1900—2000年地磁场及长期变化的空间功率谱分析

根据第8代国际地磁参考场模型,计算并分析了1900－2000年地球主磁场及长期变化的空间功率谱,并将长期变化谱分解为稳定和漂移谱、漂移谱又分解为经向漂移和纬向漂移谱分别进行分析,结果表明19002－000年主磁场的空间功率说贩等效磁源深度随时间变化,非偶极子场的等效磁源深度位于核幔边界附近,用n＝1,2两阶谐波的拟合直线得到的等效磁源位于地球内核边缘,而且1900年以来离地心向外增大,长期变化中,经度方向的漂移谱起主要作用,漂称谱有30a的周期规律,而稳定谱存在60a的周期变化特征。     

地球主磁场的周期性特征

 利用BJ模型和国际地磁参考场(IGRF)模型资料,研究了地球主磁场的周期特点.结果表明,地磁偶极子磁矩变化率、功率谱变化率以及非偶极子磁场各阶球谐系数的平均漂移速率均存在60 a左右的周期.其它与二阶项有关的地磁参数中普遍具有30 a周期,且西向漂移的加权平均项及其二阶项也存在30 a周期变化.因此60 a和30 a周期是地磁长期变化的主要特征周期.     

地磁场能量在地球内部的三维分布及其长期变化

 利用Bloxham&;Jackson地磁场模型(BJ)和国际地磁参考场模型(IGRF)资料,计算并分析了1690年以来地磁总能量、北向、东向和垂直向分量的能量从CMB到地表的分布和时间变化.结果表明,地磁场总能量以及北向和垂直向分量的能量在地表和地球内部的变化一致,1690年以来减小,东向分量的能量变化以波动形式增大,偶极子磁场能量持续减小.非偶极子磁场的能量1690~1770年减小,1770年以后增大.磁能密度在CMB附近增大较快,地表的磁能密度只有CMB的1.6%.从地表向下至CMB,偶极子和非偶极子的磁能密度的变化相反,偶极子减小,非偶极子增大.     

热带印度洋-太平洋夏季OLR变化的时空特征及其与我国夏季降水的关系

利用美国NOAA卫星观测1979-2007年OLR(Outing Longwave Radiation)资料和中国气象局国家气候中心的我国160站月降水资料,分析了热带印度洋-太平洋地区(22.5°S-22.5°N,40°E-80°W)OLR的时空变化特征及和我国夏季降水的关系。结果表明:近29年来热带太平洋南部地区OLR值有增加趋势,而热带印度洋和热带太平洋北部呈减少趋势。EOF分析表明热带印度洋一太平洋地区夏季OLR场具有东西反位相和南北反位相的变化特点,小波分析表明,这种变化主要存在着准5 a和准12 a左右的周期振荡。SVD分析表明,热带印度洋-太平洋夏季OLR场与我国夏季降水密切相关。     

1900年以来地磁场西向漂移的全球特征

根据最新公布的第 7代国际地磁参考场模型 (IGRF) ,用 4种方法计算 190 0～ 2 0 0 0年的地球磁场的西漂 ,分析西漂的时间变化规律和不同纬度圈的漂移特点 .结果表明 ,不同的方法得出的漂移速度有一定差异 .西漂主要是非偶极子磁场产生 ,低阶球谐项平均西漂大 ,其中 2阶项最大 ,高阶球谐项西漂小 .西漂的地理分布特征是北纬 40～ 80°N和南纬 70～ 80°S之间西漂速度较小 ,0～ 6 0°S之间西漂速度较大 .     

蒙古及邻区内源磁场基本特征

利用第11代国际参考地磁场(IGRF)模型和NGDC-EMM-720-V3地壳磁场模型,分析蒙古及邻区垂直分量的主磁场、非偶极子场、长期变化、长期加速度,地壳磁异常在地表及地表以上不同高度分布特征,讨论了地壳磁异常与地质构造的关系.结果显示,蒙古及邻区主磁场各成分的空间变化较小,地壳磁异常呈团状、条带状、弧形状分布,分布形态相对复杂;乌兰乌德、乌兰巴托片区的异常中心位置较为稳定;杭爱山、阿尔泰山呈负磁异常,异常分布与山脉构造走向基本一致.正负磁异常过渡区与山脉和盆地分界基本吻合.     

