中国大陆地区地磁长期变化及其特征

1.前言地球基本磁场随时、空有一个周期性的、长期缓慢的变化。一般认为,这种变化来源于地核内部或核幔边界,因此,利用地磁场的这种长期变化的规律,可以研究地球内部物质的     

1690年以来全球非偶极子磁场的变化特征

根据J Bloxham和A Jackson地磁场模型，计算和分析了1690-1990年期间非偶极子磁异常的变化特片。结构表明，1690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1830年以后出现的北太平洋负磁异常、1850年以后出现的东南太平洋负磁异常和1690-1900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20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。     

北京地磁台地磁场长期变化的初步研究

根据北京地磁台1987~2012年已正式出版的《地磁观测报告》资料,对北京地磁台地磁场的长期变化进行初步分析研究。系统地总结了北京地磁台地磁场长期变化的基本规律,这对进一步认识了解北京地磁台地磁场各要素的变化规律与特征,以及应用北京地磁台的资料有一定的意义。     

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．     

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2000年代中国参考地磁场长期变化模型CGRF-SV2000.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12.2 nT/a、8.2 nT/a、43.8 nT/a、11.8 nT/a、0.96(′)/a、2.99(′)/a、22.4 nT/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.     

中国及邻近地区地磁长期变化分析

利用2010.0—2016.0年中国国际地磁交换台站和中国邻近地区共14个地磁台站的X,Y,Z分量观测数据,结合世界资料中心发布的静扰日数据,计算了台站十日静日午夜均值,并进行三次多项式拟合,得到X,Y,Z分量的长期变化和年变率。同时,利用CHAOS-6和IGRF-12模型计算了2010.0—2016.0年F分量的长期变化,分别得到了CHAOS-6及IGRF-12模型计算值与台站观测值的差值。结果表明:同一地区的台站X,Y,Z分量变化趋势基本一致;Z分量的平均年变率与X,Y分量相比偏大;CHAOS-6和IGRF-12模型描述的F分量的长期变化与台站观测值之间的差值的绝对值分别为4.8～253.7 nT和0.9～420.0 nT。产生上述误差的原因主要是CHAOS-6和IGRF-12模型是描述全球地磁场的模型,而地磁场及其长期变化具有显著的区域特征和局部特征。     

华北地区地磁场长期变化的地区差异

本文根据文献[1]给出的泰勒二次多项式曲面拟合方法,利用1980—1987年23个地磁台地磁总场F和Z分量实测资料,从年变率地区性差异方面进行了分析,从另一个侧面描述了地磁场长期变化的时空特征,达到了拟合与预测的目的。同时克服了文献[1]中外空干扰对年变率产生的系统拟合偏差的影响。此资料便于用差值法进行长期变改正,具有实用价值。     

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.     

华南地区地磁场长期变化特征

使用华南地区5个国家基准地磁台2008—2018年地磁观测数据,通过对磁偏角D、磁倾角I、总强度F、北向分量X、东向分量Y、水平分量H、垂直分量Z月均值及年变率的分析,研究该区地磁场长期变化特征。结果表明,华南地区5个地磁台近10年来七要素月均值及年变率均呈缓慢变化趋势,且变化量相当,反映了该区域地磁场长期变化的特征。     

河北省近年内地磁场变化规律的初步分析

利用河北省境内的9个地磁台自1986—2007年的地磁绝对观测资料,对该地区地磁场的变化特征进行了总结分析。进一步认识河北省地磁场变化规律及其特征,为地震预报提供有实用价值的数据很有意义。     

河北省地磁场变化规律研究

利用河北省地磁台1986～2005年的地磁观测资料,对该地区地磁场长期变化规律进行总结分析.这进一步认识了河北省地磁场变化规律及其特征,为地震预报提供有实用价值的第一手资料十分有意义.     

