CGGM全球地磁场模型和新疆地区台站主磁场逐月变化的一致性分析

对2018年8月—2022年7月新疆地区的5个地磁台站的观测数据进行剔除外源变化磁场的处理,同CGGM全球地磁场模型的主磁场计算值进行一致性分析。结果表明:①台站观测的月变化速率观测值要略大于模型计算值,磁偏角D、磁倾角I的最大月变化速率差为0.08688′,其它5个要素中最大月变化速率差仅为0.8914 nT。②CGGM模型和IGRF13模型计算值F值的均方根误差相差26.7 nT,随着“张衡一号”地震电磁卫星数据的增多,CGGM模型的计算精度还会进一步提升。③台站观测和模型计算的逐月变化量偏差很小,表明CGGM模型计算值和台站观测值有较好的一致性。④通过提取静日子夜均值的方法并不能够完全剔除外源场的影响,台站观测逐月变化量中会有几个nT的剩余磁场叠加其中,导致了台站观测值和模型计算值逐月变化差值的离散程度略为增大。⑤后验比较分析表明,CGGM模型的长期变化主磁场预测值和台站观测值之间一致性较好,可以很好地描述主磁场的长期变化。

太平洋地区地球主磁场长期变化特征的研究

研究太平洋地区主磁场的长期变化特征,对揭示该地区的“偶极子窗”的时间演变和长期变化规律有重要意义.作者使用最新的国际地磁参考场IGRF13模型资料,分析1900—2020年期间太平洋地区主磁场的长期变化特征.结果表明1900—2020年太平洋地区主磁场的空间展布符合“太平洋偶极子窗”的分布特征.该地区主磁场的长期变化在赤道以北为缓慢变化,以南则是较快变化.偶极子场成分变化缓慢,非偶极子场成分变化较快.非偶极子场的长期变化以西向漂移为主,但各分量的西漂速率有显著的差异.垂直分量(Z)和北向分量(X)的西漂速率分别为0.23°/a和0.21°/a,均接近于0.2°/a的全球非偶极子西漂速率;东向分量(Y)的西漂速率为0.17°/a,低于全球非偶极子西漂速率.Y分量的长期变化在34°N附近发生扭曲并且在北太平洋表现为缓慢东漂,这一长期变化特征可能与太平洋北部的30°N和45°N之间在核幔边界处存在的古板块的俯冲过程有关.

基于贝叶斯证据的全球地磁场模型主磁场阶数分析

全球主磁场模型描述了主磁场的时空分布特征。模型的主磁场阶数是构建主磁场模型的关键问题之一。使用贝叶斯推理分析全球主磁场模型,依据贝叶斯证据比较模型阶数,为主磁场的阶数分析提供一种统计依据。利用Swarm卫星磁测数据,估计不同阶数的主磁场模型的证据。结果表明,在1~20的模型阶数中,阶数N=12具有全局最佳证据。参照Jefrrey’s scale的阈值区间,数据对阶数N=12的偏好显著优于其他阶数。实验表明,主磁场阶数的证据推理可用于研究主磁场贡献,结果与14阶球谐函数的功率谱分析相匹配。

野外地震地磁测量的主磁场长期变化改正方法研究

本文应用野外测点的重复测量数据,通过加权最小二乘方法,对测量数据进行了长期变改正,并与现行方法的结果进行了对比。统计数据表明:①新方法显著改善了原方法存在的长期变空间畸变问题,产出的主磁场长期变化结果与IGRF_SV模型的线性相关程度更高。“F、D、I”3要素与IGRF_SV模型“差值的均方差”,分别为原方法结果的“10.7%、47.0%、14.5%”;②应用新的长期变化改正方法,可获得更加稳定、合理的地壳磁场变化结果。“F、D、I”3要素地壳磁场变化的“平均幅度”分别为原结果的“28.5%、55.4%、34.4”,“均方差”分别为原结果的“59.1%、56.5%、40.3%”,“平均梯度”分别为原结果的“93.6%、91.9%、97.0%”;③在新方法的处理结果中,震磁信息得到明显的优化,震中位置与地壳磁场变化“0”值线的吻合程度明显更好。新方法的处理结果明显优于原方法,具备较高的应用价值。

1950—1980年中国地区主磁场模型的建立及分析

本文根据丰富的地磁资料,用泰勒多项式方法推算出1950.0、1960.0、1970.0和1980.0年中国地区的主磁场模型,绘制出各个年代地磁要素的等值线图,分析研究了局部地区地磁场泰勒多项式模型的特点.

