中国大陆两次地磁急变分析
国家地磁基本台网-中国地震信息网
第三节国家地磁基本台网一、国家地磁基本台网的发展（一）起步阶段（20世纪30年代和40年代）磁针能在地球表面起定向作用的现象，证明地球存在着磁场。
地磁场能够灵敏地反映上至太阳、磁层、电离层，下至地球内部乃至地核的电磁信息及其变化的物理过程。
地磁学是一门建立在观测基础上研究地磁场变化的科学。
地磁观测数据在地球科学、空间物理学等研究领域及在航空、航天、通讯、矿产资源调查、地下管网、电网、石油钻井及地震预报等国防和国民经济建设中得到广泛应用，因此倍受国内外同行的关注。
世界上第一个地磁台于1834年建于德国哥延根。
为了观测全球地磁场的变化，目前世界上约有180多个在线运行的地磁台（包括中国参加国际资料交换的17个）。
这些台站的观测数据由世界数据中心收集，无偿提供科研团体服务。
我国地磁观测历史悠久，公元11世纪我国古代劳动人民已经知道磁针的指向性，并发现了磁偏角的现象。
仅就地磁台站而言，早在1870年俄国人在北京建成第一个地磁台。
1874年由法国人在上海徐家汇（今佘山）建立地磁台，至今仍在正常工作，成为世界上有着百年以上台龄的古老地磁台之一。
此外尚有英国人在香港、德国人在青岛设立的地磁台。
20世纪30年代和40年代，中国学者曾在南京紫金山、广西良丰、桂林雁山及重庆北碚（临时的）等地设台观测（表5.3.1）表5.3.1解放前我国地磁台情况一览表台名地点地理坐标年代（年）主持人国籍λ（OE）φ（ON）北京北京116.4739.951870～1882俄国徐家汇上海徐家汇山陆家浜松江佘山121.10121.04121.2031.2031.1731.101874～19081908～19321933～1949法国香港香港澳头114.17114.0422.3022.451885～19271927～1942英国青岛青岛120.3236.071889～19161916～19241924～1937德国日本中国中央研究院地磁台南京紫金山桂林雁山118.81110.2932.0732.081933～19371943～1944中国注：青岛台于1958年撤消，香港台于1983年撤消。
地电场日变幅与地电暴分析
现性 、 区域 同步性 、 广域 地方 时相 关性 等 ， 海地 区的地 电场 台站 能 够 记 录到 海水 潮 汐相 关 的 沿
数 据变 化 。关于地 电场 日变 形态 ， 解用 明等人 曾对 河北 省 昌黎 、 兴济 、 阳原 、 乐 ４个 台站做 过 新 分 析 ， 为 大地 电场具 有较 规则 日变 化 ， 认 一般 表 现 为双 峰 单谷 ， 昌黎 地震 台东 西 向和其 他 方 但
２ １ Ｏ０
ｄ ｉ １ ． ９ ９ ｊ ｉｓ ． ０ ３ ３ ４ ． ０ ０ ０ ． ０ ｏ ： ０ ３ ６ ／ ．ｓｎ １ ０ － ２ ６ ２ １ ． ３ ０ ４
地 电场 日变 幅 与 地 电暴 分 析
郭建 芳Ｄ 李 非Ｄ 张 秀 霞
１ 中 国河 北 ０ ６ １ 秦 皇 岛 中心 地震 台 ） ６６ １
作者简介 ： 建芳（９７ ）女 ， 郭 １ ７ 一 ， 河北 省地 震 局 昌黎 地 震 台 工 程 师 ， 要从 事 电 、 监 测 和 分 析 预 报 工作 主 磁 基 金 项 目：０ ７年 河 北 省 地 震 局 青 年基 金 课 题 “ 磁 场 对 磁 暴 的 响应 ” ２０ 地 资助 本 文 收 到 日期 ： ０ ９ １ — ６ ２ ０ — ０２ ① 席 继 楼 ， 大 诚 ， 青 ． ０ ８ 中 强 地震 前后 地 电场 观 测 数 据 变 化 研究 谭 叶 ２０．
8级特大地震前地震活动平静特征——以中国大陆西部近期2次8级地震为例
级、 空区形态及形成时间各具特色。各级空区内的
收 稿 日期 ：０ ８—１ １ ２０ ０— ５
基金项目： 中国地震局地震科学联 合陈玉华 （９ ６ ） 女 ， １５ 一 ， 河南安阳人 ， 高级工程师 ， 主要从事地震预报研究。
２
高
原
第２ ０卷 第 ４ 期 ２０ ０ ８年 １ ２月
高 原 地 震
Ｐ Ａ Ｅ Ｕ Ｅ Ｒ Ｈ Ｕ Ｋ Ｅ Ｅ Ｒ Ｈ Ｌ Ｔ Ａ Ａ Ｔ Ｑ Ａ ＥＲ Ｓ Ａ Ｃ
Ｖ０ ． ０ Ｎｏ ４ １２ ． Ｄｅ ． ０ ８ ｃ２ ｏ
８级特 大 地 震 前 地震 活 动 平 静 特征
Ｍ — 图清晰地显示 出震前 的平 静现象 。 ｔ
１ １ 背 景空 区 ．
图 ｌ １５ 年 １ 为 ９１ １月西藏 当雄 ８０级地震 ． 后， 青藏块体北部逐渐形成 的 ＭＩ６ ＞ 级地震围空 区。据背 景空 区空 间尺度 和持续 时 间与震级 间 的 经 验关系 式 Ｈ 计算 ， ６级地 震空 区未 来主 震震 该
关键 词 ： 级特大地震； ８ 地震活动平静特征； 地震预测 ； 中国大陆
中图分类号 ：３ ３ ５ Ｐ １ ． 文献标 识码 ： Ａ 文章编号 ：０ ５— ８ Ｘ（０ ８ ０ ０ ０ —０ １０ ５ ６ ２ ０ ）４— ０ １ ７
Ｏ 引 言
进 入 ２ 世 纪 的短短 ８年 中 ， １ 中国大 陆西部 先
级 分别 为 ７４ ｔ ． １８３ ．５－Ｏ５ ，．５±０４ ， 实 际 震 级 － ．１与
后发生 了２次 ８级特大地震 ， 使地震预报工作者 感到恐 慌和不 安 ， 同时 也 带来 了对 特 大地 震 发 生
前 兆物 理场变 化特 征研究 的机遇 。 目前 的研 究显
地球磁场的变化规律和倒转原因
地球磁场的变化规律和倒转原因科学家们在对地磁场的研究中发现，地磁场是变化的，不仅强度不恒定，而且磁极也在发生变化，每隔一段时间就要发生一次磁极倒转现象。
早在二十世纪初，法国科学家布律内就发现，70万年前地磁场曾发生过倒转。
1928年，日本科学家松山基范也得出了同样的研究结果。
第二次世界大战后，随着古地磁研究的迅速发展，人们获得了越来越多的地磁场倒转证据。
