磁情指数∑_K和A_K小议

近来,在一些论及地磁扰动场的文章中,常见到用∑_K(一天中8个时段的K指数相加)来表示一天的磁扰程度。 众所周知,K指数是表征地磁场扰动程度的一种磁情指数,它反映一天里不同时段的地磁活动情况。由于K指数和其对应的磁扰幅度阿R(H)之间不是线性关系,而是类似对数的关系,因此不能将它们相加。     

地震前后地磁短周期异常变化的再研究

一、引言我们曾研究过短期地磁扰动△Z/△H在唐山地震和隆尧地震前后的异常变化。现在进一步研究包括菏泽5.9级地震在内的华北三次地震前后地磁短周期转换函数随时间变化情况,以便更广泛地考察不同地区和不同类型地震之前异常变化特征。地磁短周期是指磁暴急始、瞬时扰动及湾扰等,这些磁扰的幅度在三个分量Z、H、D之间有如下经验关系:     

贴近度在地磁分类预报中的应用

本文运用模糊数学中贴近度、从属函数和综合评判法,结合日冕物质抛射的太阳观测和其引起的行星际太阳风暴的行星际闪烁观测,提出预测经IPS认证的行星际激波引起的地磁扰动强弱程度的贴近度法.以1997～2003年期间74个IPS认证的CME-激波引起的磁扰事件的分析研究为基础,给出了用来评判磁扰研究的5个聚类指标及它们的加权集,利用综合评判法给出了小、中、大三类事件的典型集.针对每个事件建立模糊集,根据此模糊集与典型集贴近度的大小对磁扰事件进行分类预报.初步研究结果表明,对于所研究的74个磁扰事件而言,小磁扰事件预报准确率为53.3%;中磁扰事件预报准确率为100%,大磁扰事件预报准确率为90.20%,此方法平均准确率达到84%,这是模糊数学的贴近度在地磁扰动研究中的一种有效的应用.     

地电扰动指数GEI研究

本文应用中国大陆地区11个地电场台站5.5年（2012-01-01—2017-05-31）中磁静日和磁扰日的观测数据,并联系地电场变化敏感响应地下介质非均匀性和空间电磁活动的特点,发展了地电扰动指数,即消除静日地电变化的幅值比地电指数（GEI）.对比各台站的地电指数与地磁指数,87.43%的单台地电指数D与单台地磁指数K在数值上完全相同或相差1,93.75%的单台平均地电指数Ds与单台平均地磁指数[K+0.5]（四舍五入）相同或仅相差1,说明地电指数能用于量化界定地电扰动水平,如同地磁指数量化界定磁扰水平.地电指数将服务于地球电磁环境监测、科学研究等领域,同时也可以用来评估地电场观测数据的质量.     

对成都地磁台磁静日变化场的分析

利用地磁日变形态异常预报地震是以磁报震的方法之一,其依据是感应磁效应.在地震孕育过程中,可能伴随着地下电导率的某种变化,从而使变化磁场的感应场产生一定异常.这种异常在垂直分量上表现尤为明显.一般说来,异常总是相对于正常背景规律的非随机偏离.目前,以磁报震工作的特点是从强背景变化信号中提取较弱的震磁信息,所以详细研究背景场的变化规律对判别地震前兆异常是极其重要的.利用长期积累的地磁日变化资料,主要是磁静日变化资料进行一些统计分析,可以找出一个正常的背景变化规律.众所周知,地磁日变化一般可分为磁静日变化(Sq)和磁扰日变化(Sd)两类.在一日之内,磁变图上的曲线升降起伏很平稳光滑,这一天就叫磁静日;反之,如果曲线急剧上下北在短时间内起伏次数很多,或升降幅度很大,则叫磁扰日.每月选取5天磁静日,5天磁扰日.我国现使用的是国际地磁指数服务机构——西德哥廷根大学     

