地磁场与电离层异常现象及其与地震的关系

利用中国地磁台网与电离层台站资料,总结了大地震前出现的地磁低点位移、地磁日变异常及电离层f0F2(F2层临界频率)异常现象.对比研究了1997年11月8日玛尼7.5级与2001年11月14日昆仑山口西8.1级地震前磁场与电离层异常分布及特征.结果显示,两次巨大地震前磁场与电离层短临异常时空分布特征有较好的一致性,震中周围出现日变异常、拉萨台出现电离层f0F2明显异常;震前约1个月出现地磁低点位移,其突变分界线通过震中地区.      

低纬地区夜间电离层底部电子浓度与磁扰的关系

本文利用100kHz的低频无线电波资料,计算分析了1986—1987年期间,几种不同磁扰情况下,低纬地区夜间电离层中100km以下区域积分电子浓度及其变化的起因.结果表明:该区域电子浓度的变化与地磁扰动关系密切.在磁静日期间,其值较小,且随磁扰而变化,但比磁扰滞后1到2天.在磁暴后,其值较大,会出现几次剧烈起伏.该区域积分电子浓度的起伏可大于一个量级.沉降电子产生的动致辐射可能是引起该区域电子浓度变化的主要原因之      

广州地磁Z分量日变幅的谱特征

利用1972—1993年广州地磁资料，分析了Z分量日变幅的年平均、年变化和半年变化等低频成分的逐年变化，以及小于60天的短周期变化特征．同时对1972—1993年的F10.7日均值进行了谱分析．结果指出，广州地磁Z分量日变幅的年平均与太阳活动指数F10．7的年平均存在良好的线性相关；具有幅度大约5nT夏季极大的年变化，与太阳活动没有明显相关，是一种季节效应；存在春秋分极大的半年变化，幅度与太阳活动有关，高年的幅度明显大于低年；具有明显的与太阳自转相关的27天左右的变化和明显的与行星波有关的接近16日、10日、5日、2日等短周期变化．广州地磁Z分量日变幅的这些谱特征，有助于更深入地了解中低层大气对电离层影响的物理机制．     

1991年3月太阳活动引起的地磁扰动

利用北京白家疃台和马道峪台的地磁资料分析了1991年3月下旬太阳活动引起的24－27日的磁暴，从中纬记录看，这次磁暴有其特殊的形态：即急始幅度特别大，磁暴最强活动是急始后即刻开始的极区暴影响而产 生的：磁暴过程中多个时段出现脉动，其中以周期为650秒左右的脉动尤为明显；其极化方向主要表现为左旋偏振，同时夹有右旋偏振，有时则无明显规律，谱分析的结果表明，整个磁暴功率谱呈幂律P(f)=f^-2,0分布，对引起这次磁暴可能的行星际扰动进行了讨论。     

第23和24太阳活动周高纬地磁感应电流分布特性

基于高纬度芬兰Mäntsälä地区近两个太阳活动周期（1999—2017年）天然气传输管道的地磁感应电流（GIC,I_GIC）观测数据,统计研究了GIC扰动的分布特征以及强GIC扰动与磁暴和地磁亚暴的相关性.研究发现:95.83%时间段的GIC强度分布在0～1A之间.定义:若某个时间段|I_GIC|_max> 1A,则认为发生GIC扰动;|I_GIC|_max>10A,则认为发生强GIC扰动事件.GIC扰动在磁地方时夜侧附近发生的概率最高,这主要与地磁亚暴发生期间电离层电流最剧烈的变化发生在磁地方时夜侧附近有关;强GIC扰动经常爆发式出现,且都发生在磁暴期间,但大多数磁暴并不伴随强GIC扰动事件发生.磁暴急始驱动的强GIC扰动事件较少,由磁层压缩引起地磁场突然增强驱动的强GIC扰动事件持续时间较短;强GIC扰动事件主要发生在磁暴主相和恢复相,由环电流变化驱动的强GIC扰动事件一般持续时间较长且强度较大.      