如岩浆在冷却凝固成岩石时，会受到地磁场的磁化而保留着像磁铁一样的磁性，其磁场方向和成岩时的地磁场方向一致。
科学家在研究中发现，有些岩石的磁场方向与现代地磁场方向相同，而有些岩石的磁场方向与现代地磁场方向正好相反。
科学工作者通过陆上岩石和海底沉积物的磁力测定，及洋底磁异常条带的分析终于发现，在过去的7600万年间，地球曾发生过171次磁极倒转。
距今最近的一次发生在70万年前，正如布律内所指出的那样。
倒转原因根据地磁场起源理论，地磁场磁极之所以发生倒转，是由地核自转角速度发生变化而引起的。
地壳和地核的自转速度是不同步的，现阶段地核的自转速度大于地壳的自转速度。
然而，40亿年前，情况却不是这样，那时地球表面呈熔融状态，月球也刚刚被俘获，地球从里到外的自转速度是一致的，地球表面不存在磁场。
但是，随着地球向月球传输角动量，地球的自转角速度越来越小。
同时，地球也渐渐形成了地壳、地幔和地核三层结构。
地球自转角动量的变化首先反映在地壳上，出现了地壳自转速度小于地核自转速度的情形。
这时，在地球表面第一次可以感受到磁场的存在，地核以大于地壳的自转速度形成了地磁场。
按照左手定则，磁场的N极在地理南极附近，磁场的S 极在地理北极附近。
地壳与地核自转角速度不同步，这种情形并不能长久地保持下去，地核必然通过地幔软流层物质向地壳传输角动量，其结果是地核的自转角速度逐渐减小，地壳的自转角速度逐渐增大。
当地壳与地核的自转角速度此增彼减而最终一致时，地磁场就会在地球表面消失。
地核与地壳间的角动量传输并不会到此为止，在惯性的作用下，地壳的自转角速度还在继续增大，地核的自转角速度继续减小，于是出现了地壳自转角速度大于地核自转角速度的情形。
新疆两次强震前后地震视应力变化
新疆两次强震前后地震视应力变化
孙燕萍;史勇军
【期刊名称】《地震地磁观测与研究》
【年(卷),期】2007(028)004
【摘要】选取了喀什数字地震台记录的喀什及周边地区地震的宽频带波形资料,分析处理了2001～2005年Ms 3.5以上地震164次,通过数字地震波谱计算了标量地震矩和地震辐射能量,从而进行了视应力的计算.给出了巴楚-伽师Ms 6.8和乌什Ms 6.3强震前后视应力的时序变化情况,发现其视应力均表现出震前低应力阶段-主震前的逐渐上升-震后逐渐恢复的动态变化过程,即地震的孕震-发震-震后调整的阶段性变化特征.这一结果可为喀什及周边地区今后进行地震预测预报研究提供参考依据,对该区开展数字地震方面的研究也有所帮助.
【总页数】9页(P20-28)
【作者】孙燕萍;史勇军
【作者单位】中国乌鲁木齐,830011,新疆维吾尔自治区地震局;中国乌鲁木
齐,830011,新疆维吾尔自治区地震局
【正文语种】中文
【中图分类】P315.1
【相关文献】
1.地震视应力在中国大陆西部强震趋势预测中的应用 [J], 易志刚;宋茉;杨选辉;张彬
2.2013年吉林前郭强震群序列地震视应力变化特征 [J], 康建红;张洪艳;张宇;郑国栋
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4.南北地震带两次典型强震周边自然电场变化及机理探讨 [J], 王宇;谭大诚;王玮铭
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芦山两次强震序列活动特征及余震预测效能对比分析
芦山两次强震序列活动特征及余震预测效能对比分析毕金孟;宋程;马永【期刊名称】《地震研究》【年(卷),期】2023(46)2【摘要】利用可充分考虑小震信息的Omi-R-J模型,对2013年芦山M_(S)7.0地震和2022年芦山M_(S)6.1地震序列活动特征进行对比分析,发现芦山M_(S)7.0地震序列较芦山M_(S)6.1地震序列完备性随时间变化更加明显,震后早期检测能力较低,两次地震序列稳定时段检测得到的完整性震级均为1.8级左右。
芦山两次地震序列p值差异较小,展示了相对正常的衰减过程;芦山M_(S)7.0地震序列k值明显大于芦山M_(S)6.1地震序列,这或许与芦山M_(S)7.0地震较为发育的余震或强余震有关;芦山M_(S)7.0地震序列b值小于芦山M_(S)6.1地震序列,表明M_(S)7.0地震之后芦山地区仍处于较高的应力状态,而M_(S)6.1地震之后应力处于相对较低的水平。
利用N-test方法开展效能评估,结果显示,两次地震序列初期阶段余震发生率展示了较好的预测效能,基于震后初期1天内的数据开展的未来1天的余震预测中,仅有1次预测失效,而在对未来3 d的余震预测中,不存在预测失效的情况。
【总页数】12页(P204-215)【作者】毕金孟;宋程;马永【作者单位】天津市地震局;中国地震局地球物理研究所【正文语种】中文【中图分类】P315.725【相关文献】1.2013年芦山Ms7.0地震序列参数的早期特征:传染型余震序列模型计算结果2.余震的序列参数稳定性和余震短期发生率预测效能的连续评估——以2014年云南鲁甸6.5级地震为例3.四川芦山7.0级强震及其余震序列重定位4.两次强震峰值速度比及其余震分布特征5.基于芦山余震强震动记录的场地特征分析因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
地球磁场
五、地磁场的解析表示
假设：地球是均匀磁化球体，球体半径为R， N为地理北极，地球旋转轴与地磁轴重合。
若采用球坐标系，坐标原点为球心，球
外任一点P的地心距为r，余纬度为θ经度
为 。则在地磁场磁位u的拉普拉斯方程
可以写成如下形式
r 1 2 r(r2 U r) r2 s 1 in (s in U ) r2 s i1 n 2 2 U 2 0
Tsi =T0+Tm+Ta
T0为中心偶极子磁场，Tm为非偶极子磁场（也称为大陆磁场
或世界异常，基本磁场）， Ta 为地壳磁场。