CHAMP卫星主磁场长期变化和长期加速度的分布特征

本文利用CHAMP卫星磁测资料建立的新一代地磁场模型POMME-4.2S,分析了全球和中国地区地磁长期变化■ 7个分量以及长期加速度、■、■ 3个分量的分布特征,比较了POMME-4.2S长期变化模型与中国长期变模型CGRF-SV的磁异常分布差异.主要结果表明,地磁长期变化磁四极子起主要贡献,长期加速度变化磁八极子贡献最大.2004.0年全球长期变化的减小要比增加大得多,地磁场总体在减弱.长期加速度在中低纬度地区变化较大,高纬度地区变化小.■和■分量磁异常沿经度方向正、负交错形成几个大片区,分量主要正负磁异常成对分布于赤道两侧.长期加速度、■、■ 3个分量的磁异常分布存在明显的关系:在■异常焦点的南北两边出现的异常焦点,东西两边出现■的异常焦点.中国地区的长期变化和长期加速度变化量小,分布相对均匀.

主磁场梯度的空间分布和长期变化特征

根据GUFM1和IGRF11模型,计算1590—2010年主磁场总强度F、水平分量H和磁倾角I三个要素的水平梯度和垂直梯度,分析了它们的空间分布和长期变化特点.结果表明:F和H的垂直梯度与其磁场的空间分布类似,水平方向的梯度以及磁倾角I在3个方向的梯度都与其磁场分布有明显差异.H的3个方向的梯度分布清楚地指示出南磁极的位置.梯度的长期变化表明,北半球磁场梯度漂移缓慢,南半球磁场梯度变化较快.磁倾角的垂直梯度显示,中太平洋负异常周围的正异常在围绕该负异常旋转.近赤道的梯度异常带在60°W附近的转折是由印度洋异常向非洲方向移动所致.

地球主磁场模型

主磁场建模是一项综合性的研究工作,它涉及主磁场理论、磁场测量、数据同化、模型表达、模型解释以及模型运用等多方面的研究.本文综述了近五十年来德国、丹麦和美英各国研究者提出的数十个地球主磁场模型,回顾了主磁场模型研究方面的进展,概述了模型的描述以及建模的理论基础和方法.

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 ,计算并分析了 16 90～ 2 0 0 0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 16 90～ 2 0 0 0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极子磁场的衰减产生的 ,而非偶极子磁场的能量密度谱在 16 90～ 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 ,非偶极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 6 0a的周期规律 .

主磁场长期变化十年至百年尺度的周期

本文运用小波变换技术,通过分析历史地磁场模型gufml（时间跨度从1590～1990年）,考察主磁场长期变化场（B场）的周期性.结果表明,B场总磁极强度存在三个主要的周期分量：稳定的30年周期,在偶极子场的赤道分量g1/1和非偶极子场中较常见;频散的准50年周期,主要是由轴向偶极子分量g0/1贡献的,此外,四极子场也有贡献;世纪尺度的110年周期,其强度会发生变化,主要来源于偶极子场的赤道分量以及八极子场.

20世纪中国地区主磁场变化研究

为了研究20世纪中国地区主磁场变化,首先使用最新的全球模型IGRF11,CALS3K4.(3K4.)和GUFM1进行计算,并分析了1900—1990年的主磁场年变率均值的变化;然后基于1960—2000年以10年为间隔的实测数据,结合全球模型CM4与区域模型泰勒(Taylor)多项式(TY)模型分析了中国地区主磁场的年变率分布及年变率均值,并与上述几种全球模型进行了比较.结果显示:20世纪利用IGRF11,GALS3K.4和GUFM1模型得到的主磁场的年变率均值均很接近.它们所绘制的1960—2000年中国地区的主磁场年变率分布类似.其原因主要是由于它们的建模原理相同且截断阶数接近所致.基于实测点绘制的年变率分布与全球模型基本一致,X分量的年变率逐年减少,Y、Z、F分量的年变率均呈现先减小后增大的趋势.但两者也存在一定差异,主要原因是由于更高密度的实测点及使用区域模型所致.结果还显示了基于实测值绘制的年变率均值变化与CM4较为接近.作者认为CM4模型可以较好地反映中国地区主磁场的变化.