新疆地磁场变化特征的初步研究

根据新疆两个地磁台1985～2007年的地磁观测资料,对该地区地磁场的长期变,短期变活动规律进行了总结分析。这对进一步认识新疆地磁场各要素的变化规律及特征,对了解新疆地区地磁场各分量的变化规律和特征有一定的意义。     

1690～2000年地磁场能量的三维分布及其长期变化

利用Bloxham & Jackson 地磁场模型和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、东向和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,地表和地核以外地磁场总能量及其北向和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;偶极子和非偶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.     

Variations in the geomagnetic dipole moment during the Holocene and the past 50 kyr

All absolute paleointensity data published in peer-reviewed journals were recently compiled in the GEOMAGIA50 database. Based on the information in GEOMAGIA50, we reconstruct variations in the geomagnetic dipole moment over the past 50  kyr, with a focus on the Holocene period. A running-window approach is used to determine the axial dipole moment that provides the optimal least-squares fit to the paleointensity data, whereas associated error estimates are constrained using a bootstrap procedure. We subsequently compare the reconstruction from this study with previous reconstructions of the geomagnetic dipole moment, including those based on cosmogenic radionuclides (¹⁰Be and ¹⁴C). This comparison generally lends support to the axial dipole moments obtained in this study. Our reconstruction shows that the evolution of the dipole moment was highly dynamic, and the recently observed rates of change (5% per century) do not appear unique. We observe no apparent link between the occurrence of archeomagnetic jerks and changes in the geomagnetic dipole moment, suggesting that archeomagnetic jerks most likely represent drastic changes in the orientation of the geomagnetic dipole axis or periods characterized by large secular variation of the non-dipole field. This study also shows that the Holocene geomagnetic dipole moment was high compared to that of the preceding  40  kyr, and that  4 · 10²²  Am² appears to represent a critical threshold below which geomagnetic excursions and reversals occur.     

二十世纪的地球偶极子磁场

1900~2000年的IGRF(国际地磁参考场)资料使研究20世纪中地磁场的变化规律成为可能,在20世纪中,即使从19世纪起,地球偶极子磁场发生了较大的变化,偶极矩一直保持衰减的势头,地心轴的所有3个分量都是减小的.地磁南极的位置变化在1930年左右发生大的转折,1960年起向西和向南快速移动,偶极子轴在纬度方面变化只有1°左右,经度变化在3°左右,离磁极倒转的条件差得远.     

地磁场长期变化和日长十年尺度变化的周期特征

根据历史地磁场模型GUFM1、第10代国际参考地磁场（IGRF10）模型和日长资料,采用小波变换方法,分析了地磁场磁矩、能量、西向漂移等参数的长期变化和日长十年尺度变化的周期分量及其时变特征.结果表明,1800～2005年期间,偶极子磁场长期变化有82年和48年准周期分量,它们与日长变化的周期没有直接关系.非偶极子磁场参数的长期变化与日长变化有66年和32年准周期分量,66年准周期比32年准周期强.在66年准周期分量,西向漂移比日长变化超前8.8年,非偶极子磁场能量比日长变化滞后15.6年.日长十年尺度波动和地磁场长期变化的起源不存在因果关系.     

地磁场长期变化特征及机理分析

将地磁场的总变化分为三部分：偶极场自身变化,非偶极场自身变化及非偶极场磁斑区通过对核幔边界（CMB）层环形电流的调制来影响偶极场的变化. 本文利用国际地磁参考场模型IGRF）1900～2000计算分析了地球不同深度地磁场分布及长期变化特征,且讨论了变化的可能机制. 可以推论,地磁场西漂和倒转不仅是非偶极场引起,同时与偶极场有密切关系.     

1950—1985年中国地磁长期变化的模型和分析

对1950年以来中国及其邻近地区的地磁观测台和复测点地磁三分量数据进行了系统地分析,求得这期间每5年的共7组地磁长期变化的模型（SV模型）.利用这些SV模型将需要的地磁观测值归算到所需的年代,很好地建立了1950—1985年中国地区的主磁场模型.文中还表示了中国地区1950年以来地磁各分量地磁长期变化的时空变化趋势.这些SV模型系数和国际参考地磁场系数计算的SV值与相应观测的SV值比较,由中国SV模型系数得到的均方值比国际参考场的小.