关于地球引力场与地磁场相关性及其物理意义的讨论

Hide和Malin早在1970年就研究了地球引力场地磁场之间的相关性,把这一对具有重大意义的固体地球物理学研究的课题展示到了大家面前,引起了人们对地球各物理场之间的相互关系的极大关注。但是,Hide等在计算相关系数时,没考虑二者的带谐项以及地磁场四极子部分的高斯系数g_2~1和h_2~1,从而得出的结论是(整个)引力场与非偶极子磁场之间的相关系数为0.8381。我们知道,非偶极子磁场是地磁基本场的扰动部分,是偶极场与地核磁流体流动相     

对地磁发电机理论的反思与天体磁场研究展望

由地球磁场的基本特征和电磁场理论,证明了流体外核不可能产生偶极磁场,地磁发电机理论对偶极磁场是无效的.并对地球和天体磁场的研究方向和方法进行了展望:偶极场与核心部分的自组织结构有关,多极子场与外部各层的组织结构或运动状态有关.     

地球磁场的全球变化特征

本文根据最新修正的第七代国际地磁参考场模型,计算了中心偶极矩,中心偶极位置参量;计算了偏心偶极位置及其参量,给出了近四人世纪中心偶极和偏心偶极的变化图象。发现了偏心偶极漂移速率在１９７０年代出现地磁“ｊｅｒｋ”,这些结果是很有科学价值的。     

关于东亚大陆磁场的研究

本文利用近三十年来的地面测量资料和东亚地区11个地磁台的资料,以及1965.0、1975.0国际地磁参考场等资料,对东亚大陆磁场的时、空变化特征进行了研究。内容包括:东亚大陆磁场的空间分布特征及场源深度的估算,东亚大陆磁场的中心位置及其磁场强度、磁场方向,近三十年来东亚大陆磁场的长期变化特征等。得到的主要结果是:1.东亚大陆磁场的中心位置近三十年来没有西向漂移的迹象,从而推断它的长期变化主要由场源强度的变化所引起,而不是主要由非偶场的西向漂移所引起;2.东亚大陆磁场的中心与它的长期变化的中心不相一致,同时,在青藏高原的东部还可能存在一弱中心。     

高纬磁层顶位形统计分析

本文收集了1226个来自Cluster、Geotail、GOES、IMP8、Interball、LANL、Polar、TC1、THEMIS和Wind卫星磁层顶穿越事例,并主要利用时间推移使上游行星际磁场clock angle或等离子体变化特征与磁鞘中的相吻合方法为这些数据配对上来自ACE或Wind卫星5 min平均值太阳风数据.通过对这些数据以及网上公布的1482个Hawkeye卫星磁层顶穿越点数据分析研究,发现：（1）高纬磁层顶在极隙区存在内凹结构,其内凹范围比较大;（2）磁层顶内凹位置明显受地磁偶极倾角控制,最内凹点所对应的天顶角和地磁偶极倾角大致呈线性关系,这种关系在南北半球大致呈反对称;（3）磁层顶内凹深度、内凹范围以及内凹中心不变纬度基本不受地磁偶极倾角影响.     

用第六代国际地磁参考场确定的东亚地磁非偶极场时空变化规律

利用近期公布的第六代国际地磁参考场（ＩＧＲＦ）计算，分析了１９４５年以来东亚地磁非偶极场的时空变化特征，并用中国地磁场模型对结果进行了检验，得到的主要结果是：１９４５－１９９０年，东亚地磁非偶极场Ｘ、Ｙ分量缓慢向北和向西方向移动，东亚磁异常中心位置基本稳定，中心附近Ｚ分量的强度变化具有明显的大约１５年左右的增强和减弱期。中心附近Ｘ、Ｙ的零值点的移动方向与地磁北极的移动方向一致。     

