地球电磁现象物理学5-2_121112.pdf

地球电磁现象物理学 PHYSICS OF ELECTROMAGNETIC PHENOMENA OF THE EARTH GEOMAGNETISM AND SPACE WEATHER 2012 11 12 第五章第五章变化磁场及等效电流体系变化磁场及等效电流体系 第一节第一节 变化磁场的一般特点变化磁场的一般特点 第二节第二节 变化磁场的分析方法变化磁场的分析方法 第三节第三节 变化磁场的等效电流体系变化磁场的等效电流体系 第四节第四节 平静太阳日变化平静太阳日变化 第五节第五节 太阴日变化太阴日变化 第六节第六节 磁暴与太阳扰日变化磁暴与太阳扰日变化 第七节第七节 地磁亚暴与湾扰地磁亚暴与湾扰 第八节第八节 钩扰钩扰 第九节第九节 地磁脉动地磁脉动 第十节第十节 地磁活动性和地磁指数地磁活动性和地磁指数 5 4 平静太阳日变化平静太阳日变化 地磁平静日的太阳周日变化叫作 太地磁平静日的太阳周日变化叫作 太 阳静日变化 阳静日变化 记作记作Sq 极区的极区的 Sq 经常淹没在亚暴的剧经常淹没在亚暴的剧 烈扰动中 只有在极其平静的条件下 才烈扰动中 只有在极其平静的条件下 才 可看到规则的可看到规则的 p q S p q S Sq的主要特点的主要特点 1 基本取决于纬度和地方时两个坐标 基本取决于纬度和地方时两个坐标 2 磁场变化白天大而快速 夜间小而平缓 磁场变化白天大而快速 夜间小而平缓 3 季节变化明显 夏季变化大 冬季变化小 季节变化明显 夏季变化大 冬季变化小 4 日变幅与太阳活动日变幅与太阳活动11年周期有一定关系 年周期有一定关系 5 不同分量关于地磁赤道呈对称或反对称分布 不同分量关于地磁赤道呈对称或反对称分布 6 极区和高纬地区表现出特有的时空特点 极区和高纬地区表现出特有的时空特点 表明它有不同的起源 表明它有不同的起源 一一 中低纬度区中低纬度区Sq场的特点场的特点 波茨坦和伊尔库茨克波茨坦和伊尔库茨克 磁偏角和水平强度磁偏角和水平强度 的变化 的变化 相距近相距近 万公里 万公里 1 1 时间变化主要依赖于地方时时间变化主要依赖于地方时 2 空间变化主要表现在纬度变化上空间变化主要表现在纬度变化上 Sq 随纬度的变化 随纬度的变化 从左到右分别是从左到右分别是 X Y Z I 横坐标是地方时 横坐标是地方时 地方时地方时 纬度坐标纬度坐标 系中系中Sq三要素的三要素的 等值线等值线 Sq水平矢量分布 纬度水平矢量分布 纬度 地方时 地方时 西向西向西向西向 东向东向 东向东向 西向西向 A Schuster早期早期 1887 研究研究 Schuster根据根据Sq水平矢量的纬度水平矢量的纬度 地方时分布特点地方时分布特点 提提 出两种可能的电流体系 出两种可能的电流体系 Sq地磁场变化既可由地磁场变化既可由 高空高空两个电流环形成 北半球电流反时针流两个电流环形成 北半球电流反时针流 动动 南半球电流顺时针流动南半球电流顺时针流动 赤道附近从晨侧经中午流向昏侧电流赤道附近从晨侧经中午流向昏侧电流 东向东向 也可以由也可以由 地下地下两个电流环形成 北半球电流顺时针流动两个电流环形成 北半球电流顺时针流动 南半球电流反时针流动南半球电流反时针流动 赤道附近从昏侧经中午流向晨侧电流赤道附近从昏侧经中午流向晨侧电流 西向西向 同样水平磁场同样水平磁场 但相反垂直磁场但相反垂直磁场 高空高空 北半球北半球 Z 南半球南半球 Z 地下地下 北半球北半球 Z 南半球南半球 Z 借助借助Sq的的Z分量分分量分 布布 Schuster采用采用 了高空电流方案了高空电流方案 y x z I 地面地面 地下地下 