1600年以来地磁场主要参数的变化特征

使用第７代国际地磁参考场（ＩＧＲＦ）模型和历史资料的高斯系数,用统一的方法计算了１６００年以来地球磁矩、地磁北极位置和偏心磁偶极子的位置参数和１９００￣２０００年的地磁西向漂移,分析了各参数的长期变化特征。结果表明,１６００年以来地球磁矩一直在减小,偏心偶极子位置自１８５０年以来一直离地心向外增大。西向漂移主要由低阶球谐项产生。偏心偶极子位置的经向西移与西漂分量λ１／２有相似的周期变化形态。     

基于重力卫星数据探测核幔边界动态过程信号

使用GRACE（Gravity Recovery and Climate Experiment）重力场数据，联合多源数据模型剔除地表过程的重力信号，以分离得到核幔边界处包含液态外核流体运动特征的重力信号，同时根据CHAOS-7地磁场模型重建核幔边界与地球表面的地核地磁场变化，以此为基础使用主成分分析（PCA）与独立主成分分析（ICA）方法对重力信号与磁场信号进行统计分解，得到2种信号的时变模态与空间模态，对比分析2种信号分解结果的相关性，研究表明，重力信号第3模式的时变模态与磁场信号第2模式的时变模态相关性较好，同时，其空间模态反映了太平洋低纬度地区较为明显的东西向“偶极子”形式的变化特征，与地磁场二阶导数在太平洋地区的空间变化特征相对应，在2014年以后重力信号的时变模态与磁场信号二阶导数的时变模态均表现出相同的线性快速变化特征，与现有的研究成果相符合。     

地电荷的电容结构发电机制研究

由地电荷与地球自转运动发电原理及国际参考地磁场(IGRF)标准模型所确定的地球磁场能量的分布,经分析、推论,建立了地电荷的电容结构发电机制,并由此而建立了全球电磁场结构和等效电路.此电磁场发电机制由磁场和电路双正交结构组成,磁场正交结构为偶极子场和非偶极子场,电路正交结构为地电荷运动的等效发电环电流和电源及负载电阻组成的全球等效电路.电荷运动的等效发电环电流产生的是偶极子场;电源及负载电阻组成的全球等效电路产生的是非偶极子场.地电荷的电容结构发电机制所确定的地磁场结构模型,与现地磁场结构模型完全不同,特别是极区拱形地磁场及其双向地磁场边界特性.此模型对极光、极光椭圆区、极区双向电集流和极区离子上行,对大气电场、大地自然电位的形成和变化趋势,对行星际磁场BZ及其南、北分量BS和BN的生成,及行星际南向分量BS与磁暴的关系,以及对地震与偶极子场、非偶极子场之间的关系等,都作出了较合理的阐释.     

冬季全球大气季节内振荡的特征分析

利用欧洲中期数值天气预报中心的ERA-40逐日再分析资料,计算得到350 K等熵面上45年冬季气候平均位势高度场,再利用Butterworth滤波器得到等熵面上位势高度30～60 d低频波.应用经验正交分解(EOF)对冬季350 K等熵面上的低频位势高度场进行时空分析,结果表明:在第1主分量场上,空间分布特征最明显的是南极涛动(AAO)、北极涛动(AO)、北美-太平洋涛动(PNA)以及经向偶极型低频变化.这种空间分布形式说明在350 K等熵面上南北半球间通过太平洋地区的经向低频波列传播,使得AAO与AO相互影响,相互作用.第2主分量场上,空间分布特征则表现出全球经向和纬向上的低频波列特征,以及南北半球在大西洋地区的相互作用.将EOF分解得到的前2个主分量场的时间系数投影到1957—2002年冬季的时间序列中,发现冬季全球大气低频振荡在20世纪70年代末80年代初发生了明显的年代际突变,并在80年代末以后逐渐加强.说明在80年代末以后冬季南北半球的低频变化相互作用有所加强,也说明太平洋,大西洋上的经向传播特征更为明显.     

Latitude-dependence and dispersion of the westward drift in the geomagnetic field

The main geomagnetic field models of IGRF1900---2000 are used to study the latitude-dependence of the westward drift in the main field. The results show that the latitude-dependence exists in the magnetic components with different wavelengths (m=l-10). The globai-average westward drift rate of the component of m=l is 0.189°/a with the maximum of 0.295°/a at latitudes 40°-45°. The component of m=2 has an average drift rate of 0.411°/a with the maximum of 1.305°/a at latitude -60°. As for the components with further shorter wavelengths, the drift is generally restricted in a limited latitude range, and has many smaller drift rates. This latitude-dependence of westward drift can not be explained by rigid rotation of the earth's core. The results of this note also show that there is a negative dispersion in the westward drift, namely the components of long wavelengths drift faster than those of short wavelengths.This dispersion feature is not in agreement with Hide's MHD model. It is likely needed to find a new mechanism for explaining the observed feature of dispersion.     

地磁场日变化的空间差异对流动观测通化结果的影响

通过对中国西部、西南部和东部几组相邻的地磁台站各地磁要素日变幅的对比分析，发现各台站的地磁要素日变化具有空间差异性，这种差异性特征是趋势变化一致而幅度不同.结合一些实例，分析了野外观测资料用相邻的地磁台站的地磁要素数据通化时，通化结果有差异，并且这些差异与观测时间和观测季节关系密切.在实例中，磁偏角（D）、水平分量（H）、垂直分量（Z）及总强度（F）的通化值差异一般分别达到0.5′、6 nT、4 nT、6 nT，这样的差异值有可能影响震情研判.因此，在地震地磁监测工作中的定点连续观测十分重要，而流动地磁观测只应该作为一种补充和辅助手段.     