T= T 0+ T m + T sc+ T 'a+ T ''a+ δ T
基本磁场占地磁场的99％以上，是构成地磁场主体的稳定磁场。 其强度在近地表时较强，远离地表时则逐渐减弱。 变化磁场占地磁场的很小部分（＜1％）。这种磁场主要是 由太阳辐射、太阳带电粒子流、太阳的黑子活动等因素所 引起的。因此，它常包含有日变化、年变化及太阳黑子活 动引起的磁暴（即较剧烈的变化）等成分。
r 1 2 r(r2 U r) r2 s 1 in (s in U ) r2 s i1 n 2 2 U 2 0
U n 1m n 0r1 n 1 [A n m c o s (m ) B n m s in (m )]P n m (c o s)
P nm (cos)C (m n (n m m )!)!(sin)md(co dsm )mP n(cos)
Declination Inclination
D 地磁要素及其分布
T、Z、H、I、D、
I
X、Y
T、Z、H、I
固有物理量
D、X、Y
地磁脉动Pc5在2000年7月15～16日磁暴期间的特征
地磁脉动Pc5在2000年7月15~16日磁暴期间的特征杜爱民陈耿雄徐文耀洪明华陈鸿飞彭丰林中国科学院地质与地球物理研究所，北京100029摘要采用IMAGE 链22个台站的地磁脉动10s 数据，分析了2000年6月15~16日磁暴期间Pc5地磁脉动的频率、振幅、位相和极化特征：（1）磁暴初相和主相期间Pc5脉动的主频率随纬度的升高而降低，但是恢复相期间主频率随纬度的升高而升高，主相期间Pc5的主频率比初相和恢复相期间的低；（2）Pc5脉动初相期间的振幅有一个主峰在64 N 附近，主相期间在66 N 附近，恢复相期间在71 N 附近；位相在主峰两侧随着纬度变化了大约180 ，从初相到恢复相主峰位置向高纬地区大约移动了7 ；（3）Pc5地磁脉动的偏振极化椭圆初相期间在PEL 站（63.46 N ）接近线偏振，主相期间在MAS 站（66.07 N ）接近线偏振，恢复相期间在BJN 站（71.33 N ）接近线偏振，并分别在这几个台站两侧的偏振椭圆的旋转方向反向.关键词磁暴地磁脉动Pc5IMAGE 链文章编号0001-5733（2003）03-0322-06中图分类号P318收稿日期2002-01-23，2002-11-03收修定稿CHARACTERISTICS OF Pc5ULF WAVE DURING THE MAGNETIC STORMON JULY 15~16，2000DU A IMINCHEN G ENGXIONGXU W ENYAOHONG M INGHUACHEN H ONGFEIPENG F ENGLINInstitute of Geology and Geophysics ，Chinese Academy of Sciences ，Beijing 100029，ChinaAbstract Pc5ULF waves during the magnetic storm on JuIy 15~16，2000have been studied using groundobservations at IMAGE chain containing 22stations.During the initiaI phase and main phase of the magneticstorm the main freguency of Pc5increases with the decreasing Iatitude ，whiIe during the recovery phase the variation of the main freguency with Iatitude is opposite.The main freguency of Pc5during the main phase is Iower than that during the initiaI and recovery phases.The ampIitude peaks of Pc5during the initiaI ，main and recovery phases occur near 64 N ，66 N and 71 N ，respectiveIy.The poIarizations eIIipse of Pc5becomes Iin-ear poIarization at stations PEL（63.46 N ），MAS （66.07 N ）and BJN （71.33 N ）during the initiaI ，main and recovery phases ，respectiveIy.Key words Magnetic storm ，Pc5ULF waves ，IMAGE chain.1引言当人们观测到地球空间的地磁脉动，就意识到了它的重要性，现在地磁脉动已成为了解太阳风和磁层能量输运过程的重要手段之一，而且也是研究磁层-电离层耦合过程的基本手段，对地磁脉动的理解有助于认识磁层的动态特征.虽然国内外学者对地磁脉动做了大量工作，但是仍有很多问题有待研究，例如，（1）在地磁高纬地区（极隙和极盖区）的基金项目中国科学院青年创新基金（10132170）.作者简介杜爱民，男，1970年生，1993年毕业于河北大学物理系，中国科学院地质与地球物理研究所在读博士研究生.主要从事地磁脉动的研究.E-maiI ：amdu@第46卷第3期2003年5月地球物理学报CHINESEJOURNALOFGEOPHYSICSVoI.46，No.3May ，2003地磁脉动的特征；（2）地磁脉动在地磁高纬和低纬之间的耦合；（3）局域的磁流体动力学（MHD）波在磁层等离子体区的传播及其非线性效应等.