基于CHAMP卫星与三维Taylor多项式模型的区域地磁建模研究

利用CHAMP卫星矢量和标量地磁测量数据,通过三维Taylor多项式模型建立了2010.0年中国及邻近地区在300km高度附近的X、Y、Z和F分量的三维磁场模型.为了比较验证所建模型,分析了其与Taylor多项式模型(二维模型)不同截断阶数所对应的均方偏差(RMSE)、残差及分布等.结果表明,三维模型每一阶的RMSE和残差绝对值的平均值均要比二维模型的小约45%.由于采用了系数完全展开的建模方式,三维模型的系数数量约为二维模型的2倍,三维模型较低的截断阶数可以反映更多的地磁信息.本研究中的5阶三维Taylor模型基本可达到8阶Taylor模型的精度.两种模型绘制的地磁场及残差分布有较好的一致性.     

一种改善区域地磁场模型边界效应的方法

针对目前建立区域地磁场模型截断阶数受限,地磁图精度偏低等缺陷,研究了运用Taylor多项式拟合法建立区域地磁场模型所存在的边界效应问题.从理论上深入分析了产生边界效应误差的根源,提出了采用边界插值约束的Taylor多项式拟合法,在改善区域地磁模型边界效应的同时,提高了模型拟合的截断阶数,进而绘制出较高精度的区域地磁场图,同时对该技术和现有补充国际地磁参考场值方法进行了比较分析,最后进行了仿真试验.试验证明,该技术具有优于补充国际地磁参考值的方法,能克服现有区域地磁场模型的边界效应问题,提高了区域地磁场模型的拟合精度.     

东亚地磁场模型的计算与分析

根据中国、前苏联和蒙古等地区的地磁复测点和地磁台站资料,使用泰勒多项式方法和冠谐分析方法,计算东亚地磁场(X,Y,Z)的泰勒多项式模型和冠谐模型,以及东亚剩余磁场(ΔX,ΔY,ΔZ)的冠谐模型和泰勒多项式模型,并绘制了相应的理论地磁图. 泰勒多项式模型的展开原点位于45°N和100°E,截断阶数为7.地磁场泰勒多项式模型的均方偏差为:X分量是133.0nT,Y分量是107.4nT,Z分量是14.0nT. 球冠极点位于45°N和100°E,球冠半角为42°,冠谐模型的截断阶数为10. 剩余磁场冠谐模型的均方偏差分别为131.2nT(ΔX),112.6nT(ΔY)和13.7nT(ΔZ). 对比分析了上述两种模型. 提出了确定区域模型截断阶数的判据.     

地磁场多项式模型的分析与讨论

根据1970年中国地磁测量和中国地磁场泰勒多项式模型,计算和分析了地磁场模型的截断阶数、边界效应以及与测点数目的关系.给出了确定地磁场模型截断阶数的两条判据,指出了减少模型场边界效应的途径,提出了中国地磁复测点网规模和复测周期的初步建议.     

基于Taylor和Legendre多项式模型的截断阶数和边界效应研究（英文）

当利用Taylor多项式和Legender多项式建立区域地磁场模型时,会碰到两个问题:截断阶数的选取与边界效应的控制.现以常用的Taylor多项式模型和Legendre多项式模型为例,结合中国地区1970.0和2000.0年的地磁场实测数据,提出一种可解决以上两种问题的应用方案.为了进行综合比较和研究,还采用了最新的全球模型——IGRF11和CM4.结果显示通过计算两种模型的均方根偏差(RMSE)和AIC(AIC信息标准)值,并与IGRF11及CM4的均方偏差相比较,可以初步确定截断阶数的选取范围,比较各阶截断阶数的AIC值,可进一步获取合适的截断阶数.通过首次提出的"异常区域添加法"和"均匀添加法"逐步增加境外补充点,结果显示当不断增加补充点后,境外的磁异常的分布大为改善,并与IGRF11的分布高度一致.随着补充点的增加,极值点强度逐渐减弱并趋于稳定."均匀添加法"可更好地控制中国地区的地磁场边界效应.提出了一种可通过两个个步骤以确定最适截断阶数的方法,还提出了两个标准从而可初步确定补充点的数量,从而能够较好地控制边界效应.对于两种模型所反映的一些境外磁异常,可通过实地测量或是在磁异常周围增加测点而验证.     

2003年中国及邻区地磁场模型的计算与分析

根据2003年中国地区的135个测点和35个台站的地磁数据, 建立了2003年中国及邻区地磁场泰勒多项式模型和球冠谐模型. 在模型计算过程中, 细致地分析了模型的截断阶数和边界约束对模型计算的影响. 结果表明, 所使用的地磁观测资料是准确可靠的， 模型截断阶数的选取是合理的. 本文所建立的中国区域地磁场球冠谐模型与泰勒多项式模型具有良好的一致性.      

2000年中国地磁场及其长期变化冠谐分析

根据1998～2000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IGRF2000，计算2000年中国地磁场冠谐模型(截断 阶数为8)，以及2000～2005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，104°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：104.4 nT(X分量)，103.3 nT(Y分量)，123.9 nT(Z分量). 依据地磁场及其长期变化的冠谐模型，分别绘制2000年中国地磁图(F，X，Y，Z)和异常磁场图(ΔF，ΔX，ΔY，ΔZ)，以及2000～2005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.     