重庆夏季旱涝急转与大气环流异常的联系

利用1961—2012年期间重庆的逐月降水和同期NCEP/NCAR再分析资料、NOAA的海温、国家气候中心提供的126项环流指数等资料,结合长周期旱涝急转指数,分析了重庆旱涝急转的时间演变特征及其与同期和前期大气环流异常的联系.结果表明:重庆夏季旱涝急转事件有阶段连续性和间歇性并存的特点,年际差异大,涝转旱强度通常比旱转涝强度偏强.旱转涝年的旱期与涝转旱年的涝期比较,其环流特征为西太平洋副高偏西、偏强、面积偏大,低层垂直下沉运动较强,来自南海及西太平洋的水汽输送较弱,重庆易处于水汽输送辐散区,易少雨偏旱.而旱转涝年的涝期对比于涝转旱年的旱期来看,其环流特征为欧洲西岸的槽偏强,极涡偏弱,西太平洋副高偏强、偏西,低层垂直上升运动较强,来自南海及西太平洋的水汽输送较强,重庆易位于水汽输送辐合区,易多雨偏涝.西太平洋副高的季节内振荡的异常是重庆旱涝急转的主要原因.前期3月和4月的PDO和西风漂流区海温指数可以作为预测重庆夏季旱涝急转的一个先兆信号,前期3月和4月的PDO偏强(弱)、西风漂流区指数偏弱(强)时,重庆夏季可能易发生旱转涝(涝转旱)事件.     

Secular variations in geomagnetic Field caused by the fluctuations in the fluid flow in the outer-core

The theoretical spatial power spectrum of a dipole located at ( r0, θ60, φ0) can be fitted by a straight line in logarithmic scale when n is larger than 2. Based on the spherical harmonic coefficients of geomagnetic field during 1900-1995, the depth( r0) of source-layer of every 5a is calculated. The results show that r0 decreased from 1900 to 1960; abruptly changed from 1945 to 1950 related to some kind of disturbance; decreased again from 1960 to 1975; increased from 1975 to 1985; and kept stable after 1985. Then the mean energy density (MED) of each year is induced to its corresponding r0. We find that MED of dipole field kept nearly unchanged from 1900 to 1960. While, MED of non-dipole field increased. The change of r0 coinciding with the geomagnetic secular variation, impulse and length-of-day happened around 1970, suggesting that the change of r0 may be related to the impulse. The variation in the fluid flow in the outer-core caused by the core-mantle coupling is a plausible candidate in explaining the changes in geomagnetic Jerk, length-of-day, and r0.     

Dramatic variations in the Earth’s main magnetic field during the 20th century

Analysis of the International Geomagnetic Reference Field (IGRF) 1900-2000 shows that the Earth's main magnetic field has changed dramatically during the 20th century: its dipole moment has decreased by 6.5% since 1900, the strengths of its quadrupole and octupole have increased by 95% and 74%, respectively, four major planetary-scale magnetic anomalies on the Earth's surface have enhanced by 21%-56%, and the magnetic center has shifted 200 km towards the Pacific Ocean. These time-variation features are similar to the behavior before a geomagnetic polarity reversal.     

Differential rotation of geomagnetic field

The westward drift of the main geomagnetic field has been extensively studied since Halley[1] first discov-ered this phenomenon. It has been widely accepted that the global field drifts westward with an average velocity of 0.2/a[2—4]. The detailed features of the drift have been also detected, such as different drift rates for dipole and non-dipole fields, drifting and standing parts in the field, the latitudinal dependence of the drift rate, and the north-ward drift[5—12]. Several models, f…     

云南两高辐合背景下低涡强降水过程对比分析

基于气象观测和欧洲中期天气预报中心第五代大气再分析资料（ERA5）,选取2018—2020年发生在云南的3次两高压辐合区（以下简称两高辐合）背景下低涡连续性强降水过程进行对比分析,探究其环流形势、动热力因子及水汽辐合的相似性和差异性.结果显示：(1)夏半年西太平洋副热带高压（以下简称西太副高）西伸时,云南常受两高辐合影响,当辐合区中有低涡生成,易发生连续性强降水,且强降水落区并不完全分布在整个狭长的两高辐合区内.(2)两高辐合区低涡降水具有相似的雨带分布和移动特征,但雨带的集中程度、分布范围、小时雨强和总雨量存在差异.强降水开始时,落区偏东,随着西太副高西伸及东北引导气流的引导,低涡向南向西移动,强降水落区也随之向南向西移动.低涡在某一地区徘徊导致降水集中在该区域,且西太副高西伸较强时,两高辐合形势更强,低涡降水大雨及以上量级雨带也更窄.(3)低涡造成的降水主要分布在低涡中心及低涡切变附近,且降水发生在低层暖湿的环境中,低层及中高层有冷空气侵入时,小时雨强的极端性更强,降水落区也相对偏北.两高辐合区低涡降水落区与水汽辐合区对应较好,水汽辐合强度较弱时,对应的总降水量较小.