高纬地区（极隙和极盖区）的ULF（Ultra Low Freguency）波的研究非常有益于人们理解能量从日侧及磁尾磁鞘传输进入磁层和电离层的过程，而且有助于理解波传输的动力学过程，例如通量传输事件或日侧极光瞬态事件，波能量通过地球电离层波导管输运能量问题，高纬和低纬之间的耦合需要进一步的研究.Pc5（频率f!2~6mHz）地磁脉动的特征得到了广泛的研究.场线共振可以被相对广泛的源激发，如Kelvin-Helmoltz不稳定性、瞬态日侧重联和太阳风的动压节跃变化等［1］.高纬地区Pc5脉动与由磁层顶上的Kelvin-Helmholtz不稳定性所激发的磁层顶表面波有关，这种波渗透到磁层边界区内侧与高纬闭合磁力线振荡相耦合，并沿磁力线传播到高纬地区［2］.不稳定的波总是随着磁鞘流（即磁尾）传播.在磁层两侧的驻点是一个自然点，穿过这个点，环型Pc5的特征将改变.穿过正午的偏振变化是由于改变传播方向的结果.Kelvin-Helmholtz不稳定波与场线共振有关.这些不稳定波是快模表面波，能量可以穿过磁力线到共振点，根据线性耦合模式，在共振点产生环型振荡.按照场线共振理论，压缩表面波与磁力线耦合产生Alfven模式振荡.Green［3］指出ULF波上午向西传播，下午向东传播.场线共振的特征之一是振幅在纬度链上有一个最大值（一般在纬度71 附近），并且位相在共振点两侧改变180 ，偏振反向.在空腔模型中，磁层可以看成在内拐点和外边界层（如磁层顶）之间的闭合的波导管，高纬地区的Pc5脉动的研究证实了场线共振频率的存在.在夜侧靠近磁层的侧翼，比较多的发现压缩型Pc5（ULF）在L=8RE（L为地球磁力线与赤道平面的交点到地心的距离，RE为地球半径）区域，压缩（沿磁场）波动经常伴随着径向波动，而且在1.6~3.3mHz的频率范围内振幅很大.这种脉动与外辐射带的等离子体云有着非常密切的关系［4］.漂移反弹共振机制也可能是Pc5地磁脉动激发的机制，在环电流内边缘的O+和H+共振是一种可能的激发情形［5］.O+和H+共振的频率直接影响Pc5的频率.通过分析地磁脉动Pc5在磁暴期间的频率变化，有可能反映环电流中离子的变化，对进一步研究Pc5的激发机制有一定帮助.本文对磁暴期间Pc5脉动的纬度效应进行尝试性的研究.2数据分析选择了IMAGE台链22个台站，采样率为10s 的地磁脉动数据，IMAGE纬度链记录的地磁三分量X，Y，Z（地理坐标）转换成地磁坐标H、D、Z［6］.对于IMAGE台链磁地方时MLT!UT+3h.IMAGE台链的地理坐标和地磁坐标示于表1中，!为地磁纬度，"为地磁经度.表1IMAGE链台站列表Tabel1The list of geomagnetic coordinates for chain stations台站代码台站名地理纬度/（）地理经度/（）!/（）"/（）NAL Ny Alesund78.9211.9576.07112.25 LYR Longyearbyen78.2015.8275.12113.00 HOR Horsund77.0015.6074.02110.48 HOP Hopen Island76.5125.0172.93115.91 BJN Bear Island74.5019.2071.33108.73 TRO Tromso69.6618.9466.54103.44 AND Andenes69.3016.0366.36100.92 KEV Kevo69.7627.0166.21109.73 MAS Masi69.4623.7066.07106.92 KIL Kilpisjarvi69.0220.7965.78104.31 LEK Leknes68.1313.5465.4097.84 ABK Abisko68.3518.8265.21102.27 KIR Kiruna67.8420.4264.60103.14 LOZ Lovozero67.9735.0864.10114.89 SOD Sodankyla67.3726.6363.82107.71 PEL Pello66.9024.0863.46105.38 RVK Rorvik64.9410.9862.2693.81 LYC Lycksele64.6118.7561.3699.73 DOB Dombas62.079.1159.3390.47 HAN Hankasalmi62.3026.6558.62104.99 NUR Nurmijarvi60.5024.6556.81102.54 UPS Uppsala59.9017.3556.4596.223233期杜爱民等：地磁脉动Pc5在2000年7月15~16日磁暴期间的特征Pc5脉动是连续型脉动，周期在150~600s 之间，其波形呈现准正弦波形态.首先，从磁暴期间地磁脉动记录中选出Pc5脉动事件，并且符合如下条件：（1）周期在150~600s 之间的连续型脉动；（2）持续时间20min 以上，振幅不低于3nT ；（3）波形呈明显的准正弦波形.图1IMAGE 链各台站2000年7月15日09：00UT ~16日09：00UT 在Pc5频率段（1.7~6.5mhz ）滤波后的地磁!分量（a ）及"st 指数和北京十三陵台站#BMT 分量（b ）Fig.1Variations of the !component of geomagnetic puIsationsat stations in IMAGE chain on JuIy 15~16in 2000.（a ）in the freguency band 1.7~6.5mhz ；（b ）"st index and BMT （Bei-jing Ming Tomb Station ）#component对Pc5脉动在1~6mhz 频率段进行数字滤波，然后对滤波后的脉动事件进行FFT 谱分析.确定功率谱的主峰，将主峰对应的频率选择为主频率.图1a 是滤波后22个台站Pc5频段的地磁脉动波形图（横坐标为世界时$UT ，纵坐标为各台站地磁!