| 词条 | 地磁场长期变化 |
| 释义 | § 地磁场长期变化 地磁场长期变化（secular variation of geomagnetic field）是指地磁场各种要素年均值的逐年变化。许多地磁台上各地磁要素的年均值均有缓慢而明显的逐年变化。这些要素不仅数值有变化，而且方向也有变化。这种情况反映出地磁场的长期变化不是个别台站的现象，而是全球性的。它既包含了偶极磁场的变化，也包含了非偶极磁场的变化，其起源主要在地球内部。其中非偶极磁场的变化是长期变化的主要部分。 § 正文 地磁场长期变化：地球基本磁场在长时期内所发生的缓慢变化。 现象 地磁场具有长期变化,是英国吉利布兰(Gel-librand)于1634年从英国伦敦的磁偏角变化中发现并首先提出的，后来世界许多地方也先后发现了地磁场的长期变化。地磁场长期变化是一种全球性的现象。从中国佘山地磁台各个地磁要素的年均值、极大值和极小值之间相隔的时间(图1) 图1 可以看出,地磁场强度的长期变化约具有60年左右的周期。图2 从英国伦敦地磁场方向的长期变化(图2)中可以看出,地磁场方向的长期变化约具有500～600年左右的周期。一般在较短时期(十几年或几十年)内，各个地磁要素的长期变化常表现为单向的递增或递减。利用长期的地磁资料进行频谱分析，以及考古地磁学(见古地磁学)的研究，表明地磁场的长期变化可能具有 22年、50～70年、120年、180年、500～600年、1000年和 7000～8000年等周期。 全球性分布 绘制各地磁要素的世界等变线图，是表示各地磁要素长期变化全球性分布的常用方法。等变线就是画在地图上的某年世界各地某个地磁要素年变率相等的等值线。某地某个地磁要素的年变率就是这个地磁要素年平均值的逐年变化，其单位分别为纳特／年和〔角〕分／年。在地磁台上，利用相邻两年的年均值之差可求出这两年内的年变率，或者利用某两年的年均值之差除以两者相隔的年数，可以求出这几年的平均年变率。全球地磁台站的数目是有限的，不能直接用观测数据来表示全球地磁场长期变化的区域性分布特征，因此，通常在地面上建立许多地磁测点，一般每隔 5年左右在这些测点上重复进行一次地磁测量。在这些地磁测点上，利用相隔几年某两个日期的地磁观测值之差，除以由相隔的天数所换算的年数，也可以求出相应的平均年变率。把某年各个地磁台站和各个地磁测点的某个地磁要素的平均年变率标注在地图上,并且画出一系列的等值线,这种年变率等值线图就称为某年世界某地的地磁要素等变线图或长期变化图。世界地磁场等变线图一般每隔 5年绘制一次。第一张即1942.5(即1942年7月1日零点起算)年世界地磁场等变线图是维斯廷(E.H. Vestine)于1947年绘制的。 等变线图 世界地磁场等变线图可把一个时期的地磁场长期变化的全球性分布特征清楚地显示出来（图3）。1975.0年世界地磁场垂直强度等变线图 等变线图的一个显著特点是等变线围绕着几个中心分布，地面被划分为几个区域，其长期变化值有的为正，有的为负。这些中心称为地磁场长期变化中心或焦点。各个地磁要素的等变线图是不同的，不过彼此之间具有一定的关系。不同年代的各地磁要素的等变线图均会发生一些变化，不仅等变线的形状、各个地点(包括长期变化中心)的年变率都发生变化，而且长期变化中心的数目和位置也发生一些变化。其中最引人注目的一个特点是，某些长期变化中心的位置在一定时期之后或多或少地向西移动。