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.     

地磁场长期变化球谐模型SVSHM 1960—1965

本文利用1960.0—1965.0全球157个地磁台站的X、Y、Z三分量年均值资料,进行了地磁场长期变化的球谐分析。我们采用5种加权方案（从主要考虑法矩阵条件数的方案S过渡到仅考虑资料误差的方案D）,并选择5种截断水平（球谐函数的截取级次从n=4到n=8）,共作了25次分析,从获得的法矩阵条件数和拟合残差两者的分析中发现,对这一组资料球谐级数的截取级次取为n=6,而加权方案采用S3/4 D1/4可能是最有效的,其结果即为地磁场长期变化球谐模型SVSHM 1960—1965。     

1945—1995年国际参考地磁场

本文回顾了国际参考地磁场(IGRF)的建立和修改过程;介绍了最新的IGRF模型,即第六代国际参考地磁场;综述了国际参考地磁场在地磁学中的应用,并指出了在使用过程中需要注意的一些问题.     

地磁场长期变化球谐模型SVSHM 1960-1965

本文利用1960.0-1965.0全球157个地磁台站的X、Y、Z三分量年均值资料,进行了地磁场长期变化的球谐分析。我们采用5种加权方案（从主要考虑法矩阵条件数的方案S过渡到仅考虑资料误差的方案D）,并选择5种截断水平（球谐函数的截取级次从n=4到n=8）,共作了25次分析,从获得的法矩阵条件数和拟合残差两者的分析中发现,对这一组资料球谐级数的截取级次取为n=6,而加权方案采用S^3/4 D^1/4可能是最有效的,其结果即为地磁场长期变化球谐模型SVSHM 1960-1965。     

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.     

2000年中国地磁场及其长期变化冠谐分析

根据1998～2000年完成的118个地磁测点 和39个地磁台的三分量绝对测量资料以及IGRF2000,计算2000年中国地磁场冠谐模型(截断 阶数为8),以及2000～2005年中国地磁长期变化冠谐模型(截断阶数为6). 球冠极位于36 °N,104°E,球冠半角为30°. 中国地磁场冠谐模型能更好地表示我国地磁场的时空变化 ,地磁场模型的均方偏差为：104.4 nT(X分量),103.3 nT(Y分量),123.9 nT(Z分量). 依据地磁场及其长期变化的冠谐模型,分别绘制2000年中国地磁图(F,X,Y,Z)和异常磁场图(ΔF,ΔX,ΔY,ΔZ),以及2000～2005年地磁长期变化图(F,X,Y,Z). 指出改善地磁场模型边界效应 的途径,并对如何布设地磁复测点提出了建议.     

1690～2000年地磁场能量的三维分布及其长期变化

利用Bloxham & Jackson 地磁场模型和国际参考地磁场模型(IGRF),研究了1690～2000年地磁总能量及其北向、东向和垂直向分量的能量以及非偶极子磁场的能量在地球内部的分布及长期变化.结果表明,地表和地核以外地磁场总能量及其北向和垂直向的能量是持续衰减的,垂直向的磁场能量占总能量的64％以上,对总能量的贡献起主要作用;东向分量的能量随时间的变化以增加为主.地磁场的能量变化率存在56年的周期,主要是由偶极子磁场产生的.地表以外的非偶极子磁能从减小到增大转折出现在1770年,比地核以外滞后40年.地球内部磁能随时间的变化显示,偶极子磁能逐渐减小,非偶极子磁能增加,越靠近核幔边界增加越快;偶极子和非偶极子磁能的变化量相等的分界面在距地心3780km处.从核幔边界到地表,磁能变化的衰减非偶极子比偶极子快,表明偶极子磁场比非偶极子磁场有更深的场源.     

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.     

华北地区地磁场长期变化的地区差异

本文根据文献[1]给出的泰勒二次多项式曲面拟合方法,利用1980—1987年23个地磁台地磁总场F和Z分量实测资料,从年变率地区性差异方面进行了分析,从另一个侧面描述了地磁场长期变化的时空特征,达到了拟合与预测的目的。同时克服了文献[1]中外空干扰对年变率产生的系统拟合偏差的影响。此资料便于用差值法进行长期变改正,具有实用价值。     

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。     

利用第七代IGRF计算1995.0年中国及邻区地磁场

本文介绍了第七代国际地磁参考场，利用ＩＧＲＦ１９９５计划并绘制１９９５．０年中国及邻区地磁图，考虑了地球扁率对计算结果的影响。     

区域和全球地磁场模型

本文叙述了计算区域地磁场模型的各种数学方法，给出了选择计算区域模型数学方法的判据，讨论了改善区域地磁场模型边界效应的方法，研究了确定区域地磁场模型截断阶数的判据，另外，简单介绍了第六代国际地磁参考场，１９９０年世界地磁图，国际地磁参考场的精度和使用。     

地磁场模型和冠谐分析

地磁场是由内源场(地核场和地壳场)和外源场(电离层场和磁层场)组成的,地磁场模型是表示地磁场时空分布的数学表达式.本文简述了地磁场全球模型和区域模型的计算方法和应用;评述了冠谐分析方法及其在地磁学中的应用;介绍了地磁场模型误差的主要来源.     