分量，振幅为200nT ），存在3段地磁脉动比较密集区：15日14：40~23：50UT 、16日3：00~6：00UT 和7：00~8：00UT.因为磁暴主要发生在下午，即在磁层的侧翼，磁层顶的波导谐波传输能量到深部磁层内场线共振区［7］.而且根据波导模型［8］，波导模数可以被注入的能量放大.所以Pc5非常明显.图1b 中画出了"st 变化曲线，#BMT 为北京十三陵台站的#分量，从图1b 可以更清楚的看出磁暴的急始时刻及其变化过程，可以看出该磁暴急始于15日的14：40UT ，磁暴初相时间较长，在持续了5个多小时后于20：00UT 左右主相开始，此时"st 指数急剧下降，于22：00UT 达到-300nT 的最低点，整个主相过程仅持续了2h.随后"st 指数逐渐增大，磁暴进入恢复相.图2初相（a ）、主相（b ）和恢复相（c ）期间Pc5脉动主频率随纬度的变化Fig.2The variations of the main freguencies for Pc5puIsa-tions with Iatitude during initiaI （a ），main （b ）and recovery （c ）phase3分析与讨论通过计算磁暴三个阶段Pc5功率谱尖峰对应的主频，得出初相、主相和恢复相期间Pc5脉动主频率随纬度的变化（见图2）.可以看出，在初相和主相期间Pc5的主频率随着纬度的升高而降低.初相期间主频率最大值3.84mhz 在PEL 台站（63.46 ），最小值2.78mhz 在UPS 台站（56.45 ）.Pc5脉动的主频率从高纬到低纬大约下降了1.1mhz.在主相期间，Pc5脉动的最大值3.16mhz 在LOZ 台站（64.1 ），最小值2.14mhz 在NUR 台站（56.81 ）.Pc5脉动的主频率从高纬到低纬大约下降了1.0mhz.423地球物理学报（Chinese J.Geophys.）46卷按照环行模型，在极光纬度，磁力线的振荡频率是磁力线壳半径的函数，随着纬度的增加，它的频率降低［9］.因为纬度高的台站的Pc5的周期长，纬度低的周期短，所以ULF 波由磁层顶向地面传输时，会形成一个波阵面，先到达纬度低的台站，后到达纬度高的台站（如图3）.图3Pc5地磁脉动X 分量在初相阶段的波阵面Fig.3Wavefront of X components of Pc5puIsationsduring the initiaI phaseI954年Dungey 给出了磁流体扰动遵守的耦合微分方程.结合MaxweII 方程和流体动力学方程，采用球极坐标（R ，!，"），有4!#!2!I 2-I （R sin !）[2（!0·"）（R sin !）2（!0·"）{+B 20!2!"]}2V "R sin !=I （R sin !）3B R R !!!(-B 0!!)R R sin !!E "!"，（I ）4!#B 20!2!I 2-!2!R 2-R -2sin !!!!（sin !）-I !!{}!（R sin !E "）=sin !B R !!!-B !R !!{}R （R sin !）-I !V "!"，（2）式中B 0为偶极子场，E "为电场的水平分量，V "为等离子体粒子速度的水平分量，#为等离子体密度，B !为在经度方向的磁场分量，B "为磁场水平分量，B R 为磁场径向分量.这些耦合方程还没有解出来.不过，通过寻找最简单的理想解，可以有本征周期的初步估计.设磁流体波随着e i l "变化，有下面两种情况：（I ）轴对称型，!/!"=0，l =0，导致方程（I ）和（2）解耦合.方程（I ）简化描述一个在完全磁壳中的横模或AIfven 模，呈现环行振荡，这种模式叫做环行模.等离子体的运动和磁壳的扭曲（假设场线固定在电离层中）产生脉动.如果等离子体的密度随地心距的6次方变化，那么AIfven 波速在一个特定的场线上的各个点的速度都一样.波印廷矢量"X #指向偶极子场B 0，磁流体波导和磁壳的周期随着纬度变化.（2）轴对称极型，!/!"=0，l =0，方程（2）简化，并且描述一个快波模，这个快波模对应着整个磁层（或等离子体层）的交替压缩和膨胀.因此，等离子体和地磁场线在子午面上，电场E 为东西方向，并且波的磁场中有B R 和B !分量在子午面上.在地球表面上，B !对应着H 分量（南北的水平分量）.对于第一谐波，极型模有一个磁场分量指向主场线，它的本征周期近似的是快模磁流体.极型模的波的波印廷矢量穿过场线，磁流体能量扩散填充到这个体积，而不像环行模沿着场线被有选择的疏导.因此，在这种情况下整个空腔共振，相同的周期可以在空腔的各个点观测到，也就没有了纬度效应.与初相和主相的结果相反，在恢复相期间Pc5的主频率随着纬度的升高而降低.Pc5脉动的最大值3.90mhz 在UPS 台站（56.45 ），最小值2.64mhz在LEK 台站（65.40 ）.Pc5脉动的主频率从低纬到高纬大约增加了I.3mhz.有可能是因为恢复相期间极型振荡为主所导致.另外，由于等离子体密度的变化，波的频率随着变化.初相期间Pc5脉动的主频率在3.37mhz 附近，主相降至2.52mhz 附近，恢复相的平均频率在3.29mhz 附近.主相期间的Pc5脉动的主频率比初相期间和恢复相期间的都低，可能还与中低纬度电离层大尺度电流体系空间结构稳定性的特征有关［I0］.Pc5的谐波频率与行星际磁场B 成正比.在初相时磁层被太阳风压缩，磁层的压缩可以导致脉动频率的增加［II ］.在主相期间，重离子所占比例增大，使Pc5的传播速度和频率降低.到恢复相阶段，重离子逐步消失，Pc5的频率回升.磁暴急始和初相是太阳风动压的突然增加引起磁层压缩的物理过程反映在地球表面磁场上的现象.磁暴主相主要是由环电流形成和发展造成的.平静时环电流以质子为主，随着地磁活动增强，0+所占比例增大，在大磁暴期间以0+为主.环电流的0+主要来自高纬电离层.