:电离层发电机电流(IDC)、对称环电流(SRC)以及由部分环电流和Ⅱ区场向电流及其电离层回路组成的内磁层三维电流体系(PRFI).此外,由Ⅰ区场向电流及其电离层回路组成的电流体系(FACI)所产生的低纬地磁场也是不可忽略的.本文针对1998年5月1-6日的大磁暴,首先利用多个同子午线台站对的数据分离并消去由IDC电流产生的Sq场.然后,通过线性建模分离其他电流体系产生的磁场成分.结果表明:(1)发生在5月1-6日的磁暴可以分为两个过程,PRFI和FACI电流体系在1-3日不明显,在4-5日伴随着亚暴强烈发生.(2)SRC的变化情况在第一阶段同Dst指数相似,在第二阶段明显滞后于Dst指数.(3)在5月4-5日,PRFI在SRC之前增强,随着PRFI和FACI的恢复,SRC开始增强.这一结果为我们了解环电流和场向电流的形成以及它们的关系提供线索.     

磁线圈对地磁场的物理模拟及对地磁导航研究的意义

利用磁线圈对地球基本磁场开展动态模拟,将地磁场随空间的变化转化为在实验室中随时间的变化,能够为地磁导航系统的匹配试验提供物理仿真的地磁场环境。本项研究依照虚拟仪器技术思路,对磁线圈、恒流电源、磁通门磁力仪(或Overhauser磁力仪)和工控机进行数字化连接,并采用LabVIEW编程进行驱动控制,通过自动调节线圈绕组中的电流大小来实现对磁场的物理模拟并进行实时监测,尝试组建了地磁场动态模拟系统,并分别开展了对地磁场总强度和三分量信号的动态模拟实验。模拟系统可以实现天然地磁场和人工编制两种动态信号的输出模拟,且拟合效果良好。地磁场动态模拟系统的初步建立为今后地磁匹配试验等研究提供了仿真磁场环境。     

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。      

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.     

伪魏格纳-维勒分布在地磁时频分析中的应用

采用伪魏格纳-维勒分布对静日和扰日的地磁场Z分量数据进行时频分析,结果表明周期为6～ 24h的静日变化在静日和扰日的各个台站都存在;而2～6h部分既受外源场影响,也反映了区域信息,表现出感应磁场和地壳磁场的特征.采用平滑伪魏格纳-维勒分布对汶川8.0级地震前各台的Z分量数据进行时频分析,结果显示震中附近的地磁台站在震前记录到了周期约为4.4h的异常信号,其振幅随震中距增大而减小.     

空间和地下电流体系演化与地磁低点位移关系的研究

地磁场"日变化"是地球变化磁场的重要组成部分,是地球物理学地磁观测中的基本规律之一.起源于太阳辐射在电离层中产生的电流体系的影响,其中静日变化的规律性最强,它包含着空间和地球内部各种电磁过程丰富的信息.     

变化地磁场预测的支持向量机建模

变化地磁场建模与预测是地磁导航、空间环境监测等领域的重要研究课题.由于变化地磁场属于日地系统中的一部分,受多种因素的制约影响,且其变化本身也具有较强的前后相关性.本文综合空间和地面监测数据,以变化地磁场地面观测数据、地方时、太阳射电流量和行星际磁场南向分量等为输入,采用支持向量机方法,建立了变化地磁场综合模型,并进行预测.结果表明,在地磁活动Kp指数小于4时,预测3 h平均绝对误差小于1.61 nT.     

中国地磁观测

１　地磁观测的基本问题人类对地球磁场的认识是很早的,但对地球磁场的本质认识,却是在１９世纪中叶由麦克斯韦尔所确立的现代电磁场理论之后,并随着探测技术的不断发展而逐步深入的。高斯理论分析结果表明,地球表面地磁场的绝大部分来源于地球内部液体地核和地壳,来自地球外部的仅占万分之几到千分之几、有时可达百分之几,它们是由太阳、行星际空间、磁层及电离层活动所形成高空电流体系的变化及其在地下的感应变化所引起的,而且它们随时间的变化而变化。来源于地球内部的,只随时间缓慢变化,是基本稳定的,构成地磁场的主要部分（…     

地磁静日变化预测方法研究

地磁观测中及时了解地磁场日变化的扰动情况,可以帮助人们及时判断数据的可靠性,识别观测中的异常.研究地磁静日变化的预测方法在地磁观测数据分析处理中具有应用意义. 地磁日变化主要包含了地球外部空间电离层和磁层电流体系的变化信息,有静日变化和扰日变化之分.通常情况下人们利用每月中的5天静日变化的平均作为当月的Sq变化的估计.     

太阳平静期地磁场与电离层时空变化相互作用分析

作为地球空间环境的重要组成部分,地磁场和电离层是地球物理研究中的重要方向.新的观测数据和处理方法为人们更加深入地认识地磁场和电离层时空变化之间的相互作用发挥了巨大的促进作用.本文利用欧洲轨道测定中心(CODE)提供的全球电离层垂直总离子浓度地图(GIM)数据和Swarm卫星的观测数据,基于数据统计的方法,对太阳平静期不同纬度地区地磁场和电离层时空变化之间的相互作用进行了分析.从地磁场对电离层时空变化的作用来看,本文利用Swarm卫星数据发现电离层电子浓度在赤道地区呈"马鞍"形分布,在高纬度地区变化剧烈,验证了因地磁场对电离层时空变化影响导致的电离层赤道异常和极盖吸收等现象的存在,同时利用GIM数据通过张量秩-2分解和主成分析发现沿地磁场方向电离层的空间变化更加迅速,体现出地磁场对电离层时空变化的约束作用.从电离层对地磁场时空变化的作用来看,基于CHAOS-5模型对地磁内源场和磁层环电流磁场的预测,本文从Swarm卫星磁测数据中分离出电离层中电流体系的磁效应,其中包括赤道电集流、中纬度地区的Sq电流体系和极区电集流的磁效应,为进一步反演电离层电流体系奠定了基础.     