传导网络中的地磁灾害（一）

地磁扰动可以破坏传导网络的运行，如电力系统、管线和通讯电缆。在电力系统中，地磁感应电流(GIC)通过电力变压器传到地面，干扰变压器的运行，使变压器变热，增加无功功率需求，并产生导致继电器误操作的谐波。在极端情况下，这些效应能导致电力中断，如1989年3月地磁暴期间，魁北克电网中断供电长达9个小时，600万人受到影响。地磁扰动是由太阳喷发高能粒子流向地球空间传动的结果。当这些粒子到达地球时，与地球磁场产生相互作用，所激发的电流向下流动到地球电离层。大部分强电流伴随着极光出现在横跨加拿大的东西带上。它是由电离层电流产生的磁场在地面上所看到的一种磁扰现象。预防地磁对电力系统的影响主要是阻止电力系统中产生地磁感应电流。但是这种措施相当昂贵，许多设施欲在地磁扰动期运行还需依赖地磁活动预报。加拿大地磁预报服务局是由加拿大自然资源部设立的机构，从1974年开始运行，现在可以提供覆盖加拿大3个纬度带的长期和短期地磁预报服务。该项研究工作是全方位的，从用于改进预报的有关太阳爆发的新资料到了解电力系统对磁扰的反应。地磁扰动研究由加拿大地磁预报中心和许多加拿大大学研究小组负责进行，而地磁感应的研究是由一些受其影响的行业组织进行的，也经常与上述预报中心进行合作研究。     

耀斑-行星际激波结构与相应地磁扰动结构间关系的分析（Ⅰ）

利用297个耀斑-行星际激波-地磁扰动事件,统计研究了耀斑-行星际激波等离子体结构与相应磁扰结构间的关系,新的发现是:当激波面后的磁场南、北分量不大时,激波等离子体结构决定着相应磁扰的基本结构形态,特别是等离子体热状态与相应磁扰的恢复相关系十分密切.由本文定义的激波能量传输指数--FS指数对相应地磁扰动能给出较好的描述.推论:除磁重联这类能量传输机制外,对于行星际磁场南、北分量较小时,还可能存在以等离子体过程为基础的决定磁扰变化结构的太阳风-磁层能量传输机制,应进一步研究.     

广东阳江深井地磁观测系统研究与数据分析

通过对阳江深井地磁观测系统所测到的地球磁场总场强度值数据与附近地面的流动地磁观测台、广东肇庆地磁基准台以及其它地磁台站的进行对比分析,结果表明:阳江深井地磁观测系统的地磁场总场强度记录数据与附近地面观测的相近。深井地磁观测技术和方法有效地过滤了附近的表面高频电磁干扰,并在一定程度上对远处的中国南方电网的"糯广线"的高压直流干扰也起到了压制作用。在磁扰弱时,深处地下200m的地磁观测受围岩的感应地磁场影响不大;但当磁扰剧烈时,会受一定程度的感应地磁场影响。广东阳江深井地磁观测技术和方法的实践为深井地磁观测技术发展做了有益的尝试。     

应用数字多道预测滤波技术排除短周期地磁总强度数据噪声.

对数字多道预测滤波技术应用于排除小型地震地磁台网短周期总强度数据噪声的有效性进行了探讨．结果表明,该技术可以通过利用外源磁扰矢量来有效地拟合总强度差值中的内源电磁感应差值场,从而成功地降低差值的噪声水平．本文采用的两对差值实例中,滤波质量因子Q分别达到0.86和0.68．频谱分析表明,在无大的地磁事件发生的通常情况下,拟合差值的周期成分以与Sq变化周期相应的1～4次谐波为主．最佳滤波器的长度主要取决于差值中可预测能量频率的高低,同时,还可能与输入和期望输出间的位相差异有关．研究表明,难以得到同时满足磁扰日与磁静日的普适滤波器．对京西延庆-怀来盆地地磁资料的实例分析,显示出该地区地下电导率的分布可能极不均匀．      

基于Weimer模型的高纬地磁扰动预测

地磁扰动是空间天气中的重要现象,对地基技术系统具有重要的影响.准确预报地磁扰动可以有效避免重大灾害发生.本文基于Weimer电势和磁势模型发展了高纬地区地磁扰动的模拟方法,并与地面台站观测数据进行了比较.地表磁场扰动主要受电离层电流系统的影响,利用Weimer模式计算出电离层等效电流分布后,基于毕奥-萨伐尔定律推导了地磁扰动三分量与电流的关系,最终计算出地磁扰动量.模型的输入参数为太阳风速度、太阳风密度、行星际磁场和磁偶极倾角.模型计算结果与不同纬度和经度的地磁台站观测结果对比表明本文的计算方法能有效地模拟地磁暴期间地磁扰动特征.本文结果对今后发展高纬地区地磁场预报模型奠定了重要基础.     