2005年8月24日磁暴主相期间亚暴过程的多卫星联合观测分析

本文根据OMNI、TC-2卫星、LANL系列卫星、Cluster星簇卫星(C1-C4)以及加拿大的8个中高纬地磁台站的观测数据,研究了2005年8月24日强磁暴(SYM-H_min~ -179 nT)主相期间的强亚暴(AL_min~ -4046 nT)事件特征.该强磁暴在大振幅(IMF B_{z min}~ -55.57 nT)、短持续时间(~90 min)的行星际磁场条件下产生,有明显的磁暴急始(SSC),强度较大且持续时间较短.发生在磁暴主相期间的亚暴发展的主要特征如下:亚暴增长相期间,C1-C4卫星先后穿越中心等离子体片;亚暴膨胀相触发后,在近地磁尾(X~-6R_E)可观测到磁场偶极化现象;等离子体无色散注入区在亚暴onset开始后迅速沿经向扩展,但被限制在有限的经度范围;磁纬60°附近,Pi2地磁脉动振幅超过了100 nT.膨胀相开始后,在中、高磁纬地磁台站可观测到负湾扰,近地磁尾可观测到Pi2空间脉动,中磁尾区域可观测到尾向流、磁重联以及O⁺/H⁺数密度比值在亚暴onset之后增大等现象.分析表明该强磁暴主相期间的强亚暴现象发生时序是自内向外:X~-6R_E处TC-2观测到磁场偶极化(~09:42:30 UT),同步轨道卫星LANL1994-084观测到等离子体无色散注入(~09:44:30 UT),X~-17.8R_E处C1观测到磁场重联(~09:45:30 UT),由此推断该亚暴事件很可能是近地磁尾不稳定性触发产生,其发生区域距离地球很近.     

长春地磁台地磁场长期变化基本特征

长春地磁台从1957年开始进行正规地磁观测至今,地磁场的长期变化已完成了一个完整的下降、转折、上升的变化周期,这种长期变化是偶极场与非偶极场变化的叠加,以非偶极场变化为主体,并受东亚大陆磁异常场源强度及方向变化的控制和影响。     

东亚磁异常及其对中国东北地区地磁场的影响

利用东亚及邻区４９个地磁台１９７０－１９７９年、Ｈ、Ｚ的实测年均值，逐年计算、缓制了蒙古异常的地磁非偶极场等值图，给出了蒙古异常非偶极场Ｚｎ分量的焦点位置和强度变化及其对中国东北地区地磁场的影响量级，计算表明蒙古异常的年变化是该区地磁场年变化的主要成份。     

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.     

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。     

2005.0年代中国地区地磁场及其长期变化球冠谐和分析

国家地磁图作为描述一个国家领域内地磁场空间分布的基础科技产品,其选用的模型计算方法应准确合理地反映标准年代上地磁场空间分布及未来5年的地磁场长期变化趋势.本文应用球冠谐和(SCH)方法,对中国地区1119个野外地磁测点和36个地磁台的观测数据进行了计算,获得了2005.0标准地磁年代中国地区地磁正常场及其异常场空间分布...     

长春合隆地震台地电观测供电对地磁观测干扰影响的研究

前言长春合隆地震台是中国地震局 类基本地磁台 ,正式出版的地磁观测报告及磁暴报告与 4 0多个国家 (或地区 )实行资料交换。1 981年 ,台站投入形变电阻率 (简称地电 )观测 ,设置 N4 5°E,N4 5°W两测道 ,为十字型对称性布极 ,供电极 ( A、 B)极距为 2 0 0 0 m,1 992年改为 1 3 0 0 m,测量极 ( M、 N)极距为 4 0 0 m。观测中心点位于地磁观测室南 1 70 m处 ,供电线 ( A1 B1 )在地磁观测室及记录室西侧 ,垂直距离 1 50 m;供电线 ( A2 B2 )在地磁观测室及记录室东侧 ,垂直距离 1 1 0 m。地电观测证明 ,向 A、 B电极供电时 (直流 2 .4 A…     

中国及邻近地区地磁正常场及其长期变化的计算

本文根据国际地磁参考场系数,计算了中国地区1945～1990年代2~0×2~0网格地磁正常场值,并绘出了相应的正常场等值线图和等变线图,对其变化规律进行了分析.     

非洲磁异常对地磁场结构及其长期变化的控制作用

地球非偶极磁场在主磁场结构及其长期变化中起着重要作用.非偶极磁场主要表现为行星尺度磁异常,它们是南大西洋磁异常、非洲磁异常、欧亚大陆磁异常、澳洲磁异常和北美磁异常.在这5块磁异常中,非洲磁异常对磁赤道的形状和位置以及全球长期变化特征有极大的影响.非洲磁异常的重要性主要表现在3方面：第一,由于异常区位于赤道这一特殊的地理位置,所以它极大地影响磁赤道的形状和位置.相对于偶极场的地磁赤道而言,异常区所在的中北非洲和中大西洋地区的磁赤道向北移动,最大移动量可达约15°.第二,非洲磁异常的快速西漂对全球长期变化的分布起着决定性作用,它在该异常区西边的中美洲形成了全球最主要的长期变化区,在1900~2005年期间,最大年变率Z_max超过200 nT/a.第三,非洲负磁异常区与其南面的南大西洋正磁异常区相结合,〖HJ〗它们的变化使西半球地磁场强度大大减弱,也使全球磁场发生显著畸变.这两块磁异常与深部的反极性斑区有着成因联系.     