环电流中的质子源还不太清楚，估计平静时外环电流（L =5~7）中的35髎和内环电流（L =3~5）中的75髎来自电离层，而磁暴时外环电流中的30髎和内环电流中的65髎来自电离层［I2］.磁暴恢复相主要是由环电流的衰减形成的.环电流的衰减主要由环电流中的h +、0+等5233期杜爱民等：地磁脉动Pc5在2000年7月I5~I6日磁暴期间的特征各种离子与外大气层中性粒子的电荷交换、这些离子与热等离子体的Coulomb 碰撞以及波-粒相互作用.对能量高达几百keV 的单个带电粒子（如H +、0+）来说，电荷交换中失去电荷的过程是最重要的.图4给出了Pc5脉动功率!和位相!随地磁纬度"的变化"初相期间Pc5脉动的振幅在64 附近有一个很窄的主峰"位相随着纬度变化了大约l80 ，有可能发生共振［l3］"这些是一个场线共振（FLR ）脉动的明显特征.主相期间Pc5脉动的功率在66 附近有一个主峰，位相随着纬度变化了大约l80 ，有可能有波导管事件发生.恢复相期间Pc5脉动的功率在7l 附近有一个主峰.位相随着纬度变化了大约l80 .从图3中也可以看出从初相到恢复相主峰位置向高纬地区大约移动了7 .这有可能是场线共振点向高纬移动，而且频散越来越大.在磁暴期间的不同阶段磁层的位置不同.Pc5的频率也与磁地方时有关，但这还需要进一步探讨"图4Pc5脉动#分量的功率和位相随地磁纬度的变化Fig.4The variations of powers and phases for #componentsof Pc5with the geomagnetic latitude不稳定的波总是随着磁鞘流（即磁尾）传播，在磁地方时附近的驻点是一个自然点，穿过这个点，环型Pc5的特征将改变.穿过正午的偏振变化是由于改变传播方向的结果.能量可以穿过磁力线到共振点，在共振点产生环型振荡.图5给出了磁暴初相、主相和恢复相期间NAL 、H0R 、BJN 、MAS 、PEL 、HAN 和NUR 七个台站的Pc5脉动的极化方向、椭圆率和旋转方向.磁暴初相期间，在PEL 站（63.46 ），偏振椭圆接近线偏振；在纬度低于PEL 站的台站，偏振椭圆极化旋转方向为左旋；在纬度高于PEL 站的台站极化旋转方向为右旋，在PEL 台站两侧的极化方向正好反向，说明这个台站接近场线共振点.主相期间，在MAS 站（66.07 ）接近线偏振，纬度低于MAS 台站时，偏振椭圆极化旋转方向为左旋，纬度高于MAS 台站时极化旋转方向为右旋，在MAS 台站两侧正好反向，说明共振点可能在66 附近.恢复相期间，在BJN 站（7l.33 ）接近线偏振，纬度低于BJN 台站极化旋转方向为左旋，纬度高于BJN 的台站极化旋转方向为右旋，在BJN 台站两侧正好反向，共振点可能在7l 附近.从图5中也可看出共振点向高纬移动.以上特征从侧面证明了磁层中存在MHD 波导的模式.图5IMAGE 台站2000年7月l5日磁暴初相（a ）、主相（b ）和恢复相（c ）期间的极化图实心椭圆代表右旋，空心为左旋Fig.5Snapshot of Pc5polarization at seven stations at initial ，main and recovery phase4结论ULF 波的激发机制可以归结为四类：（l ）磁层的边界层的等离子体不稳定性；（2）内磁层等离子体分布的不稳定性；（3）波产生于磁层外后传入磁层；（4）磁层结构的巨大变化.Kelvin-Helmholtz 不稳定性在磁层顶激发面波是一种激发机制，并且许多观测支持这种与太阳风有关的激发机制.（l ）波的东西方向位相差分析说明波的位相在晨昏两侧都是向磁尾传播；（2）ULF 脉动倾向于在磁层两翼发生，尤其是上午一侧；（3）ULF 脉动活动明显受到太阳风流速的调制；（4）ULF 波偏623地球物理学报（Chinese J.Geophys.）46卷振特征也受到太阳风的控制.2000年6月15~16日磁暴期间Pc5脉动初相期间的振幅有一个主峰，并且极化椭圆接近线偏振，在线偏振台站两侧的高纬和低纬的台站的偏振椭圆的旋转方向反向.位相随着纬度变化了大约180 .这说明此磁暴期间Pc5地磁脉动可能是由KeIvin-HeImhoItz不稳定性激发的.磁暴初相和主相期间Pc5脉动的主频随纬度的升高而降低，但是恢复相期间主频随纬度的升高而升高.而且，主相期间Pc5的主频比初相和恢复相的低.这些信息显示磁力线的共振模式为环型震荡.Pc5的共振点在初相、主相和恢复相期间分别在64 、66 、71 附近，从初相到恢复相主峰位置向高纬地区移动，大约移动了7 ，说明在磁暴的不同阶段，共振点也在发生变化.在磁暴的不同阶段，地磁脉动的振幅、位相和频率的变化可以揭示磁层的变化，而且有利于理解环电流中离子的变化.参考文献［1］DunIop I S，F W Menk，H J Hansen，et.aI.A muItistations study of Iong period geomagnetic puIsations at cusp and boundery Iayers Iati-tudes. .Atmos.Terr.Phys.，1994，56：667~679［2］K H GIassmerier.ULF PuIsations.Handbook of atmosphereic electro-dynamics，2000，2：463~502［3］Green C A.The LongitudaI phase variation of mid-Iatitude Pc3-4mi-cropuIsations.Planet.Space Sci.