磁共振成像系统的主磁场均匀性检测

目的本研究通过对Siemens Skyra 3.0 T磁共振成像系统的主磁场均匀性检测,探讨日常工作中3.0 T磁共振成像系统的磁场均匀性检测方法。方法采用波谱峰值法和带宽差值法对磁共振成像系统的磁场均匀度进行检测。结果波谱峰值法测得的FWHM为0.027 ppm,带宽差值法测得的冠状位、矢状位与轴位的主磁场不均匀度分别为0.49、0.98和0.91 ppm。结论所检测MR设备主磁场均匀度良好,通过对主磁场均匀度的检测,可及时掌握磁共振成像设备的磁场均匀度性能参数,有效保证磁共振设备处于良好的运行状态。

地球主磁场电磁转矩导致的地球差异旋转

为探索驱动地球系统差异旋转的力源,选择整个地球作为研究对象,应用经典电磁学理论,分析地球固体介质中的电荷在地球主磁场中的运动特点,发现存在一个与地球自转方向相反的切向洛伦兹力.通过电荷与介质间的相互作用,切向洛伦兹力传递至介质迫使介质西漂.为探索地球差异旋转的规律,建立了地球薄圆筒圈层模型.应用经典物理学理论和方法推导出了地球主磁场电磁转矩及其产生的角加速度公式.研究得到四点主要结论:1)作用于半径不同的地球薄圆筒圈层的地球主磁场电磁转矩及其产生的角加速度绝对值不同:地轴及赤道附近圈层的小,其自转相对较快;半径等于3～(1/2)倍地球半径的薄圆筒圈层及其相邻圈层的大,其自转相对较慢.2)同一薄圆筒圈层中的差异旋转缘于介质的介电常数、阻力系数及质量密度的差异.3)地球差异旋转缘于地球的自转、正负电荷的非对等分布及介质的介电常数、阻力系数、质量密度的差异.4)地球差异旋转导致地壳运动,孕育地震,地球主磁场是地球差异旋转和地震孕育的敏感因子.

1990—1991年中国地区主磁场变化——全国地磁台站资料质量分析结果

根据全国地磁台站资料质量评审中提供的信息,对全国台站1990-1991年地磁场三分量的年均值进行了分析,给出了年变率分布特征及相应的等值线图。

基于主磁场长期变化模型的地磁导航基准图时变修正

地球主磁场长期变化是影响地磁导航基准图时效性的一个重要因素。提出一种以模型预测值对基准图进行时变修正的方法,利用主磁场长期变化模型解决临近空间地磁导航基准图的时变修正问题。基于WMM2010建立地球主磁场长期变化模型,在此基础上建立中国地区临近空间(海拔高度30 km)的主磁场长期变化模型,利用该模型计算出的地磁场分量长期变化率对基准图时变进行修正。仿真实验结果表明,修正后的地磁导航基准图的匹配概率可以达到90%以上,相比修正前有显著提高,且修正前后间隔时间越长效果越明显。利用主磁场长期变化模型修正后的地磁导航基准图具有良好的适配性。

主磁场不均匀情况下的磁共振虚拟成像初步研究

目的设计实现一个基于布洛赫(Bloch)方程的磁共振成像模拟器,并以此仿真主磁场不均匀对成像的影响。材料与方法用C语言实现磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)模拟器。成像过程中,虚拟物体各体素点的磁化强度矢量根据离散化Bloch方程递推计算得出。假定主磁场B0的不均匀性的几种模式,设定不均匀与其空间位置的关系,以此为代入条件进行模拟成像实验,并将结果与相应的实际成像对比。结果本MRI模拟器可以较好地模拟出主磁场不均匀对成像造成的影响,得到符合预期的成像结果。结论本MRI模拟器有助于工程与科研中分析主磁场不均匀对成像的影响。

直流电机主磁场对换向的影响

对直流电机空载和负载时主磁场的影响作了深入研究，给出了在电机设计阶段，控制主磁场影响的方法以及电机出厂前主磁场干扰过大的补救措施。同时也分析了电枢斜槽对主磁场对换向的影响，并指出用换向区窗口bkp这个参数来控制主磁场对换向的影响更为直观和简便，更具有工程价值。

表面磁体永磁电机主磁场的分布特性

通过解析延拓的场模型，对表面永磁体永磁电机工作气隙中主磁场的分布特性－气隙系数Ｋδ、电枢计算长度Ｌδ和计算极弧系数α’ｐ，用解析法求解三个参数的数学表达式。经过适当修正，得出它们的工程计算公式，这些公式不仅有较高的计算精度，也大大简化了工程计算，多年的产品开发研制实践验证了这些公式的正确性。

磁共振成像系统(MRI)主磁场强度示值误差的测量结果不确定度

为了使医用磁共振成像系统(MRI)主磁场强度示值误差的测量结果不确定度评定合理,基于用高准确度等级磁场强度检测仪测量主磁场强度的数学模型,对其测量不确定度来源进行分析,列出了方差、灵敏系数及标准不确定度公式,从而给出了主磁场强度示值误差的合成不确定度和扩展不确定度。