北半球北半球 南半球南半球 Bx 0 Bz 0 Bx 0Bz静日 振幅随周期静日 振幅随周期 频率频率 加长加长 降低降低 而增强而增强 地磁脉动谱随纬度的分布地磁脉动谱随纬度的分布 16个地磁台 个地磁台 6个周期段 个周期段 左 中 右三图分别是磁静日 左 中 右三图分别是磁静日 月平均和磁扰日的情况月平均和磁扰日的情况 5 10 地磁活动性和地磁指数地磁活动性和地磁指数 描述磁扰活动水平的指标描述磁扰活动水平的指标 一 一 地磁指数分类地磁指数分类 采用的时间 采用的时间 为了全球指数的统一性和可对比性 为了全球指数的统一性和可对比性 一律采用世界时来划分时段 一律采用世界时来划分时段 按物理意义分类 按物理意义分类 有的指数描述磁场的总体活动水有的指数描述磁场的总体活动水 平 有的描述某一特定类型的磁扰 平 有的描述某一特定类型的磁扰 按空间尺度分类 按空间尺度分类 有的指数只反映单台的扰动情况 有的指数只反映单台的扰动情况 有的则反映全球的平均活动水平 有的则反映全球的平均活动水平 按现象的时间尺度分类 按现象的时间尺度分类 1分钟 分钟 1小时 小时 3小时 小时 1天 天 1个月 个月 1年 年 地磁活动带地磁活动带 AE Kp Dst指数台站指数台站 中科院地质地中科院地质地 球所现有的台球所现有的台 站分布站分布分别位分别位 于高于高 中中 低低 纬和极区纬和极区 可可 以同时监测地以同时监测地 球上几个重要球上几个重要 纬度带的地磁纬度带的地磁 活动情况活动情况 第一类地磁指数第一类地磁指数 描述特定类型磁扰描述特定类型磁扰 Dst 赤道环电流赤道环电流 AE AU AL A0 极光带电集流极光带电集流 Dst指数 cos cos nn kk kk nn kk kk HnH Dst n H Dst 其中 为消除长期变化和静 日变化的水平强度 为台站的纬度 150 100 50 0 150 100 50 0 50 0 100 50 0 150 100 50 0 0306090 120 150 180 210 240 270 300 330 360 60 40 20 0 150 100 50 0 100 50 0 1998 1999 1996 Dst nT 1997 1993 DAY 1993 1999 1994 1995 HOURLY Dst INDEX FOR 1993 1999 极光电集流指数极光电集流指数AE AU AL A0 AU AE台站水平分量的台站水平分量的上上包络线包络线 AL AE台站水平分量的台站水平分量的下下包络线包络线 AE AE AU AL A0 AE AU AL AE指数和亚暴电流指数和亚暴电流 C Ci指数 指数 C 单台磁扰强度指数 分 单台磁扰强度指数 分0 1 2三级三级 Ci 多台平均 国际磁情活动指数 多台平均 国际磁情活动指数 K Ks Kp指数 指数 K 单台三小时地磁活动强度 分十级 单台三小时地磁活动强度 分十级 Ks 消除季节和纬度变化的标准指数 消除季节和纬度变化的标准指数 Kp 多个台标准指数的平均 行星际 多个台标准指数的平均 行星际3小时小时 磁情指数 分磁情指数 分28级级 第二类地磁指数第二类地磁指数 描述地磁活动总体水平描述地磁活动总体水平 Kp指数的半对数性质 不便求和计算 指数的半对数性质 不便求和计算 0246810 100 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 Range A nT K index upper limit of K lower limit of K a index or middle value of