中国地区地磁长期变化研究

采用2000～2004年中国地区34个台站的地磁日均值数据,计算了通口和静日的平均年变率,以及静日的拟合年变率.应用上述年变率,建立了2000.0～2005.0年代中国地区地磁场长期变化泰勒多项式模型和曲面样条模型.分析讨论了该泰勒多项式模型和曲面样条模型与国际地磁参考场长期变化模型(IGRF-SV)的异同,结果表明,中国地区地磁长期变化的泰勒多项式模型与曲面样条模型的形态与数值是一致的,而且与IGRF-SV长期变化的趋势也是一致的,但中国地区地磁长期变化具有区域特征.

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2 0 0 0年代中国参考地磁场长期变化模型CGRF -SV2 0 0 0 .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 . 2nT a、8 2nT a、4 3. 8nT a、11. 8nT a、0 . 96 (′) a、2 99(′) a、2 2 4nT 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.

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.

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 .

1980．0年东亚地区地磁场的勒让德多项式模型

根据中国、原苏联等地区的地磁复测点和地磁台资料，利用勒让德多项式方法，计算出１９８０．０年东亚地区的地磁场模型，绘制出总强度（Ｆ）、磁偏角（Ｄ）和磁倾角（Ｉ）地磁图．地磁场模型的均方偏差分别为：总强度１４４．６ｎＴ，磁偏角１９．１′，磁倾角８．５′．将勒让德多项式模型与ＤＧＲＦ１９８０进行了比较，并绘制出总强度的差值分布图．本文计算出来的地磁场勒让德多项式模型能较好地表示东亚地区地磁场的分布．

地磁场的漂移运动和强度变化

在修正了Briggs提出的移动变形图案相关分析法基础上 ,对全球非偶极子磁场以及 6个行星尺度磁异常区的漂移特性和强度变化进行了研究 .结果表明 ,在 1 90 0— 2 0 0 0年期间 ,全球非偶极子磁场以 0 1 5°/a的平均速度向西漂移 ,强度累计增长了 2 9% ;6个行星尺度异常区的西漂运动存在明显差异 ,其中漂移最快的是赤道附近的非洲异常 ,平均西漂速度为 0 2 6°/a,其次是南半球的澳大利亚异常 (0 2 3°/a) ,最慢的是欧亚异常 (0 0 9°/a) .除西漂外 ,大多数异常区还有较小的北向漂移 .在 1 940— 1 955年期间北半球的欧亚、北美和北大西洋 3个异常区以及赤道地区的非洲异常几乎同时由西漂或西南漂转为西北向漂移 ;紧接着 ,南半球的南大西洋和澳大利亚两个异常区的漂移特征也发生明显变化 ,主要是漂移明显减慢 ,而不是漂移方向的转折 .在 6个异常区中 ,澳大利亚、南大西洋、非洲和欧亚 4个异常区的强度有明显增加 。

近30年来东亚地区地磁长期变化分析

收集了东亚地区近３０年以来地磁观测台的７个地磁要素年均值，分成与国际参考地磁场相应的６个时间段，用最小二乘方法计算出东亚地区的地磁长期变化时间空间分布多项式模型。并与国际参考地磁场的长期变化（ＳＶ）比较，与实测的ＳＶ值相比较，所有地磁要素５阶多项式ＳＶ模型的均方偏差（ＲＭＳ）都比国际参考地磁场的ＲＭＳ小。本文结果说明，利用地磁台的数据可以建立很好的东亚地区地磁长期变化模型，得到切合实际的地磁场长期变化的时空变化规律，为今后东亚地区修正地磁长期变化提供方便途径。

1690年以来全球非偶极子磁场的变化特征

根据JBloxham和AJackson地磁场模型 ,计算和分析了 1 690～ 1 990年期间非偶极子磁异常的变化特征 .结果表明 ,1 690年以来一直存在的变化磁异常有 7个 ,在一定时期内出现的磁异常有 3个 ,它们是 1 830年以后出现的北太平洋负磁异常、1 850年以后出现的东南太平洋负磁异常和 1 690～ 1 90 0年期间在南太平洋地区出现的负磁异常 .各个磁异常的强度和中心位置随时间变化 ,变化趋势各不相同 .与根据IGRF模型计算的 2 0世纪的磁异常变化比较 ,除非洲负磁异常外 ,两种模型得出的其它磁异常在同一时段内的变化趋势基本一致 .