这种现象称为地磁场长期变化的西向漂移。不同年代、不同地磁要素的各个长期变化中心的西向漂移速度均不相同。平均起来,地磁场长期变化的西向漂移速度约为每年0.3°。 基本特征 根据地磁场高斯理论，可以利用高斯系数把地磁场分解为偶极子磁场和非偶极子磁场两个部分。由于地磁场存在着长期变化，不同年代的高斯系数具有不同的数值。因此，利用不同年代的高斯系数可以研究偶极子磁场和非偶极子磁场的长期变化。研究结果表明，对于近代地磁场，偶极子磁场的长期变化主要表现为偶极子的磁矩约以每年减小0.05％的速率衰减（图4），地偶磁极矩的变化 偶极子的磁极位置每年约以0.05°的速度沿纬度圈向西移动；非偶极子磁场的长期变化主要表现为每年约以0.2°的速度沿纬度圈向西漂移,同时每年约以10纳特量级的速率增强或减弱。因此，偶极子磁矩的衰减和非偶极子磁场的西向漂移成为近代地磁场长期变化的两个基本特征。 偶极子磁矩的衰减 表1 表1中为不同作者求出的近百余年来不同年代的偶极子磁场的高斯系数 g嬼、g姌和h姌，以及由此求出的偶极子磁矩M 和地磁北极的地理位置θ、λ。其中θ是余纬度，也称极角;λ是经度,也称方位角。从表中可以看出，近百年来偶极子磁矩是逐渐衰减的。这种衰减是直线性的，衰减速率约为每年减少0.05％。按此速率衰减下去，2000年以后地球磁矩将变为零。但是，考古地磁学的研究表明，地球磁矩可能具有周期性变化，不可能永远单调地衰减下去。过去4000年期间地球磁矩的变化显示出周期性（图5），2000年前地球磁矩是逐渐增加的。地球磁矩在过去4000年期间的变化 从表中还可以看出，近百年来偶极子的极角基本保持不变，而偶极子的方位角λ却逐渐向西移动，西移速度约为每年0.05°。不过，关于偶极子方位角是否确有西移的问题，目前尚有争议。 非偶极子磁场的西向漂移 1693年，英国天文学家哈雷(E.Halley)首先发现地磁场的分布图像缓慢地向西移动。20世纪，尤其是50年代以来，对地磁场西向漂移进行系统研究的结果表明，西向漂移主要是非偶极子磁场的特征，并且非偶极子磁场的西向漂移是相当复杂的地磁现象。首先，各个地区的非偶极子磁场的西向漂移速度不一，有的漂移较快，有的漂移较慢，有的甚至不漂移。例如非洲磁导常漂移最快，而北美洲磁异常基本不漂移。其次，不同年代非偶极子磁场的西向漂移速度也不一致。西向漂移速度约为每年0.2°,只是一种平均结果。为了解释西向漂移速度的分散性，日本行武毅等人把非偶极子磁场分为两类：一类称为漂移磁场，磁场强度不变，而具有稳定的西向漂移；另一类称为停滞磁场，磁场强度和位置都是稳定的。由于这两类磁场叠加的结果，才把某些地区的西向漂移的规律性掩盖了。关于非偶极子磁场的西向漂移问题目前也有争议，有些人对其真实性表示怀疑，原因不仅在于西向漂移速度的分散性，而且在于某些地区出现相反的东向漂移。 当前结论 目前认为，非偶极子磁场的场源是由地球的液态外核边界的湍流所产生的自激发电机效应，而液态外核又因其内部的对流使其产生差速转动，结果导致外核的角速度比地幔的角速度低，因此，非偶极子磁场的场源相对于地幔必然向西移动，这就是非偶极子磁场产生西向漂移的原因（见地磁场起源）。[1] § 配图 § 相关连接 地磁场变化吗,它变化会有什么影响 地球的磁场在不断发生变化，其变化方式也在发生变化。不同地方的磁场方向和强度均以不同的方式发生变化。