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.     

地球基本磁场的形成与变化的探讨

本文在铁磁体假说的基础上,探讨地球基本磁场的形成与变化的原因.地球的偶极磁场是由于地球的回转和内核中特殊的磁化环境,使内核中心形成的饱和磁化的永磁球体（即磁核）产生的,磁核的大小和温度负相关.地球的非偶极磁场,由外核内几个可确定的磁偶极子产生,这些磁偶极子,是外核中液态金属的流动,切割磁核的磁场而产生的涡流形成的.     

一次磁层亚暴期间磁场偶极化的尾向传播

利用TC1、Cluster和Polar结合极光和同步高度及地磁的观测,研究了2004年9月14日1730～1930 UT时间段的亚暴偶极化过程.此前行星际磁场持续南向几个小时.亚暴初发(Onset)开始于1823 UT.2 min之后,同步高度的LANL 02A在子夜附近观测到了明显的能量电子增强（Injection）事件,而TC1在1827UT左右在磁尾(-10,-2, 0)RE (GSE)观测到了磁场BX的突然下降,伴随着等离子体压强和温度的突然增加及磁场的强烈扰动.在(-16, 1, 3)RE (GSE) 的Cluster上相同的仪器观测到相同的现象,只是比TC1观测到的晚大约23 min,在1850 UT左右.虽然Polar在更靠近地球的较高纬度(-75, 35, -40)RE (GSE)附近,也在1855 UT左右观测到了这种磁场偶极化现象.以上的观测时序表明TC1、Cluster观测到的磁场偶极化比亚暴偶极化初始发生分别晚4 min和27 min.说明偶极化由近磁尾向中磁尾传播.详细计算表明偶极化源区的位置大约在X=-77RE～-86RE,而传播速度大约为70 km·s-1.在这个事件中亚暴的物理图像可能是中磁尾的近地重联产生的地向高速流到达近磁尾,为近磁尾的亚暴触发创造了条件;亚暴在近磁尾触发之后,磁场偶极化峰面向中磁尾传播.     

地球内核对地磁场涨落和倒转的影响

考虑到内地核较小(其半径为外核的1/3),许多地球发电机模型将内核完全忽略(Hollerbach et al.,1992),要不然就将其处理为不导电的绝缘体(Zhangand Busse,1990;Glatzmaier and Roberts,待出版)。在我们以前的稳态模型(Hollerbach and Jones,1993)中,曾考虑了有限导电内地核的某些效应,尤其是引起内外核之间的电磁耦合效应。本文中,我们包括了一种规定的浮力,从地球物理学的观点讲,这样更加现实,而且所得到的解与时间有关,而不再是与时间无关。在有限导电的内核中的磁场不再是瞬间地调整到外核中的场值,而是有一个它自己固有的几千年的扩散时间尺度。从而外核中较大一些、快一些的地磁涨落有效地被内核平均掉了,产生了相对稳定的外部偶极磁场。我们推测地磁场倒转的发生只能是一次特大的磁场涨落的结果,其幅度足够大,持续时间足够长,使得磁场在整个内核中也发生倒转。     

地球主磁场的能量密度谱及其长期变化

根据BJ地磁场模型和第8代国际地磁参考场(IGRF)模型，计算并分折了1690～2000年期间地球表面主磁场和分量的能量密度谱及其长期变化。结果表明1690～2000年期间主磁场的能量密度谱一直在减小，其主要原因是由于偶板子磁场的衰减产生的，而非偶板子磁场的能量密度谱在1690～1780年期间减小，1780～1890年增大，1890年以后快速增大。在地磁场总能谱的变化中，Z分量的贡献起主要作用。能量密度随谐波阶数的变化在半对数坐标中近似线性，非偶板子场的等效磁源深度位于核幔边界附近，n＝1，2谐波项的等效磁源位于地球内核边缘，其位置随时间变化。1780和1890年前后是地磁场变化的转折时期。能量密度谱的长期变化存在大约60a的周期规律。