用虚地磁极(VGP)方法对地磁场随时间变化的研究

首次引用古地磁学中虚地磁极（ＶＧＰ）的计算方法来研究现代地磁场的变化规律。通过对中国地区６个台站资料的分析以及对全球３９个台站资料的分析结果可以得出结论：利用地磁场角度分量来研究长期变化是可行的；ＶＧＰ的漂移情况正好表明非偶极子磁场的存在与随时间的变化；ＶＧＰ漂移方向的全球分布与地磁长期变化场的有关分量等值图之间的一致性较好。

地球非偶极磁场对虚地磁极计算的影响

古地磁学使用的虚地磁极（VGP）是在地心偶极磁场假设下计算的，由于地球非偶极磁场的存在，VGP一般不同于真地磁极（RGP）.为了定量检验非偶极磁场对VGP的影响，本文利用国际参考地磁场模型IGRF 1900-2000，在全球5°×5°的“虚拟测点”网格上计算了VGP和RGP的位置，并求出两种磁极的经纬度偏差和二者的角距离.结果表明，南极地区VGP与RGP的角距离最大，可达26°，南大西洋和欧亚大陆北部最大达到24°和18°，其余地区一般小于15°.VGP对RGP的偏差与地磁场分布有关：在非偶极磁场较弱的地区（如太平洋半球），纬度偏差一般不大（≤10°），但是在主要地磁异常区（如南大西洋和南极地区），VGP对RGP的纬度偏差可达25°.VGP对RGP的经度偏差要比纬度偏差大得多，例如在欧亚大陆北部地区，经度偏差分布在-180°到180°的大范围内.

地磁场长期变化速率的30年周期

地球主磁场B和它的长期变化^·B都起源于地球外核的磁流体发电机过程，但是，它们的空间结构和时间演化特征却有很大差异．本文采用全球平均的“无符号年变率”^-·X、^-·Y、^-·Z、^-·H和^-·F来表征长期变化场虫的总体强度，利用第9代国际参考地磁场模型IGRF-9，研究^·B场的变化特征．结果表明，在1900～2000年的100年当中，^·B场经历了3幕变化，最大年变率分别发生在1910～1920、1940-1950、1970-1980年，显示出清晰的30年周期变化，而且，每一周期的上升段比其下降段短得多．研究结果还表明，非偶极场对^·B的贡献约为偶极场的2倍，因此，决定唐场周期特征的主要因素是非偶极场（特别是四极子场），而不是偶极子场．这一特点与主磁场^·B中偶极场占绝对优势的特点完全不同．

1690-2000年地磁场能量的三维分布及其长期变化

利用Bloxham＆Jackson地磁场模型扣国际参考地磁场模型（IGRF），研究了1690～2000年地磁总能量及其北向、东向扣垂直向分量的能量以及非偶极子磁场的能量在地球内部的分布及长期变化．结果表明，地表扣地核以外地磁场总能量及其北向扣垂直向的能量是持续衰减的，垂直向的磁场能量占总能量的64％以上，对总能量的贡献起主要作用；东向分量的能量随时间的变化以增加为主．地磁场的能量变化率存在56年的周期，主要是由偶极子磁场产生的．地表以外的非偶极子磁能从减小到增大转折出现在1770年，比地核以外滞后40年．地球内部磁能随时间的变化显示，偶极子磁能逐渐减小，非偶极子磁能增加，越靠近核幔边界增加越快；偶极子扣非儡极子磁能的变化量相等的分界面在距地心3780km处．从核幔边界到地表，磁能变化的衰减非偶极子比偶极子快，表明偶极子磁场比非偶极子磁场有更深的场源．

1600—2000年地球主磁场的全球变化

根据汤普森 (Thompson)地磁场模型和第 8代IGRF模型 ,计算了 16 0 0— 2 0 0 0年期间的偶极子磁场、非偶极子磁场、西向漂移和地磁功率谱等反映主磁场变化的主要参数 ,分析了各个参数的长期变化特征。主要结果是 :4 0 0年来地磁场的偶极子磁矩持续减小 ,180 0年以来磁心的位置快速离开地心向太平洋方向移动了 2 91km ;西向漂移有大约 30年左右的周期 ;非偶极子磁场异常中 ,南大西洋正磁异常、非洲负磁异常和大洋洲负磁异常是 16 0 0年以来一直存在的 3个大型磁异常 ,东亚正磁异常和北美正磁异常是 170 0年后逐渐形成的 。

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.

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 .