很难说清楚地球的磁场作为一个整体是如何变化的。 由于地球磁场的复杂性，要预计它在遥远的将来会是什么样子是不可能的。地球物理学家们利用分布在世界许多地方的磁场观测点收集的数据，通过数学模型分析出磁场将如何变化。但是这些模型必须根据各个观测点收集的新数据随时加以修改。尽管地质史上曾经多次发生过磁逆转，上一次磁逆转大约发生在70万年以前，但是要预测何时将发生下一次磁逆转是不可能的。在过去的两亿年中，大约每隔50万年发生一次磁逆转，但是每次的方式都不同。一个世纪以来，地球上多数地区的磁力普遍减弱了10％左右。谁也无法肯定这种减弱属于一种波动或是最终将导致磁逆转。以往发生的每次磁逆转持续的时间大约为1万年。在每次发生磁逆转之前，地球的磁场会在短时间里完全消失。 地球的磁场形成一道屏障，使宇宙射线集中到地球的南北两个磁极。如果没有磁场保护，宇宙射线就会以非常密集的形式轰击整个地球，从而给各种生物带来危害。 [2] § 地磁场变化规律性研究 联系单位： 国家地震局地球物理所 完成单位： 国家地震局地球物理所 关键词语： 地震观测 规律 地磁场 地磁变化 所属类别： P318.21 P315.7 内容摘要：对地磁基本场及其变化规律的研究：在修改Ｙｕｋｕｔａｋｅ模型的基础上建立了一人新的地磁场模型 在国际上首次提出地磁长期变化场亦存在固定和漂移两部分 用新模型成功地解释了东亚磁异常的兴起和太平洋中部异常的衰减与消失的全过程，证明了太平洋中部非偶极子场异常微弱只是暂时现象 用新模型成功地分析了１９７０年长期变ｊｅｒｋ的源场性质，和出ｊｅｒｋ来自地核磁场短波成份的扰动的结论 对地球不同的物理场之间的关系进行了多方面研究：关于地磁场与地球引力场的关系：指出了Ｈｉｄｅ，Ｍａｌｉｎ等的片面性和结论的不正确，在国际上首次得到“只有引力场中对流体静力均衡状态的偏离部分才与非偶极子成场显著相关”的结论 核幔电磁耦合和Ｃｈａｎｄｌｅｒ Ｗｏｂｂｌｅ：在国际上首次直接计算耦合力矩的纬向分量来估计对激发Ｃｈａｎｄｌｅｒ Ｗｏｂｂｌｅ的贡献大小，计算出维持Ｗｏｂｂｌｅ所需的力矩约为６．７×１０２０Ｎ．ｍ，而耦合所能提供给晃动的力矩比它小４个量级，得到结论：该幔电磁耦合不是Ｃｈａｎｄｌｅｒ Ｗｏｂｂｌｅ的激发或阻尼的主要原因 对变化磁场的研究：引进非线性方法对磁暴的资料地行了研究，地磁资料存在吸引子，磁暴主相的吸引子维数较大，首次提出：分数维与ｋ指数结合可能比单独用ｋ指数来描述扰动程度来得更好 对中低纬地区受极区电流（Ｄｐ１，Ｄｐ２）的影响进行了研究，认为中国台站资料受其影响在磁暴期间较明显 ＶＧＰ方法的应用：利用古地磁中的计算虚地磁极的方法对全球台站资料进行了研究，由此得到用角分量研究长期变的较简便的方法 结果在第二次西太平洋地球物理会议（香港）上宣读过，受到同行的关注 评审意见：该项研究是作者多年来集地磁场变化的理论研究，地磁资料的分析研究于一体的一项系列性研究成果 研究内容多为基础性研究，该项研究创新点较多，包括建立新的地磁场模型，并用以解释和分析长期变的源场性质 探索地磁场与地球引力场等关系，以及在对地磁的变化磁场的成因与规律方面的研究都比前人的相应研究有所深入和推进 该项研究工作难度大，结论有独到之处，其成果具国内外先进水平[3] |
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