2021年10月11日地磁暴对两座变电站GIC的影响

近年来中国相继监测到地磁暴侵害电网、铁路轨道电路和油气管道系统产生的地磁感应电流（Geomagnetically Induced Current,GIC）数据,但是目前实测的GIC数据还相对较少。根据2021年10月9日日冕物质抛射事件（CME）产生的Kp指数为6的地磁扰动（Geomagnetic Disturbance,GMD）数据,500 kV阿拉坦变电站（48.7°N,116.8°E）和上河变电站（33.4°N,119.2°E）及输电系统的参数,分析了2021年10月11日地磁暴期间在两座变电站监测到的GIC数据以及输电系统参数对GIC量值的影响。结果表明:地磁暴在500 kV上河变电站产生的GIC比阿拉坦变电站GIC量值相对较大。分析结果说明,在这次磁暴事件中,输电线路导线电阻是影响变电站GIC的主要因素。      

1991年6月地磁扰动—地面和同步高度特征

给出了1991年6月地磁扰动的地面和同步高度特征及引起这些扰动的可能的源.在长达近对天的扰动过程中，出现四次主相强度不同的磁暴和多次强急始，有的磁暴由多次扰动迭加而形成形态复杂的复合型磁暴·同步高度Hq分量多次出现反相.这些特征很可能主要是对广大的行星际空间多个高速度高密度结构的响应，这些结构有时伴随大尺度强南向磁场分量.     

低轨道中等能量电子对地磁扰动的响应

低轨道高度上能量电子通量变化与地磁扰动程度密切相关.利用我国资源2号(ZY-2)03星空间环境监测分系统在轨工作期间所获得的能量电子探测数据,以及美国NOAA-15,NOAA-16,NOAA-17三颗卫星中等能量电子探测器自1998年以来积累的太阳同步轨道中等能量电子探测数据,结合地磁活动观测数据,对低轨道高度上中等能量电子对地磁扰动的响应特性进行了统计分析.结果表明,该区域的中等能量电子通量在磁暴、磁层亚暴期间有显著增强,增幅大小与地磁活动程度呈正相关关系,强磁暴期间增幅可达一个数量级左右,在响应时间上存在电子通量变化滞后于磁扰的时间特性.      

2000年7月空间天气大事件对地磁场的影响

2000年7月空间大事件对地磁场产生了巨大影响，7月15日至18日发生大磁暴(K=9)．磁暴为急始型，在我国地区初相期变幅有200—300nT，主相最大幅度有500—600nT，为多年来所罕见．在行星际磁场Bz由北向转向南向时，磁暴主相开始；南向分量达到最大值后大约2h，地磁H分量达到最小值，恢复相开始．并且，这次磁暴与太阳风也存在一定的对应关系。     

基于稀疏地磁数据的中低纬度磁暴感应地电场的算法研究

强磁暴产生的地磁感应电流是诱发电力系统灾害性事故的关键因素,预防与控制地磁感应电流的必要途径是评估其在系统中的水平.掌握磁暴感应地电场的时空分布是评估所在区域电网地磁感应电流的基础,可为研究与防治电网磁暴灾害提供参考.在中国现有稀疏分布的地磁台观测数据基础上,建立了电离层等效球面元电流系统模型,并将其与复镜像法结合,建立了磁暴感应地电场和地磁场的计算模型.利用磁暴期间实测的地磁台站数据进行了计算,算例结果与平面波理论计算结果的对比证明了算法的正确性与有效性.计算结果可直接应用于电力系统的地磁感应电流计算,为分析电力系统磁暴灾害风险提供参考.      

