IGRF13和WMM2020模型在亚洲中低纬度地区的精度评估及分析

研究了最新的世界地磁场模型WMM2020和国际地磁参考模型IGRF13与亚洲中低纬度区域地磁台站年均值的一致性,计算该区域地磁台站与其对应的地磁场模型各个地磁要素之间的均方根误差,分析WMM2020与IGRF13两者之间的差异,以此来评估最新的世界地磁场模型WMM2020和国际地磁参考模型IGRF13在亚洲中低纬度地区的适用性。分析结果表明,IGRF13模型与亚洲中低纬度地区大部分地磁台站各地磁要素的年均值符合较好,存在显著的相关性,因此,在亚洲中低纬度地区,将最新的世界地磁场模型WMM2020和国际地磁参考模型IGRF13作为构建地磁异常模型时的参考背景场,或是对主磁场进行相关的改正都具有一定适用性。

基于IGRF-13的海洋磁力异常重计算与精度分析

研究分析了最新的国际地磁参考场模型IGRF-13的数据来源及模型特征,并与以往模型进行了精度对比。在此基础上,结合不同时期获取的海洋磁力数据融合的实际需求,制定了海洋磁力正常场校正方法及磁力异常重计算流程。选取了南海试验区和太平洋试验区的调查数据,应用最新国际地磁参考场IGRF-13对其进行了正常场校正和磁力异常重计算,得出以下结论:(1)磁力正常场模型IGRF-13包含1900-2025年的26个磁力模型,可采用该模型对以往不同时期获取的磁力数据进行统一重计算;(2)应用最新IGRF-13对南海、太平洋试验区的磁力异常数据进行重计算后,数据内符合精度提升了0.05~0.20 nT;(3)建议在对不同年代的地磁数据融合应用前,先消除时变效应。本文提出的地磁正常场校正方法适用于减弱长期变化磁场的时变效应影响,提升磁力成果数据精度。

IGRF-11描述的2005-2010年中国地区地磁长期变化及其误差分析

第11代国际地磁参考场(IGRF-11)是国际地磁学与高空物理学联合会(IAGA)于2009年12月提出的最新与比较准确的IGRF.根据IGRF-11模型,计算了2005-2010年中国地区地磁长期变化(SVC).IGRF-11所描述的2005-2010年中国地区地磁长期变化与实际观测的地磁长期变化(SVO)是基本一致的,但亦有明显差异.分析比较了在中国地区34个台站上的SVO与SVC之间的差异,并得到了它们之间的差值及其均方误差σ,对于地磁偏角和倾角,σ分别为0.35′/a与0.53′/a;对于地磁总强度、水平分量、北向分量、东向分量与垂直分量,σ分别为5.12nT/a,8.91nT/a,8.89nT/a,3.27nT/a与3.59nT/a.引起IGRF-11所描述的2005-2010年中国地区地磁长期变化的误差原因是:中国地区的区域性与局部性的磁异常、IGRF忽略了外源场与IGRF模型的截断阶数、全球台站与测点的分布不均匀、地磁观测误差等因素.由于中国地磁模型(CGM)优于IGRF模型,并能比较准确地描述中国地区地磁场及其长期变化,故在实际应用中应选用CGM.

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1GRF11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.结果显示:IGRF11和IGRF10的差异很小,2005年中国地区的X、Y、Z和F分量的差异强度都小于30nT,D和1分量的差异强度小于0.05°.两模型的年变率存在一定的差异,尤其是Z和F分量在国内的东部区域,Y分量在国内的中部区域,但是分布趋势基本一致.造成两种模型差异主要原因是实测数据的不同.经比较,发现中国地区在2005年到2015年的地磁场6分量呈线性变化.

IGRF国际地磁参考场模型的计算

在研究地磁场时,首先应该建立地磁场及其长期变化的分布模型,而用以描述地球地磁场和地球磁场长期变化的地磁场模型的国际地磁参考场(IGRF)是目前国际上通用的标准,国际地磁和高空大气物理学协会(IAGA)给出了每5年的IGRF和相应的球谐系数。使用球谐分析方法来表示地球的基本磁场和它长期变化的分布,通常称为地磁场的球谐模式。通过编写Java程序完成了地磁场的解算,然后用解算的地磁数据,画出地磁要素等值线图,且误差在合理范围内。因此通过此程序可以解算出任意点的地磁要素值并且绘制出其等值线图。

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.

中国部分地磁台站年均值与IGRF模型一致性分析

利用中国部分地磁台站1990～2003年的年均值资料，研究了台站年均值与IGRF模型计算值的一致程度，结果表明：①我国地磁台站的长期变速度与IGRF模型的长期变速度有差异：总体来讲，我国台站磁偏角D和垂直强度Z的长期变速度低于IGRF模型的相应速度；水平强度H的长期变速度在1990～1995年间高于IGRF模型的相应速度，在1995～2000年间低于IGRF模型的相应速度；②台站年均值与IGRF模型值的差值曲线中，H和Z有明显的起伏，反映了地磁场长期变的非线性；③虽然有上述长期变上的差异，但对于同一个台站，各地磁要素年均值与IGRF模型值的差值的标准偏差均低于IGRF模型的误差水平，说明IGRF模型与台站年均值的一致性比较好；④对于同一地磁要素，不同台站的年均值与IGRF模型值的差值的平均值相差较大，反映出台站所在位置地壳磁异常的巨大差异。通过总结上述工作，文中还讨论了地磁台站保持长期可靠运行的重要性以及地磁台网历史观测资料抢救的紧迫性。

根据IGRF计算1995～2000年中国及邻区地磁长期变化

根据最新的第七代国际地磁参考场，计算并绘制１９９５～２０００年中国及邻区地磁长期变化图，分析了长期变化的空间变化．

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。

通海地磁台观测值与IGRF模型值的长期变化分析

利用云南通海基准地磁台1985年至2011年的年均值资料,研究了通海地磁台观测值与第11代IGRF模型值的长期变化,两者的一致性程度。结果表明:通海地磁台站观测值与IGRF模型值的长期变速率相近、形态一致;两者的差值与太阳黑子数变化存在相关性;各地磁要素的差值均低于IGRF模型的误差水平。

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MAT-LAB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.

