8-2022研究生空间天气课件 _从空间天气的角度看变化的核心地磁场.pptx

从空间天气的角度看变化的核心地磁场

;地磁场的强度和它的几何形状决定了地球磁层的形状，它通常被认为是一个保护我们免受高能量宇宙和太阳粒子渗透的盾牌。地球磁场和生物圈之间的联系的可能性一直引起人们的极大兴趣。（地磁极性反转对生物圈的影响）;地磁场的几何形状及其在空间和时间上的演变导致在地球表面和近地空间观察到的空间天气的复杂性。对地磁场的了解有助于更??好地理解空间天气效应。;为了了解地球复杂的磁场环境，我们需要了解地磁场的起源。地球磁场包括来自地球内部来源(内部贡献)和外部来源(外部贡献)。

内部来源包括源自地球外部流体核的核心场(也称主场)和岩石圈场(由地壳中的磁性矿物引起，并从属于上地幔)。外部源起源于电离层、磁层，也来自电离层和磁层的耦合电流(场向电流，或FAC)。

当考虑到空间天气时，了解地磁场环境并量化其变化，以及可预测性的可能性至关重要。;地磁场的测量包括地磁定年术和古地磁时间序列，海洋磁倾角的罗盘记录，地磁观测站的矢量测量，以及自1960年代以来，近地卫星测量的标量磁场，直到20世纪70年代末才开始测量矢量磁场。

人类对地磁场的观测始于不到500年前的倾斜角(D)测量。图中显示，在过去的几个世纪里，地磁倾角下降幅度超过了几十度。;自1832年以来，高斯用不到200年的时间证明了确定地磁场的绝对强度的方法，并安装了第一个地磁观测站。

地磁观测站需要全面描述地磁场，因此需要两种类型的测量：矢量测量和标量测量。

矢量测量一般是用磁通门磁强计进行的，它们受仪器漂移的影响。为了减小这种漂移，在校准过程中使用了标量磁强计。

;三颗相同的卫星有一个相当不寻常的形状：梯形，带有长臂，一旦进入轨道就会展开。该任务的新颖之处之一不仅是星座概念，还有新的绝对标量磁力计，一种光泵氦磁力计，它提供磁场的绝对标量测量，具有高精度和稳定性，用于矢量场磁力计的校准。;外部磁场的来源包括源自电离层的磁场，连接磁层和电离层的磁场，以及与磁层中较远区域相关联的磁场，例如环电流、磁尾和磁层顶电流。;内部磁场（地核和岩石圈）;??用最广泛的磁场模型是IGRF系列（国际地磁参考场）的模型。它们每五年发布一次高斯系数，描述地球的核心场及其长期变化。IGRF目的是作为预测核心场的实用方法，用途无数。;另一个突出的模型类别是那些使用从天气预报改编而来的数据同化技术，以试图预测未来几年的核心磁场状态，或使用历史数据库预测过去的模型。该模型可用于从初始条件预测地球表面的长期变化。;基于卫星前时代数据的模型包括gufm模型系列和CALSK-x模型系列。使用过去400年的历史数据，主要是陆地观测记录和船舶航行数据，gufm模型是扩展到14次的球谐模型。gufm-sat模型是gufm的继承者，并结合了现代卫星数据，具有与gufm类似的参数化。CALSK-x模型系列也是球谐模型，但使用古地磁数据，覆盖最近几千年，最近的一些模型可以追溯到十万年，主要涵盖北半球。;核心场变化;地磁场在从几毫秒到几百万年的时间尺度上处于一种永久的变化状态。

（1）最短的时间尺度与电离层和磁层中产生的过程以及它们之间的耦合有关。

（2）较长的变化，从几个月到几十年的时间尺度，主要反映了地球核心的变化。

（3）很长的变化，从几个世纪到几百万年，揭示了核心过程的不同方面。

地球核心场的一个戏剧性变化是其极性的逆转，以及在没有达到逆转情况下其强度的重要下降，也就是偏移。

洋底和湖泊沉积物是这些地磁事件的唯一记录，尽管并不完美。反转的发生在时间上并不恒定，这种现象的间隔时间从不到10万年到大约5000万年不等。

在过去的8500万年中，在白垩纪的漫长的极性不强的时间间隔之后，反转频率有所增加。最后一次地磁反转，被称为Brunhes-Matuyama反转，发生在大约78万年前。最近的估计表明，两个相反极性之间的实际方向转变持续了不到1000年。有争议的观点，即这一极性逆转甚至发生在更短的时间内，是在一个世纪之内。;从Lesur等人的模型中获得的2005年的核心场径向分量及在核幔边界的长期变化;磁极的变化;南北磁极的位置是逐渐变化的，使用gufm模型和IGRF模型，可以计算出在400多年的时间里两个磁极的位置和速度都发生了改变。;加速！;解释：由位于地球外核边缘的两个磁性“斑点”之间的竞争。行星内部熔融材料流动的变化改变了上述负磁通量区域的强度。;外层岩心中的熔融物质向西加速喷射可能与之相关！！;北极创纪录的变暖;地球磁场的偶极矩在过去150年中减少了近9%，在过去2000年中减少了约30%;对流循环（左）与一个简单的轴向偶极场（右）相互作用，在地核中产生反向电流，地核-地幔边界上的反向磁场，以及轴向力矩减小。;地磁场的突出特征之一是南大西洋异常，该区域的总场强异常低，粒