关于1942-1943年,1952-1953年谱斑与重现磁扰的关系

本文为譜斑与地磁扰动对比关系的初步小結。文中对1942-1943年,1952-1953年重現性譜斑与磁扰进行了初步分析,可以看出,在太阳活动下降分支上譜斑为重現磁扰主要的来源,但不是唯一的来源,并由此推測粒子流速度为每秒300-500公里。     

在耀斑-日球电流片坐标系中——研究耀斑-激波相应地磁扰动的分布特征(Ⅱ)

本文采用一种新的坐标系——耀斑-日球电流片坐标系,对1966—1982年间由耀斑-激波所引起的277个耀斑-地磁扰动事件进行了分析.初步结果是:1.耀斑-地磁扰动事件在该坐标系中相对日球电流片的随机分布呈高斯分布,极大值在电流片附近;2.当地球和耀斑位于日球电流片同侧时,地磁扰动事件频次远高于异侧;3.地磁扰动强弱在该坐标系中的分布,亦呈现了同侧高于异侧,且极大值多在日球电流片附近;4.耀斑-激波能流密度ρ_2V_2~3及其跃变量ρ_2V_2~3-ρ_1V_1~3在该坐标系中具有十分类似于相应磁扰水平的分布,其离散程度后者略大于前者. 根据本文的结果可以看出,对耀斑-地磁扰动研究来说,近太阳日球电流片的存在是一个重要的特征面,它对耀斑-地磁扰动的产生和强弱水平有重要影响,使太阳耀斑活动与地磁活动效应之间的对应关系变得复杂化了.     

磁暴的时间特性及其与行星际南向磁场的关系研究

随着空间科学的发展和人类空间活动的增加,人们对于了解空间天气情况的需求越来越迫切。各发达国家都开展了对空间天气的预报,其中地磁扰动或磁暴预报是空间天气预报的主要内容之一。了解磁暴（尤其是强磁暴）的时间分布特性,是中长期空间天气预报中的重要一环。尽管磁暴是一种全球性地磁扰动,但是磁暴期间地表观测到的地磁扰动不完全一致,具有地区性差异。随着科学技术的不断发展,技术系统对区域性磁扰的依赖性将越来越强。     

云南省的地磁短周期变化异常

云南省处于我国南北地震带的南端.该省新构造运动剧烈,地震活动频繁.同时,这里与西藏高原接壤,地下构造颇为复杂.因此,我们收集了该省的地磁短周期变化资料,并进行了初步分析.所得结果表明,云南省地磁短周期变化存在着异常.其表现为:西北自丽江向东南经下关、楚雄到通海,有一条西北-东南的分界线.此线的东北与西南,地磁湾扰、磁暴急始等短周期事件垂直分量的变化△z 呈现反号.由此推断,在该省地下存在着自西北到东南走向的电导率异常带.最后,简单讨论了与高导带存在有关的其他地球物理现象.      

不同地磁活动水平下电离层H+上行的半球对比研究

使用FAST/TEAMS仪器在第23太阳活动周下降相的数据,从地磁活动水平的角度,分别分析在磁静日(Kp≤2⁺)和磁扰日(Kp≥3⁺)时南(SH)、北半球(NH)高纬(>50°)电离层H⁺的上行强度,计算其上行率和净上行积分能通量,以期得到H⁺上行的长期水平并分析地磁扰动期间南、北半球离子上行强度的异同.研究结果表明,磁扰期间上行强度显著加强,平静期南、北半球的平均上行率分别是~15%和~20%,而磁扰期的平均上行率分别增强了1.45倍和1.04倍,磁扰期间南半球上行强度的增长更显著;平静期南半球的上行强度小于北半球,但磁扰期两个半球的上行强度相当;磁午夜和黎明区间受地磁扰动的影响最显著,其磁扰期与平静期上行率的比值(S/Q)最大,同时南半球在各个地方时区间的S/Q值均大于北半球;另外,我们发现磁扰期间的上行率在极光椭圆带下边界附近增幅最明显,而积分通量在上边界附近增加显著.上行源区以平静期的源区为中心从日侧极尖区扩展到磁午夜、且向低磁纬延伸,同时,极尖区上行源区在磁扰期有向晨侧偏移的趋势.     