泰勒多项式拟合法在地磁测量资料分析中的应用

本文收集了山东省东部两个流磁测网多年的观测资料，应用泰勒多项式二次拟合方法，研究分析了流磁测网内区域地磁场和局部地磁场的变化状态。结果表明，运用该方法分析研究迭加在区域磁场和局部地磁场上的构造磁效应磁场的变化状态，效果显著。     

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.     

地磁绝对子夜均值异常识别方法研究

地磁绝对子夜均值数据,即台站地方时00～03时期间的地磁场绝对数据是地球主磁场和地壳磁场变化研究中常用的基础数据.该均值中基本去除了电离层电流体系的影响,但仍不可避免地存在着主磁场的变化和磁层磁场的变化,可能会存在与地震孕育有关的地壳磁场的变化、因台站观测环境干扰或绝对观测错误产生的不可弥补的错误数据以及因数据处理错误产生的可修正的错误数据.     

基于近期活动构造的变化磁场地震异常的中强震预测规则

<正>1研究背景变化磁场地震异常的2个主要研究频段分别为几百秒到几百Hz的地震地磁扰动和周期3小时左右的地震地磁日变化。近年来,有关该异常的分析方法、电流源及其构造定位和孕震机理研究等有了长足发展,并建立了定量预测指标体系——异常判据和预测规则,这些进展为地震综合预测分析提供了良好的基础资料。但是,变化磁场地震异常的结果一般是地磁场畸变值或比值或相关系数等,与地震孕育过程有关的弹性参数或构造活动没有直观联系,其物理作用不明显,难以融入地震综合预测分析的技术思路。因此,基于变化磁场地震异常孕震机理,结合预测指标体系,建立一套具有孕震过程构造活动异常特征的变化磁场地震异常的地震预测规则,对地震综合预测分析工作可能起到重要助益。     

喀什—乌恰地区流动地磁测量数据处理及初步分析

介绍了2008年在喀什—乌恰地区32个测点的流动地磁测量数据的处理方法。利用该数据建立了喀什—乌恰地区地磁场的曲面样条模型,绘制了区域地磁基本场分布图。以2005年中国地磁场球冠谐模型为参考场剥离了岩石圈磁场,绘制了喀什—乌恰地区岩石圈磁场局部异常分布图。表明岩石圈磁场局部异常与测区内地震在空间上有一定的对应关系。     

南海西南次海盆深海地磁观测潜标的数据分析

地磁场磁力线切割海水和电磁感应两种方式的共同作用影响着海水介质中变化地磁场的时空特征.虽然近些年的野外实践、数值模拟和理论研究都表明,海面和深海海底的变化磁场存在差异,但极少有实测数据揭示在海水介质不同深度位置地磁场的时空特征.本文主要介绍在南海西南次海盆4366 m深度处布放和回收了一个4000 m长深海地磁观测潜标的科学实验;重点分析垂直方向不同水深位置上地磁场观测记录中总强度的变化幅度及相位的时空特征.并通过建立地磁场太阳静日变化模型,将观测结果与南海周缘的三个地磁台站观测记录进行对比分析.研究结果表明,地磁场总强度在深海水体的不同深度存在着显著差别.在地磁扰动较小或平静期间,深海潜标处的日变形态与同纬度邻近台站的观测结果较为一致;而在地磁扰动期间,由于所处位置处地下电性介质的差异会对感应磁场产生不同的影响,观测到的总强度在幅度和相位变化中也出现相应的不同.本文的分析结果不仅为海水介质不同深度地磁场时空特征的研究提供了科学实验依据,也为海洋磁测中地磁日变观测站的布设提供建议.     

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.     

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.     

地壳磁异常的全球模型

从全球磁场减去地核主磁场和变化磁场及其感应磁场后,就得到岩石圈磁场,又称地壳磁场,或地磁异常.地壳磁场是地磁场的重要组成部分,对导航、通信、地球物理勘探等有重要意义.本文简要综述近年来在地壳磁场基本信息获取方面取得的重大进展,特别是Oersted、CHAMP等卫星磁侧的最新成果,介绍在此基础上建立的全球磁异常模型,展望地壳磁场研究的发展趋势和应用前景.     

基于主成分方法分析2013年甘肃岷县漳县6.6级地震前地磁日变化异常

选用2013—2014年兰州台、天水台、寺滩台3个台站地磁垂直分量分钟值数据,利用调和分析剔除1～4次地磁日变化谐波成分,在此基础上对3个台站地磁Z分量数据进行主成分分析,计算结果显示：2013年7月22日岷县漳县6.6级地震前,最小的第三主成分在2013年4月20日至6月10日出现明显的增强变化,超出阈值,异常持续50 d左右;同时,在信号的子空间中特征矢量的方向也出现同步的异常扰动,震后恢复到原来的水平,其他时段第三主成分未出现类似变化。据此认为,这些异常信号与2013年岷县漳县6.6级地震相关。研究结果表明,PCA方法对地震电磁异常的提取是有效的。