非偶极子磁场西向漂移的频散特征

根据第8代国际参考地磁场的资料,本文采用Briggs方法对1900～2000年期间m=1～10次谐波的磁位的全球平均西向漂移速度进行了计算和分析,得出了与Hide的理论预测完全不同的频散特征,即地磁场西向漂移呈现出负频散特征.本文还就Briggs方法得到的结果与采用Malin纬度剖面法的结果进行了比较和讨论,结果表明,正是由于非偶极子磁场的某些谐波分量及其漂移速度的全球分布存在着纬度依赖性,导致了两种方法计算出的个别谐波的漂移速度存在着较大的差异.

偏心偶极子漂移速率的计算与分析

本文根据国际地磁参考场模型ＤＧＲＦ１９４５－１９８５、ＩＧＲＦ１９９０和ＳＶ１９９０－１９９５。计算近期偏心偶极位置和漂移速度。并对西向漂移速度进行了分析。结果表明，１９７０年以前，漂移速度是连续下降，到１９７０最低值，以后，又呈上升趋势。这一现象与地磁长期变化加速度的突然变化即＂Ｊｅｒｋ＂有很好的相关性。

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，东亚地磁非偶极场的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。

地磁场的起源与倒转新发现

人们很早就发现和利用了地磁场,并对地磁场的起源提出了多种假说,但无一能够解答所有问题,于是爱因斯坦曾把地磁场的起源列为物理学的五大难题之一。近来作者重新分析了地球的形成与演进过程及其内部结构与外部环境,找到了地磁场的成因:地球两极的涡旋结构可产生螺旋电流,从而在两极分别形成一系列方向相同的偶极磁场,叠加上各地云层大气电路形成的局部非偶极磁场,便产生了当今的地磁场。当地球进入大冰期时,蒸发和漂移到极地的云气很少,极地涡旋结构很薄弱,形成的偶极磁场弱于局部非偶极磁场,便发生地磁倒转。这一新理论也可以揭示一般星球磁场的形成原因与倒转规律。

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。

1600年以来地磁场主要参数的变化特征

使用第 7代国际地磁参考场 (IGRF)模型和历史资料的高斯系数 ,用统一的方法计算了 16 0 0年以来地球磁矩、地磁北极位置和偏心磁偶极子的位置参数和 190 0～ 2 0 0 0年的地磁西向漂移 ,分析了各参数的长期变化特征 .结果表明 ,16 0 0年以来地球磁矩一直在减小 ,偏心偶极子位置自 185 0年以来一直离地心向外增大 .西向漂移主要由低阶球谐项产生 .偏心偶极子位置的经向西移与西漂分量 λ12

1980-2010地磁场的变化

利用第11代IGRF模型,研究了1980-2010年期间的地球主磁场的变化特性,其中包括偶极子磁场、非偶极子磁场、西向漂移和非偶极磁场强度.结果显示1980-2010年30年期间,非偶极子磁场异常中,南大西洋正磁异常、非洲负磁异常、大洋洲负磁异常、北美正磁异常区域西漂现象任然存在,而东亚正磁异常区域具有一定的东向漂移趋势.异常区除了存在西漂之外,其强度也在不断变化的,2010年南大西洋正磁异常Z分量大小相比1900年增加了41.2%,1980年以来以73.8 nT/yr的速度增长,相比上个世纪速度在增加.非洲负磁异常增加了59.4%,1980年以来以48.0 nT/yr的速度增长.这个增长速度低于上个世纪平均增长速度(64.9 nT/yr).东亚正磁异常增加了21.6%,近三十年以11.67 nT/yr的速度增加.大洋洲负磁异常110年增加了58%,并且现在还以41.3 nT/yr的速度增长.而北美正磁异常减少了40.7%,并且有减弱的越来越快的趋势,110年来平均减小的速度为30.2 nT/yr,而近三十年以49.46 nT/yr的速度减弱.

基于10ka尺度的区域非偶极子磁场变化的研究

我们利用千年时间尺度的全球地磁模式CLAS10K.1b和CALS3K.4计算和分析了公元前10000年(10000 BC)至公元1900年(1900AD)中国大陆非偶极子(ND)磁场的时空变化,还考察了ND场和ND场Z分量的功率谱.以地磁ND场垂直分量Z为例,结果显示10000 BC—1900 AD期间,ND场有三个主要的变化期.10000 BC—2500 BC期间,正值区几乎占据了整个大陆;在2500 BC—1500 AD期间,正值区域变成负值区域.1500 AD—1900 AD,负向区域变为正值区域.东亚地区ND场的磁异常最早出现在1682 AD,其极值强度在研究期间总共增加了18128.73 nT,自1682年以来,极值位置一直向东南移动.ND场Z分量的平均年变率也可分为3个阶段,随时间共增加了56.45 nT/a.球谐阶数截断至N=3时东亚ND场磁异常区已基本形成,N>5时磁异常极值位置基本固定在44°N和103°E,强度随阶数增加而不断增强.功率谱表明,ND场的功率变化主要受Z分量功率的影响.