2000年中国地磁场及其长期变化冠谐分析

根据 1998～ 2 0 0 0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IGRF2 0 0 0 ,计算2 0 0 0年中国地磁场冠谐模型 (截断阶数为 8) ,以及 2 0 0 0～ 2 0 0 5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 ,10 4°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 :10 4.4nT(X分量 ) ,10 3.3nT(Y分量 ) ,12 3.9nT(Z分量 ) .依据地磁场及其长期变化的冠谐模型 ,分别绘制2 0 0 0年中国地磁图 (F ,X ,Y ,Z)和异常磁场图 (ΔF ,ΔX ,ΔY ,ΔZ) ,以及 2 0 0 0～ 2 0 0 5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 .

国际参考地磁场模型中高阶球谐项对地磁场长期变化的影响

在国际参考地磁场 (IGRF)模型中 ,高阶球谐系数比低阶系数小得多 ,所以高阶项对主磁场的贡献常被忽略不计 .但是 ,高阶项对主磁场的长期变化却有重大影响 .本文根据第八代IGRF模型 ,分析了IGRF 194 5 ～195 5中高阶球谐系数的异常特征对长期变化的影响 ,然后用修正IGRF模型估计并改正了这些影响 .IGRF高阶项随深度增加而迅速增大 ,所以高阶系数的误差对深部磁场位形和磁场能量的计算有不可忽视的影响 ,对核幔界面流动状态的推断和地核半径的地磁估计有更为重大的影响 .

第11代国际地磁参考场

2009年12月,国际地磁学与高空物理学协会(IAGA)发布了第11代国际地磁参考场(IGRF-11)。第11代IGRF包括1900.0—2010.0年代(间隔为5年)共23个地磁模型与2010.0—2015.0年代地磁长期变化的预测模型,其中1900.0—1995.0年代模型的阶次为N=M=10,相应球谐系数的精度为1 nT;2000.0—2010.0年代模型的阶次为N=M=13,其球谐系数的精度为0.1 nT;而2010.0—2015.0年代地磁长期变化预测模型的阶次为N=M=8,其球谐系数的精度为0.1 nT。本文概述了第11代国际地磁参考场及其2010.0年代地磁模型与2010.0—2015.0年代地磁长期变化的预测模型。

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．

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（IGRF）．利用IGRF1995计算并绘制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．

1900—2000年亚洲地磁场长期变化

根据第七代国际地磁参考场（ＩＲＦ）．计算亚洲地区（１０Ｎ—７０Ｎ，４０Ｅ－－１６０Ｅ）各个地磁要素１９００－－２０００年期间（时间间隔为５年）１网格值；绘制相应年代地磁北向分量（Ｘ）、东向分量（Ｙ）和垂直分量（Ｚ）的长期变化分布图；分析地滋长期变化的时空变化特征．

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.

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１９７０一１９７９年Ｄ、Ｈ、Ｚ的实测年均值，逐年计算、绘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。

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。

百余年来地球磁场的长期变化

利用第11代国际地磁参考场模型(IGRF11),计算了自1900年以来地球磁矩、磁矩变化率、地磁北极位置、偏心磁偶极子的位置和地球外部空间的地磁能量等地磁场长期变化特征量,得出了一些重要结论,对加深地磁场长期变化的认识具有理论意义。

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.

1900～2000年地磁场及长期变化的空间功率谱分析

根据第 8代国际地磁参考场模型 ,计算并分析了 190 0～ 2 0 0 0年地球主磁场及长期变化的空间功率谱 ,并将长期变化谱分解为稳定和漂移谱、漂移谱又分解为经向漂移和纬向漂移谱分别进行分析 .结果表明190 0～ 2 0 0 0年主磁场的空间功率谱得出的等效磁源深度随时间变化 ,非偶极子场的等效磁源深度位于核幔边界附近 ,用n =1,2两阶谐波的拟合直线得到的等效磁源位于地球内核边缘 ,而且 190 0年以来离地心向外增大 .长期变化中 ,经度方向的漂移谱起主要作用 ,漂移谱有 30a的周期规律 ,而稳定谱存在 6 0a的周期变化特征 .