行星尺度地磁异常的长期变化

为了综合反映地球表面行星尺度磁异常的展布面积、磁场极值以及磁场分布特征等多种因素及其与磁能的关系，本文用穿过各异常区的“无符号磁通量”为特征参数来表征磁异常区强度.用第八代国际参考地磁场模型(IGRF)，分析了1900年到2000年全球最大的5个磁异常区的长期变化，结果表明，在一百年中，南大西洋(SAT)、大洋洲(AUS)和非洲(AF)3个异常区的磁通量均增加了200MWb以上，欧亚异常(EA)磁通量增加幅度稍小(157MWb)，上述4个异常区磁通量增幅为30%-60%，而北美异常(NAM)的磁通量则减小了50MWb.各异常区面积虽有变化，但最大变化仅为%左右.对磁异常区的西向漂移研究表明，地球表面和核幔界面的西漂明显存在差异：地表磁场有持续而稳定的西向漂移，全球平均西漂速度为0.2°/a；但核幔界面磁场的西向漂移速度要小得多，最大不超过0.1°/a.形成这种差异的原因可能是组成地磁场的不同球谐分量有不同的漂移速度；地表磁场的西漂主要决定于占优势的低阶分量，而核幔界面的西漂则受到高阶分量的重大影响.本文指出，在把地表西漂值用作地核磁流体运动速度的典型值时必须十分谨慎.     

1985-1997年中国地磁场长期变化的正交模型

选取中国地区20个地磁台,日本地区3个地磁台的基本数据,使用自然正交分量方法(简称NOC方法)求得1985-199年中国地区地磁场三分量(X ,Y,Z)的自然正交分量的时间函数,即地磁场时间变化的正交模型. 对阶数从1-9的正交分量进行了试验计算,并计算出这23个地磁台分量的均方根偏差(RMS)值. 以1995年为例 ,取kNOC=1-3,将23个地磁台的正交模型值绘出了平面等值线图. 结果显示X , Y,Z长期变化速度的等值线非常平滑,分布均匀,且均具有明显的分区特征,这反映了主磁场的长期变化规律,而其中长期变化速率比较大的地区,反映地磁场的局部特征和有关的地球物理现象.     

1985-1997年中国地磁场长期变化的正交模型

选取中国地区20个地磁台,日本地区3个地磁台的基本数据,使用自然正交分量方法(简称NOC方法)求得1985-199年中国地区地磁场三分量(X ,Y,Z)的自然正交分量的时间函数,即地磁场时间变化的正交模型. 对阶数从1-9的正交分量进行了试验计算,并计算出这23个地磁台分量的均方根偏差(RMS)值. 以1995年为例 ,取kNOC=1-3,将23个地磁台的正交模型值绘出了平面等值线图. 结果显示X , Y,Z长期变化速度的等值线非常平滑,分布均匀,且均具有明显的分区特征,这反映了主磁场的长期变化规律,而其中长期变化速率比较大的地区,反映地磁场的局部特征和有关的地球物理现象.     

1950—1985年中国地磁长期变化的模型和分析

对1950年以来中国及其邻近地区的地磁观测台和复测点地磁三分量数据进行了系统地分析,求得这期间每5年的共7组地磁长期变化的模型（SV模型）.利用这些SV模型将需要的地磁观测值归算到所需的年代,很好地建立了1950—1985年中国地区的主磁场模型.文中还表示了中国地区1950年以来地磁各分量地磁长期变化的时空变化趋势.这些SV模型系数和国际参考地磁场系数计算的SV值与相应观测的SV值比较,由中国SV模型系数得到的均方值比国际参考场的小.     

地磁场长期变化的自洽正态统计模型

从地磁场时间变化尺度可分的理论考虑和观测事实出发,建立地磁场Reynolds分解,强调地磁场时均部分和长期变化部分均包含所有的多极子分量;重新解释Constabe和Paker关于规一化Gduss系数的统计结果,从而将地磁场长期变化自洽正态模型自洽化．在这一结构最简单的统计模型中,地磁角度要素和总强度的统计分布均为非正态．地磁场方向及其等价表示虚偶极磁矩方向服从广义Fisher分布,可以解释地磁场方向和虚磁偶极矩方向的椭圆分布长轴大致正交的观测事实．模型的VGP角散布不能解释古地磁观测,意味着时均场中显著存在非轴向偶极子分量．解析结果加强了Egbert关于VGP路径优势经度为不均匀采样所致的推论．     

1950-1985年中国地磁长期变化的模型和分析

对1950年以来中国及其邻近地区的地磁观测台和复测点地磁三分量数据进行了系统地分析,求得这期间每5年的共7组地磁长期变化的模型（SV模型）.利用这些SV模型将需要的地磁观测值归算到所需的年代,很好地建立了1950-1985年中国地区的主磁场模型.文中还表示了中国地区1950年以来地磁各分量地磁长期变化的时空变化趋势.这些SV模型系数和国际参考地磁场系数计算的SV值与相应观测的SV值比较,由中国SV模型系数得到的均方值比国际参考场的小.