，1976，24：79~85［4］Anderson B J.StatisticaI studies of Pc3-5puIsations and their reIe-vance for possibIe source mechanisms of ULF waves.Ann.Geophysi-cae，1993，11：128~143［5］G Chisham，I R Mann.A Pc5UIf wave with Iarge azimuthaI wavenumber observed within the morning sector pIasmasphere by Sub-AuroraI Magnetometer Network. .Geophys.Res.，1999，104：14，717~14，725［6］陈鸿飞，徐文耀.1998年5月磁暴磁层电流体系的地磁效应分析.地球物理学报，2001，44（4）：490~499CHEN Hongfei，XU Wenyao.AnaIysis of geomagnetic response forstorm magnetospheric current system in May1998.Chinese .Geo-phys.，2001，44（4）：490~499［7］R A Mathie，I R Mann.Pc5ULF puIsations associated with wave-guide modes observed with the IMAGE magnetometer array. .Geo-phys.Res.，1999，104：7025~7032［8］Mann I R，A N Wright，K MiIIs.Excitation of magnetospheric waveg-uide modes by magnetosheath fIows. .Geophys.Res.，1999，104：333~341［9］Dungey J W.EIectrodynamics of outer b.Sci.Rep.，1954，69：1316~1325［10］徐文耀.中低纬度电离层大尺度电流体系空间结构的稳定性.地球物理学报，1990，33（5）：497~504XU Wenyao.StabiIity of spaciaI structure of the Iarge-scaIe ionospher-ic current system at middIe and Iow Iatitudes.Chinese .Geophys，1990，33（5）：497~504［11］J Kangs.MorphoIogy and Physics of Short-Period Magnetic PuIsa-tions.Space Science Review，1998，83：435［12］DagIis I A.The roIe of magnetosphere-ionosphere coupIing in magnet-ic storm dynamics，in Magnetic 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ULF pulsations associat ed with wave-guide modes observed with the IMAGE magnetometer array[外文期刊] 1999(A4)8.Mann I R;A N Wright;K Mills Excitation of magn etospheric waveguide modes by magnetosheath flows 19999.Dungey J W Electrodynamics of outer atmosphere 195410.徐文耀中低纬度电离层大尺度电流体系空间结构的稳定性[期刊论文]-地球物理学报 1990(05)11.J Kangs Morphology and Physics of Short-Period Magnetic Pulsations[外文期刊] 1998(3/4)12.Daglis I A The role of magnetosphere-ionosphere coupling in magnetic storm dynamics in Magnetic Storms 199713.Walker A D M;R A Greenwald;W F Stuart Stare aurorl radar observations of Pc5 geomagnetic pulsations[外文期刊] 19791.张平.山秀明.毛玉平基于小波多分辨率分析的地磁脉动信号提取[期刊论文]-地震研究 2007(2)2.吴奇.洪明华.杜爱民.曹馨.赵旭东.张莹.徐文耀.张铁龙2007年3月3日长时间持续Pc5 ULF波的多点联合观测分析[期刊论文]-地球物理学报 2012(11)3.王程功.杜爱民.洪明华.董爱英.魏勇.赵旭东.王秋军北京地区2005年Pc6脉动统计特征及其与TID的关系初探[期刊论文]-地球物理学进展 2008(3)4.姚休义.杨冬梅.陈化然.何宇飞.高登平短周期地磁扰动的时空分布特征研究[期刊论文]-地球物理学报 2012(8)5.周志坚.杜爱民用小波方法分析2000年7月13日地磁扰动[期刊论文]-地球物理学进展 2004(4)本文链接：/Periodical_dqwlxb200303007.aspx。
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中 国大 陆 两 次 地 磁 急 变 分 析
张 素琴 杨冬 梅 李琪 赵 永芬
中 国地 震 局地 球 物 理 研 究 所 ， 京 市 民族 大学 南 路 ５ 北 号 １０ ８ ００ １
摘要
通 过 分 析 我 国 ９个 地 磁 台站 １８ ９ ５～２０ ０ ３年 间 ｙ分 量 和 ｚ 分 量 的 年 变率 曲 线 ， 现 发