利用IGRF模型计算全张量地磁梯度

国际地磁参考场(IGRF)是一种描述地球主磁场的国际通用模型。目前利用该模型能够计算任意点位的地磁七要素,但随着航空全张量磁测技术的发展,对地球主磁场的全张量磁梯度数据有着迫切的需求。笔者梳理了IGRF模型的计算原理并进一步推导出球谐展开的全张量磁梯度表达式,实现了任意给定点位地磁场七要素和全张量的计算,并用地磁七要素与美国国家海洋和大气管理局(NOAA)网站计算数据进行对照,结果准确可靠。绘制了某地区地磁场的全张量磁梯度等值线图,结果满足Laplace方程,为航空全张量磁梯度测量中选择学习飞行工区和飞行高度提供了理论依据。

基于IGRF地磁场模型的航天器地磁干扰力矩数值仿真

航天器长期在轨运行期间,空间磁场与其自身磁矩相互作用的累积,会对航天器的姿态造成较大影响,加重姿态控制系统负担,降低航天器的可靠性。文章分别针对航天器轨道计算及地磁场模型的使用,对航天器地磁干扰力矩数值的仿真进行了系统的研究,最终得到航天器在轨运行时地磁干扰力矩计算仿真方法。

Matlab实现IGRF国际地磁参考场模型的计算

国际地磁参考场(IGRF)是用来描述全球地磁场及其长期变化的地磁场模型的国际通用标准,基于全球地磁台站、野外测量获得的磁场数据、卫星磁测数据,使用球谐分析方法建立起来的全球地磁场全局模型,由国际地磁和高空大气物理学协会(IAGA)每隔五年给出一套球谐系数和国际地磁参考场(IGRF)。本文使用Matlab编程实现IGRF国际地磁参考场模型的计算,绘制了1990-2010年间全球和亚洲的IGRF地磁场总强度等值线图。

IGRF和WMM模型与地磁台站观测数据对比分析

研究IGRF模型计算值与对应地磁台站观测值之间的关系,通过地磁台站数据对IGRF模型进行误差分析与评价;对比WMM模型与IGRF模型在部分地区的差异,发现这2个模型在描述地磁场分布情况时精度相当,WMM模型达到了与IGRF模型同等的描述地球主磁场的标准。

基于IGRF的地磁基准图技术

地磁导航需要获得目标区域的地磁基准图。研究了基于国际地磁参考场的地磁场要素计算和等值线绘制方法。以给定目标区域的经纬高为输入,计算高阶地磁球谐函数获取地磁矢量并计算地磁场要素,修正了因地球扁率带来的数据差异。采用具有虚节点的移动矩形网格算法来绘制地磁参数等值线,生成目标区域的地磁基准图。采用C#实现了地磁基准图软件,测试表明,获得的地磁等高线数据满足使用要求,等值线精度较高。

对IGRF模型的计算分析及IGRF2010-2015软件的开发

国际地磁参考场(IGRF)是一种表示地磁场正常场及长期变化的数学模式—球谐模式.本文主要针对IGRF的高斯级数表达式做了具体的计算分析,并利用VB实现了IGRF2010-2015软件的具体开发.利用它我们可以计算各种坐标系的地磁要素.

地磁实测值与IGRF计算值的差异的变化

选择了北京、关岛等6个地磁台,作它们的观测值与IGRF值之差随时间的变化曲线,结果发现,以上6台站地磁测值的异常变化都与附近发生的大震相关,而且震级越大、离台站越近,异常变化越大、越早。而且用IGRF作参考场既可靠又方便。

IGRF12和WMM2015模型在中国区域的精度评估及其适用性分析

利用中国大陆区域35个地磁基准台站2008~2015年的观测数据,结合高精度的地壳磁场模型NGDC-720,计算各台站观测值和地磁场模型值7个要素之间的差值。通过引入均方根误差,评估最新的国际地磁参考场模型IGRF12和世界地磁模型WMM2015在中国区域的精度及其适用性。结果表明,IGRF12模型与台站年均值的一致性吻合较好,但对于不同台站,IGRF12模型误差相差较大。WMM2015和IGRF12模型误差具有相似的空间分布特征,且地磁各要素差值的最大值、最小值和均方根误差十分接近,其中地磁偏角和总磁场强度的均方根误差优于16′和100nT。因此,在研究中国区域地磁异常时,IGRF12或WMM2015模型均可作为主磁场改正的参考背景场。

卫星地磁场模型和IGRF模型与中国地磁台观测值的比较分析

利用CHAMP卫星磁测资料建立的新一代地磁场模型POMME-4.2S和第10代国际地磁参考场模型,计算了2004年中国地磁台站的模型值,分析模型值和台站观测值的差异,引入了权重系数来评价台站观测值的整体误差.结果表明,卫星地磁场模型值和台站观测值的绝对误差有正有负,绝对误差并非都比IGRF小,但Y分量的绝对误差明显小于IGRF.X和H分量的均方误差,两模型相差不大,Y,Z,F,D,I分量的均方误差,POMME-4.2S模型小于IGRF.各台站同一分量的相对误差相差很大.