地磁場長期變化特征分析

王銘浩

[摘要]地磁場的變化覆蓋范圍從秒量級到百萬年量級之間，跨越了非常大的廣度。其中短期的變化一般是由地球外層空間活動所引起的，而長期變化通常是由地球內(nèi)部的活動所引起的。本文對地磁場的長期變化特征進行了簡單的分析，這對研究人員了解地磁場與地球內(nèi)部物理過程具有一定的意義。

[關(guān)鍵詞]地磁場 長期變化特征 IGRF

[中圖分類號] P318 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X（2015）-8-144-1

1地磁場長期變化特征計算方案

本文通過IGRF（國際地磁參考模型）對地磁場分布及長期變化特征進行描述。地磁場長期變化涉及到大量的參數(shù)，其中主要包括磁偶極矩、磁極位置、磁場能量的變化情況以及西向漂移等參數(shù)[1]。本文選擇磁場能量變化、磁偶極矩和西向漂移三個參數(shù)進行計算。主磁場能量的表達式為：

2方法與結(jié)果分析

2.1分析方法

本文利用小波變換的方法對地磁場的長期變化特征進行分析，相對于傳統(tǒng)的Fourier變換方法來說，小波變換可以對地磁場局部時頻特征進行分析，因此更加適合對地磁場長期變化過程中的時變信號進行檢測和分析。這里選擇Morlet小波變換，時間序列f（t）的小波變換可以進行如下定義：

公式（4）中的ψ表示ψ的共軛復數(shù)，a表示伸縮因子，b表示平移因子，Wf（a，b）表示小波變換系數(shù)，通過該公式對國際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)機構(gòu)所公布的1623.5～2005年期間的年均日長值序列進行一維小波變換，可以得到小波變換系數(shù)的實部、幅值以及相位等信息。

2.2地磁長期變化

根據(jù)公式（4）對各個參數(shù)進行小波變換，由于在小波變換的過程中，資料序列段的數(shù)據(jù)所得到的結(jié)果存在端部效應(yīng)，導致該位置的結(jié)果精度下降。因此，這里選擇1800～2000年之間的資料進行分析，從而避免端部效應(yīng)帶來的影響。

從圖1中可以看出LOD和WN（n）2個參數(shù)在小波變換后所得的結(jié)果存在66年和32年兩個平均周期。隨著時間的推移，研究的所有參數(shù)的小波譜焦點位置所對應(yīng)的周期值與具體強度都不斷發(fā)生變化，這表明各個參數(shù)的周期變化具有時變特性，而根據(jù)這種特點，可以說明這些參數(shù)的周期變化屬于準周期變化。

在地磁場能量中，偶極子項（n=1）的能量具有絕對優(yōu)勢，能量的具體變化率主要受到偶極子磁場能量變化的影響。通過對小波變化結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)M和W（n）與LOD的小波譜的分布存在差異，不存在相同或者相近的周期成分，這說明了LOD與偶極子磁場的周期變化之間不存在直接關(guān)系[3]。

通過對地磁場能的分析可以發(fā)現(xiàn)，偶極子與四極子確定的等效場源距地心的大約距離為1160km，位于地球內(nèi)外和的交界位置附近。這說明了地磁場非偶極子部分與核幔邊界的物理過程存在一定的關(guān)系，LOD與非偶極子磁場長期變化存在相同的準周期分量，這說明了LOD與非偶極子源于核幔邊界附近流體的周期運動過程。

3結(jié)論

本文結(jié)合國際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)機構(gòu)所公布的1623.5～2005年期間的年均日長值序列資料對地磁場長期變化特征進行了分析，主要得到以下幾點結(jié)論：

（1）磁偶極矩和地磁場總能量的長期變化兩個參數(shù)的變化主要受到偶極子磁場變化的影響。

（2）非偶極子磁場的能量與西向漂移的長期變化存在66年和32年兩個準周期分量。這說明了非偶極子磁場能量與日常變化周期之間具有時滯相關(guān)規(guī)律，時滯的具體值主要受到非偶極子磁場的具體參數(shù)和周期分量大小的影響。

（3）日長值的變化與地磁場長期變化之間不存在因果關(guān)系，主要受到核幔邊界流體的周期運動過程的影響。

參考文獻

[1]劉元元.最新國際地磁參考場模型IGRF11研究[J].地震學報，2013（01）：125-131.

[2]易世華.變化地磁場預(yù)測的支持向量機建模[J].地球物理學報，2013（01）：127-135.

[3]康國發(fā).1690～2000年地磁場能量的三維分布及其長期變化[J].地球物理學進展，2007（01）：80-86.