基于CHAMP卫星与地面矢量数据联合建立中国地磁模型

首先对地面台站以及CHAMP卫星的矢量磁测数据进行预处理,结合12个子午工程台站最新的磁测数据,并利用第十二代国际地磁参考场模型(IGRF12)对不同数据归算至统一时间点,再结合第四代地磁场综合模型(CM4)计算并移除主磁场、磁层磁场、电离层磁场、感应磁场及较为微弱的环形场,最后通过球冠谐(SCH)模型联合建立了中国地区岩石圈磁场(地磁要素X、Y、Z和总强度F)的球冠谐模型(SCH2000),结合IGRF12得到了中国地磁模型(CGRF2000).建模同时考虑了测点数据海拔高度的影响,并讨论了截断阶数的选取以及边界效应的控制问题.通过比较均方偏差(RMS),认为8阶SCH2000模型可较好地反映中国地区岩石圈磁场,其分布与SCH1936、CM4以及Taylor多项式模型具有一定的相似性.从位置和强度来看,SCH2000模型所反映的岩石圈磁场更为准确,而与CM4存在一定差异,除了测点不同,截断阶数也是原因之一.通过验证,SCH2000模型各要素随高度的变化与CM4模型较为一致,所建立的CGRF2000与IGRF12模型的分布也较为相似.     

用于区域地磁场模型计算的 三维Taylor多项式方法

地磁场具有复杂的时空分布特点.地磁场模型是研究地磁场空间分布与时间变化规律的主要手段,包括全球和局部地区两类模型.局部模型精度满足了反映小尺度磁异常的需要.Taylor多项式模型是用于区域地磁场模型计算的常用方法,但至目前为止所用的都是二维Taylor多项式方法.本文提出了既能表示出地磁场在地球表面的分布,又能表示出地...     

区域和全球地磁场模型

本文叙述了计算区域地磁场模型的各种数学方法，给出了选择计算区域模型数学方法的判据，讨论了改善区域地磁场模型边界效应的方法，研究了确定区域地磁场模型截断阶数的判据，另外，简单介绍了第六代国际地磁参考场，１９９０年世界地磁图，国际地磁参考场的精度和使用。     

地磁场三维曲面Spline模型

利用149个地面实测数据以及12个子午工程测点数据,50个CHAMP卫星高度实测数据,并结合高空180 km处的50个IGRF12数据点,基于这三个高度的数据首次建立了中国地区地磁场三维曲面Spline（3D Spline）模型.在境外添加了39个测点以控制边界效应.通过CM4模型将所有测点的场源进行分离,统一通过主磁场值建模分析.通过将模拟结果与实测值、曲面Spline（2D Spline）以及Taylor（2D Taylor）、三维Taylor（3D Taylor）模型及IGRF12模型相比较,结果显示3D Spline模型的空间分布与其他模型整体趋势一致,但更为曲折,随着高度上升,3D Spline模型的要素Y的强度逐渐减弱.通过比较3D Spline、2D和3D Taylor模型对于不同高度6个缺测点的模拟值,残差和均方根偏差（RMSE）,3D Spline模型的模拟效果最好,要素Y、Z和总强度F的RMSE值要比其他模型低50%以上.3D Spline模型在不同高度处的模拟效果主要取决于该高度附近的实测值数量和精度.     

Computation and analysis of the geomagnetic field model in China and its adjacent area for 2003

Based on the geomagnetic data at 135 stations and 35 observatories in China in 2003, the Taylor polynomial model and the spherical cap harmonic model in China and its adjacent area for 2003 were established. In the model calculation, the truncation order of the model and the influences of the boundary restriction on the model calculation were carefully analyzed. The results show that the geomagnetic data used are precise and reliable, and the selection of the truncation order is reasonable. The Taylor polynomial model and the spherical cap harmonic model in China and its adjacent area established in this paper are consistent very well.     

利用GPS数据与Klobuchar模型估计地磁北极

基于地磁坐标和地理位置的关系,利用Newton迭代法推导了地磁北极的计算公式;根据Klobuchar模型中电离层电子含量与地磁位置的关系,给出地磁位置的表达式;进而建立了GPS观测量估计地磁北极的模型.理论分析和数据验证了方法的可行性,得出1)Klobuchar模型属于全球性的电离层估计模型,对于区域性电离层信息描述的不十分准确,建立区域化Klobuchar模型将更有利于地磁北极的估计;2)利用泰勒公式将Klobuchar模型线性化的过程中,公式仅取其一阶项,将会影响模型的精度,有待于提高模型的展开阶数;3)实际中地磁北极的估计结果受初始值得约束;4)不同计算方法和模型对结果的可靠性有所影响,试图选择其它估计过程和方法,提高估计的可靠性.     

地磁场长期变化球谐模型SVSHM 1960-1965

本文利用1960.0-1965.0全球157个地磁台站的X、Y、Z三分量年均值资料,进行了地磁场长期变化的球谐分析。我们采用5种加权方案（从主要考虑法矩阵条件数的方案S过渡到仅考虑资料误差的方案D）,并选择5种截断水平（球谐函数的截取级次从n=4到n=8）,共作了25次分析,从获得的法矩阵条件数和拟合残差两者的分析中发现,对这一组资料球谐级数的截取级次取为n=6,而加权方案采用S^3/4 D^1/4可能是最有效的,其结果即为地磁场长期变化球谐模型SVSHM 1960-1965。