地球磁场长期变化动力学的Hamilton形式

时间尺度O(1)—O(10~2)年的地球磁场长期变化,是由地球液核中导电流体的运动产生的.在合理的框架下,将支配地核流体的动力学方程组加以近似和简化,无论从正演还是反演的角度都是极为重要的.本文将理想地核流体的磁流体动力学方程组表述成Hamilton 形式,包括非正则动力学变量组U={V p,S,B},Hamilton 泛函H(u),Poisson 括号及与之等价的辛矩阵J.期望Hamilton 力学方法对地球磁场长期变化的动力学的研究有所裨益.

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．

地磁学中的球面各向同性随机矢量场

从地磁场随机模拟的需要出发，研究球面各向同性随机矢量场．首先指出，与三维空间中的随机矢量场不同，在球上均匀性蕴含于各向同性；三维均匀各向同性随机矢量场一定是球上各向同性随机矢量场，反之不真．其次，以地核磁场的随机模型为例，给出了球面各向同性模型的空间两点关联张量的并矢表示，并将其在不变坐标系分解；利用核幔边界地球主磁场的球谐功率谱的幂级数拟合模型，估算空间两点关联张量．因此，即使根据地球主磁场观测认定地核场具有球面各向同性，亦不能推定地核内部磁流体运动是三维均匀各向同性的．

旋转分层导电流体的双扩散磁流体动力学不稳定性

本文研究了双扩散效应对处于地球物理极限q→0条件下旋转分层导电流体的磁流体动力学(MHD)不稳定性的影响。研究发现,只要|R_S|足够大,对流总能在流体静力稳定分层的导电流体中发展。当磁场作用较弱,即Λ～Ο(1)时,对所有可能的角向波数m优先发展的是双扩散不稳定性。当R_s>0时,流体中发生几乎不变的“指状”对流。当R_s<0时,流体中发生缓慢东向运行的“扩散”振荡。当磁场作用较强,即Λ≥Λ_M时,与原始Soward模式类似,优先发展的仅是m=1磁力驱动不稳定性,并东向运行,但双扩散效应使得正R_T不稳定性与负R_T不稳定性间的对称性破缺。

VGP角离散与地磁场低阶非轴向偶极子分量

虚地磁极（VGP）的角离散携带着地磁场低阶非轴向偶极子分量空间变化的重要信息．重申地球主磁场定解问题的适定性，指出McFadden等模型G存在重复计入轴向偶极子分量的内在矛盾；作为模型G基础的VGP角离散的偶极族-四极族分解仅具有数据拟合意义．证明，如果地磁场的非轴向偶极子分量相对轴向偶极子分量为小量，那么VGP角离散的纬度变化主要由轴向偶极子Gauss系数约化的低阶Gauss系数的平方和决定．因此作出估计，在过去5Ma中，赤道偶极子和赤道四极子的Gauss系数的幅度大致相当，约为轴向偶极子Gauss系数的10％．

地球深部研究──地球科学发展的挑战与机遇

本文扼要地介绍了国际地球深部研究的发展及现状，简要地讨论了地球深部研究与地球科学相关学科的关系，力图说明及时地组织和开展地球深部研究是发展我国地球科学的新机遇，是迎接未来世纪挑战的正确选择。

三维非均匀地幔中深源电场和磁场的谱理论(Ⅱ)──-横向缓变摄动和极型场快速扩散

把磁场观测数据向导电区域延拓，是地球电磁学的经典问题之一．从准静态近似和非零矢势规范的电磁场方程出发，依据矢量的球面分解唯一性定理，本文建立支配三维非均匀电寻率分布全球地慢中的环型场、极型场和电位势场的耦合方程组烤虑地球深部研究对认识全球地幔非均匀性横向变化尺度的限制，提出横向缓变意义下三维非均匀地幔中电场和磁场的摄动理论，其零级近似不要求电导率分布一维球对称．作为零级近似可解的例证，研究了地幔深源极型场的反扩散问题，在利用地面磁场观测反演到核幔边界时，可以考虑地幄横向非均匀性影响．

任意阶次磁多极子场力线方程的解析表示

本文证明任意阶次磁多极子场力线方程总可以用有限形式解析地表示，并对偶极族和四极族磁多极子场力线的位形给予注记。

核幔相互作用与地球发电机理论

扼要地阐述了地球发电机理论在地球深部研究中的重要地位;强调地球磁场及其时空变化是认识地球深部,尤其是核幔相互作用的主要途径;提出当前推进地球发电机理论研究的一个突破口是揭示核幔相互作用,特别是热的和化学的相互作用对地球发电机模型的影响。

磁化岩石层球面各向同性统计模型

磁化岩石层产生的磁场是利用磁场观测研究地球发电机过程的最主要障碍之一。基于对球面各向同性随机矢量场及其空间两点关联张量的认识，建立了球面各向同性磁化岩石层的统计模型。结果表明，如果岩石层的剩余磁化强度和磁化率均为球面各向同性，那么在地表观测到的岩石层磁场由球面各向同性和准各向同性两个部分组成。因此，即使统计性质最简单的磁化岩石层，其产生的磁场的统计性质也要复杂得多。