Solar polar magnetic field dependency of geomagnetic activity semiannual variation indicated in the Aa index

Three major hypotheses have been proposed to explain the well-known semiannual variation of geomagnetic activity, maxima at equinoxes and minima at solstices. This study examined whether the seasonal variation of equinoctial geomagnetic activity is different in periods of opposite solar magnetic polarity in order to understand the contribution of the interplanetary magnetic field (IMF) in the Sun-Earth connection. Solar magnetic polarity is parallel to the Earth’s polarity in solar minimum years of odd/even cycles but antiparallel in solar minimum years of even/odd cycles. The daily mean of the aa, Aa indices during each solar minimum was compared for periods when the solar magnetic polarity remained in opposite dipole conditions. The Aa index values were used for each of the three years surrounding the solar minimum years of the 14 solar cycles recorded since 1856. The Aa index reflects seasonal variation in geomagnetic activity, which is greater at the equinoxes than at the solstices. The Aa index reveals solar magnetic polarity dependency in which the geomagnetic activity is stronger in the antiparallel solar magnetic polarity condition than in the parallel one. The periodicity in semiannual variation of the Aa index is stronger in the antiparallel solar polar magnetic field period than in the parallel period. Additionally, we suggest the favorable IMF condition of the semiannual variation in geomagnetic activity. The orientation of IMF toward the Sun in spring and away from the Sun in fall mainly contributes to the semiannual variation of geomagnetic activity in both antiparallel and parallel solar minimum years.     

磁静日期间中国大陆地区外源弱磁场研究

利用第四代地磁场综合模型CM4, 研究了中国大陆地区1960-2000年磁静日期间地磁外源弱磁场的变化情况, 计算并分析了外源场中的电离层感应场、环形场以及磁层感应场的分布和变化. 结果显示, 北向分量X的磁层感应场强度总体呈先增加后减少的趋势, 共减少了约7.3nT; 东向分量Y的磁层感应场强度呈先减少后增加的趋势, 共增加了约0.8nT; 垂直分量Z的磁层感应场强度呈先增加后减少的趋势, 共增加了约5.5nT. 三个分量的电离层感应场以及环形场变化幅度很小, 其分布在1960-1970和1970-1980年, 1980-1990 和1990-2000年呈现正负互相变换的现象, 认为该现象可能与太阳11年活动周期有关. 最后对弱磁场随时间变化的结果进行了分析说明.      

大型铁磁性物体近场磁异常场数值仿真

磁异常探测是一种在地球物理领域有着广泛应用的探测方法,磁异常场的空间分布规律信息是磁异常探测的主要理论依据。对矩形铁磁性物体空间磁场模型进行了推导,利用ANSYS Maxwell分析了大型铁磁性物体近场的磁异常场空间分布规律。针对不同地磁场方向条件,得到了近场空间磁感应强度总量分布及矢量分布规律,揭示了在不同条件下磁感应强度模量场和矢量场都具有普遍的对称性和规律性。通过对仿真模型进行缩比试验,测量了类似条件下模型近场的磁感应强度模量场和矢量场信息,验证了仿真得到的磁异常场空间分布规律的一致性和正确性。      

Statistical analysis of geomagnetic field variations during solar eclipses

We investigate the geomagnetic field variations recorded by INTERMAGNET geomagnetic observatories, which are observed while the Moon’s umbra or penumbra passed over them during a solar eclipse event. Though it is generally considered that the geomagnetic field can be modulated during solar eclipses, the effect of the solar eclipse on the observed geomagnetic field has proved subtle to be detected. Instead of exploring the geomagnetic field as a case study, we analyze 207 geomagnetic manifestations acquired by 100 geomagnetic observatories during 39 solar eclipses occurring from 1991 to 2016. As a result of examining a pattern of the geomagnetic field variation on average, we confirm that the effect can be seen over an interval of 180?min centered at the time of maximum eclipse on a site of a geomagnetic observatory. That is, demonstrate an increase in the Y component of the geomagnetic field and decreases in the X component and the total strength of the geomagnetic field. We also find that the effect can be overwhelmed, depending more sensitively on the level of daily geomagnetic events than on the level of solar activity and/or the phase of solar cycle. We have demonstrated it by dividing the whole data set into subsets based on parameters of the geomagnetic field, solar activity, and solar eclipses. It is suggested, therefore, that an evidence of the solar eclipse effect can be revealed even at the solar maximum, as long as the day of the solar eclipse is magnetically quiet.     

