基于第十三代国际地磁参考场模型在中国区域特征分析与研究

根据最新的第十三代国际地磁参考场模型（IGRF13）,计算了2015—2020年中国区域地磁场模型七要素长期变化速率,并在此基础上分析我国区域地磁场长期变化特征。通过分析计算我国28个地磁台的IGRF13模型值与实际地磁场的长期变化速率、差值及均方误差,结果显示：IGRF13模型所显示的地磁场长期变化与我国区域地磁场实际观测变化基本一致,但在局部区域也存在差异,IGRF13模型能够体现中国区域地磁场的特征。应用IGRF13模型数据时需要考虑局部区域与台站实际观测数据的误差。     

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...     

第11代国际地磁参考场(IGRF11)的比较分析

利用最新的第11代国际地磁场考场(IGRF11)在中国地区进行了一系列的对比分析.将IGRF11与IGRF10计算的2005年1°×1°网格值相减,分析两者的区别;将两模型在2005～2010年间的年变率相比较,进行了差异分析;最后计算了IGRF11的2010～2015年和2005～2010年的年变率,并进行比较.结果...     

IGRF国际地磁参考场模型可视化研究

IGRF（International Geomagnetic Reference Field）即全球地磁参考模型,是由国际地磁和高空物理学联合会（International Association of Geomagnetism and Aeronomy）发布的一系列关于地球主磁场及其年变率的数学模型。作为科学研究和工程应用的背景场、参考场广泛用于地球深部、地壳、电离层和磁层的研究。本文以最新的一代至第10代IGRF模型为基础,以Google公司开发的虚拟三维地球软件Google Earth为载体,进行了国际地磁参考场可视化研究。生成了一系列地磁要素的KML文件。并发布在世界数据中心中国地球物理学科中心的网站上,用户通过下载并打开这些文件就可以在Google Earth上查看到中国地区地磁场7个分量的可视化结果。本文所使用的方法也同样适用于第一代至第九代IGRF模型以及今后将要建立的IGRF模型。     

最新国际地磁参考场模型IGRF11研究

详细阐述了国际地磁参考场模型IGRF11的建模原理、 数据来源、 球谐系数及误差来源等. 以NOAA/NGDC候选地磁场模型为例, 分析了数据的选取原则和校正方法. 在MATLAB环境下, 研制了该模型的可视化软件, 为制备地磁仿真基准图提供了最有可能和最为便捷的途径, 能有效使用国际公开数据, 减少外场地磁实测工作量和成本, 对地磁导航工程化具有重要的价值. 对模型检验值和实测值与模型计算值进行比较, 结果表明, 软件计算结果是正确的、 可靠的; 对IGRF11与WMM2010模型的异同点进行比较, 结果表明, WMM2010的模型精度要高于IGRF11, 具有更为广阔的适用范围. 最后, 从模型长期变化估算角度入手, 分析了引起IGRF11模型计算精度低的原因.      

第四代国际地磁参考场

一、前言国际地磁和高空物理协会(IAGA)每年给出一个当代的国际地磁参考场(英文缩写为IGRF),并给出下一个五年期间的地磁场长期变化模式(即 SV 模式),它是予报性质的模式;与此同时,IAGA 还对过去年代的国际地磁参考场进行修正,给出确定的国际地磁参考场模式(英文缩写为 DGRF),它只包括主要场模式(即 MF 模式)。1968年 IAGA 给出了 IGRF1965,这是第一代国际地磁参考场;1975年 IAGA 给出了 IGRF1975,这是第二代国际地磁参考场;1981年在英国爱丁堡举行的 IAGA 会议上,提出了第三代国际地磁参考场。     

地震震中和地磁偏角的空间分布

对1900～2002年全球记录到的震级M≥4．0地震震中,利用IGRF（国际地球参考场）国际参考模型确定地磁场的特征。研究了主要地震活动带的地理学和内源引发的基本地磁场几何学之间的关系,查明了不同构造类型的地震活动带全球分布与地磁偏角或地磁场东-西向分量分布之间的构造对应。     

IGRF在地磁研究中的应用

IGRF（国际地磁参考场）资料在地磁学的基础研究中得到广泛的应用.利用IGRF国内外学者研究了高斯分析、地球磁场模型及其源场可能位置、重磁关系、核幔耦合、地磁场能量、地球非偶极子磁场以及长期变化场的西向漂移等,研究了IGRF在我国地区的误差以及产生的原因.在研制中国地磁等值图中也得到某些应用.     