应用地震CT技术研究长白山火山的岩浆囊

中国火山学专家报导了长白山火山存在一定的潜在的喷发危险性及其地质背景等研究成果；美国、日本、德国的火山学家到该火山区进行过考察，也认为该火山存在一定的潜在危险性；国家科委根据有关方面的建议，已将“长白山火山危险性的研究”列入专项计划之中；其中有一个子课题是“应用地震ＣＴ技术研究长白山火山的岩浆囊”．本文报导的主要内容有：１）１９９４年张禹慎发展的“上地幔Ｓ波三维速度结构的方法”建立上地幔Ｓ波ＲＧ５．５速度模型，该模型能显示全球任一地区、任一剖面、深至５００公里的三维速度结构；他作出世界上２０个火山区，其中有１７个火山区下面均有明显的Ｓ波低速层，在不同程度上反映了＂低速层岩浆囊＂的存在；已作出通过长白山天地火山的３条速度剖面；该模型显示出：在长白山天池火山下面存在速度的负异常达２．５％的“低速囊”，其深度从３８—６５公里；其展布范围约１００—２００公里的范围；２）改进面波品质因数Ｑ值的成像方法，进一步收集２００次地震面波记录资料，应用“卷积反投影方法反演地壳面波品质因数Ｑ值的成像系统”长白山火山及其邻近地区面波Ｑ值分布，看出天池地区Ｑ＝１６１比中国地区Ｑ值的平均值偏低很多；

全球地震面波相速度变化及其大地构造学意义

从1980年到1992年间震级M≥6．0天然地震的全球数字地震台网记录，搜集约30000个长周期地震图波形数据，建立了周期为85-250s的全球Love波和Rayleish波相速度变化模型．全部地震图均通过时间域和频率域的质量控制，震相为短大圆弧和长大圆弧基频振型G1，R1，G2和R2．利用将区域高分辨率反演结果嵌入全球模型框架的混合反演参量化方法，以及地形、地貌和地壳厚度模型，得到校正前、后的两种反演结果．与已有全球相速度模型比较，长波分量的幅度和空间图像符合较好．短周期相速度异常反映了地表板块构造，与大陆地盾、大洋中脊和构造活动区相关；板块构造相关性随面波周期增大而逐渐消失；部分海洋热点与100-200s周期的低速异常相联系．

火星磁场和行星发电机理论

火星磁场是火星主要观测物理场之一,火星磁场研究对火星探索具有重要的科学意义.本文侧重介绍火星磁场探测所取得的主要成果,在介绍火星行星磁场起源的行星发电机理论的基础上,重点讨论了动力学机制、起始时间、停止的原因等关键性问题,并指出了研究中存在的一些问题.

关于全球地震层析成像反演方法的探讨

以全球地震面波相速度变化问题为例，使用约３００００道高质量的面波记录数据集，在数据空间和模型空间的误差服从零平均Ｇａｕｓｓ随机分布的假设下，研究反演中的阻尼和参量化问题．发现最佳分块尺度随频率增高而减小；分块参量化方法比球谐展开方法引入的人为因素少，但难以分辨甚低阶横向非均匀性，除非施加极端的空间平滑；球谐函数展开则具备恢复长波结构的优点．为此提出一种混合参量反演方法：首先用球谐函数作为全球基函数，恢复相速度的低阶球谐分量，然后用此作为进一步反演的初始模型，用分块模型迭代反演，得到最终结果．

火星古发电机及超大型撞击事件

火星高强度的地壳剩余磁场表明火星演化早期存在过活跃的发电机作用,研究结果显示火星演化早期的超大型撞击事件很可能是导致火星发电机"死亡"的重要原因.本文分别对火星古发电机数值模拟,超大型撞击事件及其对发电机作用影响的研究进展进行归纳总结,并基于目前研究现状提出下一步研究方案,为揭示超大型撞击事件是否导致火星发电机湮灭提供有效信息.

地磁活动性的低维非线性动力学模型

本文综述了地磁活动性非线性动力学研究的新进展。着重介绍美国NASA/GSFC的Bak-er研究小组刚刚建立的笼头滴水类比模型和Faraday电流环物理模型以及其他学者对地磁活动性AL和AE指数典型时间序列的嵌入维数分析。两个方面的研究工作表明:日地空间环境的预报方法正在更新。

南极长城站地磁台CTM－302磁通门磁力仪的标定

通过南极长城站地磁台对ＣＴＭ－３０２三分量磁通门磁力仪标度值的标定，为长城站地磁台测量数据的可靠性提供了重要的依据。

中国及邻近地区卫星总强度磁异常的三维结构

根据卫星磁异常(△X、△Y、△Z)的球冠谐和模型和地磁场的球谐模型,得到了卫星总强度磁异常(△F)的三维模型、计算出中国及邻近地区不同高度(h=0、100、200、300、400、500km)的卫星磁异常,绘制出相应高度的总强度磁异常分布图.讨论和分析了卫星总强度磁异常的分布特征,以及卫星磁异常随高度的变化.

三维非均匀地幔中深源电场和磁场的谱理论(Ⅰ)——基本耦合方程组

地球深部研究(SEDI)已经揭示出地幔中的温度和密度在大尺度下的三维非均匀结构,而地幔的电性结构是敏感地依赖于地幔的热状态的.对由地球发电机产生的非定常深源电场和磁场,在三维非均匀地幔中的扩散问题作3系统的探讨.根据球面矢量场的Helmholtz 分解定理,将支配的Maxwell 方程组分解为位势场Φ、环型场T 和极型场S 的基本耦合偏微分方程组,并利用张量球谐函数展开,得到该方程组的谱表示.以此,作为进一步研究核幔电磁耦合理论的必要基础.

地球深部研究的目标与趋势

一、前言地球深部运行着两部巨大的由热力学和化学过程驱动的对流热机,把它们紧密地耦合在一起的是地处2900km深处的内部过渡带,该过渡带所联接的下地幔和外核两大系统处于显著不同的化学、动力学和物理学状态。这一核幔过渡带是地球内部主要的热边界层之一,由来自地核的轻物质以及地幔分异出来的重杂质构成,亦被视为地核与地幔发生物质交换的活跃的化学反应区(见图1)。