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。
地磁场_地磁场长期变化 -地磁场长期变化
地磁场长期变化(secularvariationofgeomagneticfield)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。地磁场_地磁场长期变化 -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