IGRF1980的检验

鉴于国际地磁场模式中没有应用到中国的地磁观测数据,要把国际地磁参考场(IGRF)作为中国的地磁背景场,那么地磁场各要素在各地区的差别是怎样呢?为了弄清这个问题,以利大家实际的应用,本文采用了几个方面的地磁观测数据与IGRF1980基本磁场(MF)、长期变化(SV)模式的计算值进行比较。(1)利用地磁台的年均值和年变率与IGRF1980模式的计算值比较;(2)利用1980.0中国复测点的观测值与其比较,(3)1980.0中国地磁场模式与IGRF1980的MF和SV模式相互比较。     

地球主磁场的NOC模型

从1900~2000年国际参考地磁场球谐模型系列出发, 建立一种新的地磁场模型──自然正交分量模型, 简称NOC模型. 首先, 由IGRF1900-2000的高斯系数求出地磁场的本征模; 然后, 以此作为基函数系, 将每一年代的磁场展开, 求出各本征模的强度系数, 即可得到表示地球主磁场空间结构和时间变化的NOC模型. 对NOC模型的收敛特征和基函数的稳定性进行了数值检验, 结果表明, 与传统的IGRF球谐模型相比, NOC模型具有级数短、收敛快的特点；在所研究的100年内, 低阶NOC基函数比较稳定, 而高阶基函数有较大的变化. 讨论了NOC模型基函数的物理内涵, 并揭示了地磁场的空间结构及其长期变化之间的内在联系.     

地磁场能量在地球内部的分布及其长期变化

用国际参考地磁场模型(IGRF)分析了地磁场能量在地球内部的分布及其长期变化.结果表明,从1900年到2005年,地核以外地磁场总能量由6.818×1018J减少到6.594×1018J,减小了3.3%,地表以外地磁场总能量由8.658×101J减小到.63×101J,减小了11.4%.分析地球内部不同圈层地磁场能量的变化表明,地壳(A层)、上地幔(B层)、转换带(C层)、下地幔D′层的地磁场总能量在减小,但是下地幔"层的地磁场总能量却在快速增加.磁能密度随时间的变化更清楚地显示出磁能增加和减小的分界面在r=3840km处.上述结果表明,地核和地表以外地磁场总能量在趋势性减小的同时,也在进行重新分配.进一步分析表明,下地幔D"层磁能快速增长,主要是由高阶磁多极子的增强引起的.在地磁场倒转前,偶极矩减小而多极性相对增强在能量分布上的表现就是磁能向下地幔底部(特别是D"层)集中.     

国际参考地磁场模型中高阶球谐项对地磁场长期变化的影响

在国际参考地磁场（IGRF）模型中，高阶球谐系数比低阶系数小得多，所以高阶项对主磁场的贡献常被忽略不计. 但是，高阶项对主磁场的长期变化却有重大影响. 本文根据第八代IGRF模型，分析了IGRF 1945～1955中高阶球谐系数的异常特征对长期变化的影响，然后用修正IGRF模型估计并改正了这些影响. IGRF高阶项随深度增加而迅速增大，所以高阶系数的误差对深部磁场位形和磁场能量的计算有不可忽视的影响，对核幔界面流动状态的推断和地核半径的地磁估计有更为重大的影响.     

1997—2016年中国大陆地区地磁台站观测环境变化定量分析

本文利用CHAOS-6地磁场模型计算1997—2016年中国大陆地区34个地磁台站模型值,分析比较模型计算值与台站实测值之间的差异,利用国际参考场模型IGRF12计算结果进行佐证。结果表明:地磁异常场模量△T作为地磁台站观测环境的一种标志,年变化显示:①中国大陆地区34个地磁基准台绝大部分位于地磁正常区或弱磁异常区,只有少数几个地磁台位于强磁异常区;②判断1个地磁台的地磁场环境,只测量总强度（F）是不够的,必须进行三分量绝对观测,利用地磁异常场模量△T评价地磁台的地磁场环境更全面、更科学合理。     

中国地磁台环境场的计算与分析

根据国际参考地磁场(IGRF)模型,计算出1945年5月—1990年5月中国部分地磁台的计算年均值,并与相应观测年均值比较,计算出地磁台各个地磁要素的磁异常值以及地磁台异常场的模量,本文的计算结果将为认识地磁台的地磁场环境、地磁台站资料评比提供依据。     