探索地震前兆的地磁观测研究

1976年7月28日,河北唐山发生了强烈的唐山地震(M=7.8)。唐山地震前后积累了大量的地磁资料。分析结果表明,唐山地震之前存在地磁场长期、短期与短周期变化的异常。这意味着强烈地震可能伴随相当丰富的震磁信息,地磁方法在中期、短期地震预报中具有良好的应用前景。 为探索震磁前兆,我们做了几个构造磁实验。实验结果显示,地磁变化与密云水库水位变化的关系系数为-(0.28±0.22)nT/m;对于地下核试验,爆炸前后的地磁变化约为1—2nT,在爆炸时刻约为2—3nT。根据实验结果,震磁前兆信息是可以观测到的。 利用我国所观测到的震磁现象资料,综合分析了地磁前兆时间、异常幅度、震中距与地震震级之间的关系。这些关系有助于地磁方法预报地震的研究。     

广州台地磁短周期变化的研究

本文利用广州地磁台1961年4月至1963年3月记录到的连续磁扰变化,经过模数转换、谱分析和数字滤波,得到了大量不同短周期的磁变事件,再将周期相同的事件取三个月滑动组合求得转换函数。结果表明:广州台不同短周期的磁扰矢量△B在球极坐标上的投影均趋于同一水平面;转换函数A、B及帕金森矢量(Parkinson)长度CP随时间的异常变化与广东省河源县1962年3月19日Ms6.1级地震有关。本文还讨论了该台转换函数A、帕金森矢量长度CP及倾角I与地磁周期的关系,得到周期为9至40分钟时的A、CP、I之年均值与磁变周期呈线性相关。故认为研究广州台地磁周期小于40分钟的转换函数随时间的变化,可获得以电导率异常为标志的地震前兆信息。     

太阳γ及β_γ黑子磁埸区大耀斑的地磁效应

本文研究了1938-1958年间,太阳γ及βγ黑子磁場区的3級与3~+級大耀斑的地磁效应。用相关及迴归分析法,計算了太阳赤緯、日軸方位角及耀斑的日面經緯度等因素对于磁扰的彭响。根据分析結果,繪出了日面地磁扰动等值图。利用水手2号飞船上量譜仪測出的太阳风速度和相应的地磁A_p指数,算出了相关关系,并用此和上述日面地磁扰动等值图配合,推算了在耀斑发生以后,太阳风的径向分量沿地球軌道的分布。参考文內各相应的曲线,可以約略估計出耀斑发生后地磁A_p指数的大小。     

地磁钩扰的全球响应特征研究与初步统计结果

地磁钩扰是太阳耀斑效应的直观表现之一,其研究有助于深入理解太阳爆发对地球空间环境的影响过程,并能为空间天气建模和预报提供科学依据.本文利用山东大学威海地磁台和Intermagnet地磁链与子午工程的地磁观测数据,联合GOES卫星及数字测高仪等的数据,研究了一个由M5.6级太阳耀斑引发的地磁钩扰事件的全球响应特征.研究发现：地磁钩扰特征呈现出南北半球与午前/午后的差异,且地磁响应相对于太阳耀斑存在约3 min的滞后现象,而夜侧无明显扰动;利用位于日侧的50余个地磁台站的数据统计分析后发现地磁钩扰幅度呈现正态分布,且在当地时正午附近达到峰值;利用地磁数据反演出钩扰发生时电离层的电流体系S_s和宁静日电流S_q,并用该电流体系解释了此事件中地磁数据的变化特征.另外,本文初步统计了1996-2015年的地磁钩扰事件数以及相关的太阳耀斑事件数,分析后发现X级耀斑引发地磁钩扰的可能性最大,达42%,由M级耀斑引发的地磁钩扰事件数最多,A、B、C级等小耀斑引发地磁钩扰的可能性很小.     

地磁扰动期間史篤默捕获区的变化

本文利用了史篤默（Stormer）的理論来討論在地磁扰动期間史篤默捕获区的变化。在計算过程中我們只是考虑到单一粒子在捕获区內的运动。地磁扰动我們分別取以下两种形式:（1）当扰动磁場是均勻的而且其方向与磁軸相反;（2）当扰动磁場是由位于赤道面上5至8个地球半径的电流环引起的。計算結果认为在磁扰期間捕获区将要发生变化。这个变化引起了捕获区內粒子数目的变化。最后我們将根据上述的結果討論美国人造卫星（探险者Ⅵ号）所观測到磁暴期間外輻射带的变化。