１９ （ ｅＭ ｃｅｓｅ ａ． １９ ；Ｍ ｃ ｉａ ，１９ ； 伯 舫 等 ，９ ９ 和 １９ ９ １Ｄ ｉ ｌ ｔ １ ，９ ８ ａｍ ｌｎ ９ ６ 陈 ｈｉ ｌ １９ ） ９ ９年 （ ａｄａｅ ａ． Ｍ ｎｅ ｔ １ ， ２０ ） 地 磁 急 变 研 究 较 多 ， 中 ，９ １ 和 １９ ００ 的 其 １９ 年 ９９年 的 地 磁 急 变 最 近 受 关 注 比较 多 。 Ｍｏｒ ｉ ａ ａ
１９ 年 在 Ｙ分 量 上 有 明 显地 磁急 变 （ ｒ ） ９１ Ｊ ｋ 反映 ， 分 量并 没 有 明 显 反 映 。 同 时 在 ２０ ｅ ｚ ０ ０～２０ 年 ０１ 附 近 发现 ｚ分 量 的 年 变 率 曲线 斜 率 普 遍 出 现 急剧 的转 折 ， 在 ｌ分 量 上 则 没 有 发 现 这 种 现 象 。 而 ， 其 次 ， 用地 磁场 月 均 值 与 Ａ 利 指 数 月 均 值 的 相 关 性 ， 过 一 个确 定 的 模 式 ， 地 磁 场 月均 值 中 通 从 除掉 外 源 场 的 影 响 。研 究 发现 ， 对于 ｙ分 量 和 ｚ分 量 来 说 ， 否 去 掉 外 源 场 对 地 磁 急 变 的 鉴 别 是 并 无 明 显影 响 。 最 后 ， 年 变率 的等 值 线 图 分 析 了我 国地 磁 台网 范 围 内 地磁 急 变 的时 空 分 布演 用
第 ２ ４卷
第 ３期 （５ ～ ６ ） ２３ ２０
中 国 地 震
Ｅ Ｒ Ｈ ＡＫ Ｅ Ｅ Ｃ Ｎ Ｃ Ｎ Ａ Ｔ ＱＵ Ｅ Ｒ Ｓ ＡＲ Ｈ Ｉ ＨＩ Ａ
Ｖ０ ． ４ １ ２ Ｎｏ． ３
２０ ０ ８年 ９月
Ｓ ｐ．２ ０８ ｅ ０
张豢琴 、 冬悔 、 畅 李琪 等 ，０ ８ 中困 大 陆 两次 地 磁 急 变 分析 ，｝ 地震 ，４ ３ ， ５ ２０ ， 【国 ｌ ２ （ ） ２ ３～２ ０ ６。
［ 作者 简 介 】张 素 琴 ， ， 于 １７ 女 生 ９８年 ， 理 研 究员 ， 要 从事 地 磁 台 网 管理 和 地 磁 学 基础 研 究 工 作。 助 主
中 国
地
震
２ ４卷
资料进 行分 析 ， 证实 了 １９ ９ ９年急变 的存在 ； 国学者 也对急 变现 象做过 一些 研究 ， 王月 华 我 如 （９ ９ 利 用第七代 国际地磁 参考场 模型计 算 了偏 心 偶极 子 漂 移速 率 ，９ ０漂 移速 率 的 突然 １９ ） １７ 变化证 实 了 １７ ９ ０年代地 磁 急 变 的存 在 。陈伯 舫 （９ ８ 利 用 我 国 广州 、 山 、 １９ ） 佘 兰州 和 北 京 ４ 个地磁 台站 月均值 资料对 １６ ９ ９和 １７ ９ ８年 的两 次 急变 进 行 了研 究 ， 算 了各 台站 急变 出现 计 的时 间。陈 伯舫等 （９９ 对 我 国地 磁 台 ｙ分量 的分 析结 果表 明 １９ 年 急变 在 中 国地 区存 １９ ） ９１ 在某些 特殊 性 ， 急变 出现 的时 间不一致 ， 国西北 及部分 华北地 区 急变 出现 在 １９ 年 ， 在 我 ９１ 而 东南地 区急 变 的出现时 间滞后 至 １９ —１９ ９ ３ ９４年 。 陈伯舫 （０６ 还对 欧亚 美及太平 洋几 个台 ２０ ）
的二阶导数 曲线上 ， 变表 现为 阶梯状 变化 。 急
对急变 及其时 空分布 的理解直 接与地磁 场 成 因及 其变 化有 关 ， 与对 下地 幔 电导 率 的估 算 有关 ， 与对涉 及地球 内部结构 的某些 假说 的确认 相关 （ｌ ｉ ，０５ 。国 内外 研 究地 磁 也 Ｆｏ ｎ ２０ ） ｒｄ 急 变的文章 很 多（ ｈｒｗｊｅ ａ．１９ ； Ｂ ａ ａ，ｔ １，９ ７ 陈伯舫 ，９ ８ 陈伯 舫等 ，９ ９ Ｃ ｅ ，９ ８ Ｄ ｉ ｅｓ ｄ １９ ； １９ ； ｈｎ １９ ； ｅＭ ｃ ｌ ｈｉ ｅ ａ．２０ ； ｉ ｍｃ ｉ ｔ １，０２ ， ｔ １，０ ０ Ｈｒ ｉ ．２０ ） 目前对 发生 在 １０ 、９ ３ １２ 、９９ １７ （ ｉ ｒ，９５ 、 ｏ ｈｅａ ９ １ １ １ 、９ ５ １６ 、９ ８ Ｍ ｏ ａ ｌ９ ） ａ
量上发 现 了急 变现象 ， Ｄ 分量上 没有发 现 ； ｅＭ ｃｅｉ ｅ ａ．（０ ０ 等 利用 全球 １９个 台 在 Ｄ ｉ ｌ ｔ １ ２０ ） ｈ ｓ ０ 站 的 、，ｚ三分 量年均 值资料 分析 了 １９ 年 的地磁 急 变 ， ｌ 、 ９１ 并得 出地 磁急 变 的平 均 出现时
（９ ５ 等运用 小波分 析的方 法 ， １９ ） 对欧洲 台站 的地磁 ｙ分量 月均值 进行 了分析 ， 发现 了 １０ 、 ９ １
１１ 、９５ １６ ９３ １２ 、９９和 １７ ９ ８年 欧 洲 地 区 的 地 磁 急 变 ； ｈｒｗｊ Ｒ ｎａ￣ ｎ １９ ）利 用 印 度 ６个 Ｂ ａ ａ 和 ａｇｒ ａ （９７ ｄ 台站 Ｄ、 、 三 分 量 的 年 均 值 资 料 对 １６ Ｈ ｚ ９ ９年 的 地 磁 急 变 进 行 分 析 ， 几 个 台 站 的 日 、 分 在 ｚ
间在 １９ ． ± ． ９ １６ ０ ６年（ 当于 １９ ～１９ 相 ９ １ ９ ２年 间） 。Ｍａｄａ２０ ） 过 对欧洲 几 个地磁 台站 的 ｎ ｅ（００ 通
［ 收稿 日期 】２０．９０ ；［ 定 日期 】 ２０ ．５２ 。 ０７０ ． ４ 修 ０８０ —３ ［ 目类 别 】地 震 行业 科 研 专项 （０７ ８ ３ 资助 。 项 ２０ ００ 率 外 源场 等 值 线 Ａ 指 数
［ 章 编 号 ］ １０—６３２０ ）３２３０ 文 ０ １ ８ （０８ ０．５．８ ４
［ 中图 分 类 号 ］Ｐ １ ３５
［ 献 标 识码 ］Ａ 文
Ｏ 引 言
地磁急 变是地 磁场年 变率 曲线 斜率 急剧 变 化 的一种 现 象 （ 徐文 耀 ，０ ３ 。在 地 磁场 对 ２０ ） 时 间的一 阶导数 （ 磁场年 变率 ） 地 曲线上 ， 急变表 现为 一阶导数斜 率 的突变 ； 在地 磁场对 时间