2000年中国地区地磁场长期变化的区域特征

本文用中国地磁场复测点和地磁台站资料,建立了2000年代中国参考地磁场长期变化模型CGRF-SV2000.模型显示,中国地区地磁场变化比较平缓,X、Y、Z、H、D、I、F七个地磁要素的“无符号平均年变率”分别为122 nT/a、82 nT/a、438 nT/a、118 nT/a、096(′)/a、299(′)/a、224 nT/a,比国际参考地磁场IGRF给出的全球年变率约小1/3到1/2.各地磁要素的变化显示,地磁北极正在向中国移近,或者说,中国正在向高地磁纬度方向移动,平均移动速度约为3(′)/a.磁偏角变化还显示,中国地区东西部偏角差异继续扩大.作为检验和对比研究,本文利用第8代国际参考地磁场（IGRF）模型,分析了全球地磁场长期变化的时空特征,讨论了全球长期变模型IGRF_SV与中国长期变模型CGRF_SV的异同点.对比分析表明,中国地区地磁场的长期变化与全球长期变化总趋势基本符合,但是,CGRF_SV也表现出一些特有的局部异常特征.     

基于三维Taylor模型的福建及邻近地区地磁模型研究

基于福建及邻近地区高密度的256个地磁场矢量(D、I、H分量)实测数据,结合全球陆地1km基准海拔高度工程的网格数据以及最新的第十二代国际地磁参考场模型(IGRF12),采用三维Taylor多项式模型构建了福建地区的地磁场模型.通过比较均方偏差(RMS)、磁场实际分布以及残差等,结果显示:(1)当三维Taylor模型的截断阶数(N)为2时,可基本反映N为6时的二维Taylor模型的拟合效果;(2)三维Taylor模型计算方便,精度较高,但较易出现龙格现象,因此在确定截断阶数时既要考虑模拟精度,还需要考虑边界效应问题.     

主磁场谐波成分的空间相对强度分析

利用IGRF国际参考地磁场模型, 计算并分析了7~13阶球谐成分对主磁场的贡献。 结果表明, 地磁场要素F、 H和I的空间梯度具有显著的空间不均匀性, 有些区域梯度变化平缓, 有些地区梯度呈涡状结构, 进而由地磁场的空间梯度估算得到卫星高度的空间相对变化强度, 以及卫星上安装磁强计的伸杆震颤可能引起的观测误差。 此外, 主磁场梯度的长期变化非常缓慢, 在大约150年间其最大变化强度约为6 nT。 对于中国电磁卫星5年的设计寿命而言, 梯度变化幅度可能约为0.04 nT, 该梯度变化量对于主磁场的空间相对强度不会产生显著影响。     

地磁场长期变化特征及机理分析

将地磁场的总变化分为三部分：偶极场自身变化,非偶极场自身变化及非偶极场磁斑区通过对核幔边界（CMB）层环形电流的调制来影响偶极场的变化. 本文利用国际地磁参考场模型IGRF）1900～2000计算分析了地球不同深度地磁场分布及长期变化特征,且讨论了变化的可能机制. 可以推论,地磁场西漂和倒转不仅是非偶极场引起,同时与偶极场有密切关系.     

京津冀地区地磁场球冠谐分析

2002年在京津冀地区进行了45个测点的地磁三分量测量,对测量资料进行通化处理,通化时间为2002年5月5日16～18时（世界时）. 通化后的观测均方差分别优于1.5nT（地磁场总强度F）,0.5′(磁偏角D和磁倾角I). 将国际参考地磁场（IGRF2000）作为地磁正常场,建立了京津冀地区地磁异常场的球冠谐模型（BTHASCH）. 球冠极的空间位置坐标为39.5°N和117.0°E,球冠半角为4°. 在模型计算过程中,球冠谐函数的截断阶数分别取为1～10. 经综合比较, 最终采用的截断阶数为5. 建立了京津冀地区参考地磁场的球冠谐模型（BTHGRF）.根据模型,绘制了京津冀地区地磁异常场图(ΔX、ΔY、ΔZ、ΔF、ΔD、ΔI)和京津冀地区地磁图(X、Y、Z、F、D、I).     

在地磁学与地球重力学中的球谐分析

球谐分析在地磁学与地球重力学中得到广泛的应用.由于地球磁场与地球引力场的不同,球谐表述有所不同.地磁场的高斯分析（球谐分析）的结果表明,地磁场没有单极子,而引力场有,地磁场有内外源场之分,而地球引力场只有内源场,地磁场的球谐级数收敛快,地磁场高斯级数所用的蒂合勒让德函数是Schmidt半标准化的,而地球引力场中用的是全标准化的,地磁场的高斯系数随时间变化快,每5年产生一个IGRF（国际地磁参考场）, 而引力场的变化是与地质变化有关,相对于地磁场来说,是缓慢的. 地磁场的高斯分析还存在一个唯一性问题.