利用TIE-GCM模式计算电离层电流及夜间电离层磁场

电离层电流产生的磁场是地磁场卫星测绘时需要剔除的干扰源.利用电离层热层模式TIE-GCM计算电离层中的中性风、重力驱动和压强梯度等形成的电离层电流的全球分布,分析电流在特定位置产生的磁场及磁场三分量随纬度的变化规律.结果表明,E层尤其是磁赤道和极区的电流密度较大,可达103nA·m-2量级,F层电流密度量级约为10nA·m-2.在磁静日（Kp≤ 1）夜间22:00LT-04:00LT,电离层电流在中低纬度（南北纬50°之间）产生的磁场量级为几个nT,且磁场的南北向分量和径向分量基本大于东西向分量.通过与CHAMP卫星磁测数据分析比较,发现TIE-GCM模式计算电离层干扰磁场在中低纬度可以取得较好的结果,但在高纬度地区的效果不理想,还需进一步改进模式以提高计算精度.      

第23太阳活动周武汉站电离层TEC特征分析

利用武汉站(30.5°N, 114.4°E)1997年1月1日至2007年12月31日电离层TEC、太阳黑子数及地磁指数等资料, 分析了第23周武汉站TEC的周日变化、季节变化、半年变化以及与太阳活动的相关性等特征; 以2006年4月13-17日发生的磁暴为例, 讨论了武汉站TEC对磁暴的响应以及可能的机理. 结果表明,武汉站电离层TEC在太阳活动高、低年均呈典型的周日变化特征; 冬季异常和半年异常特征明显, 且受太阳活动强弱影响; TEC和太阳黑子数年均值相关系数为0.9611; TEC对磁暴的响应可能是由磁层穿透电场和中性风共同作用导致的, 具体影响机制有待深入研究.      

基于改进STI方法的外源磁场垂直分量动力非平稳性分析

Space Time-Index（STI）方法是一种验证时间序列中是否存在非平稳性的图示方法. 利用改进的STI方法可以定量分析外源磁场垂直分量z的非平稳性特征. 以不同地磁指数（K=0,2,4,6）、不同Lloyd季节和昼夜外源磁场z分量为对象进行对比分析. 结果表明,改进的STI方法能够有效检验外源磁场的非平稳特性,且z分量为非平稳时间序列;不同K指数的z分量分析表明,随着K指数的增加,z分量的相空间分布越来越不均匀,时间演化特征越来越复杂;不同Lloyd季节的分析表明,各季节的STI图较为相似,但随着日地距离的减小,z分量时间演化特征的复杂性增强,呈现出一定季节变化特征;对昼夜变化的分析可知,夜晚z分量STI图的波动性比白天要强,昼夜变化特征较为明显.      

低纬地磁Z分量的半年变化

利用武汉、广州、泉州和琼中等4个低纬地磁站连续多年的地磁资料，计算了各月5个磁静日Z分量日均值与中午1100---1300时段平均值之差(Dz)，对每年12个Dz采用多元回归分析方法，得到各年的半年变化幅度和相位．结果表明：4个站的Dz每年都有半年变化现象；半年变化幅度与太阳活动有关，一般来说，太阳活动高年Dz半年变化幅度明显大于太阳活动低年；太阳活动本身的半年变化，对Dz半年变化幅度有显著的调制作用；Dz半年变化的相位在3—4月(或9—10月)，即极大值出现在分季；低纬地区地磁Z分量存在显著的半年变化，能够反映赤道电急流也有明显的半年变化，这再一次证明，赤道电急流幅度的半年变化，通过“喷泉效应”使得电离层，f0F2产生半年变化，其是产生，f0F2半年变化的一个主要因素．