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8-2019研究生空间天气课件 _地磁场.pptx

发布:2025-04-05约2.93千字共25页下载文档
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地磁场的几何形态及其在空间和时间上的演变导致了在地球表面和近地空间观测到的空间天气的复杂性。对地磁场的认识,能更好地理解空间天气效应。

空间天气被定义为从太阳开始的物理过程的集合,并最终影响地球和空间上的人类活动。太阳发出的辐射和粒子以可变延迟的方式与地磁场和大气层相互作用,从而导致电流在电离层和磁层区域流动。辐射和粒子对近地空间中高能粒子的数量也有贡献。电流和不断变化的高能粒子爆发导致地磁变化,极光,并能深刻地影响许多技术。;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)的贡献。

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,了解核心场变化是至关重要的。然而,为了分析地磁场及其变化,还需要了解不同地磁场源之间的相互作用和分离。;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。这些场是由电离层和磁层中的电流系统产生的.电离层中的这些电流系统起源于电离层等离子体中由发电机过程驱动的电流。;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,自1960年代以来,近地卫星测量标量磁场,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,一种质子进动或共振磁强计,这种装置只测量磁场的强度,不???供关于其方向的信息。要完成一套关于地磁场方向的测量信息,通常使用磁通门经纬仪,并通过测量地磁场的倾角和偏角来获得。;磁强计测量由许多不同来源产生的磁场的叠加:岩心、岩石圈、电离层和磁层。请注意,由于外部来源的贡献在很大程度上取决于纬度、LT和太阳活动,其他卫星有能力用磁层或电离层内的磁通门磁强计进行高精度和精确的磁场测量。;内部磁场(地核和岩石圈);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。;re,rc,ri分别表示地球表面、核-地幔边界和内外核半径;目前已经研究分析了现今地磁的结构及其在地核-地幔边界上的长期变化,并描绘了地磁偶极矩快速下降的地方。其中南大西洋异常(SAA)一个磁场强度较低的区域,近年来作为一种空间辐射危害引起了人们的关注,就位于这些核-幔边界上的位置。地核-地幔边界的磁场现状和地核-地幔边界以下某些大规模流动结构的持续性表明,偶极矩将在一段时间内继续减小,尽管这是全极性反转的前奏还很遥远。;1840-2000年地磁强度和地磁ADM(轴向偶极矩)在地核-地幔边界上的分布;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。;南大西洋异常区SouthAtlanticAnomaly;Mapofhorizontalintensityat2015;;Mapofdeclinationat2015;MapofInclinationat2015;Mapoftotalintensityat2015;Thesecularvariationofthemaingeomagneticfield;ThesecularvariationofthecentralpointoftheSAA;在低海拔地区是否存在SAA带来的健康问题由于大气的吸收和散射,低海拔地区的高能粒子通量很低然而,有迹象表明,在5至10公里的商业飞机飞行高度范围内,存在着SAA效应例如,沿巴黎-布宜诺斯艾利斯航线在SAA中心下方测量了高达0.3mrem/h的辐射剂量率(BottollierDepois等人2000年),略高于正常航空旅行的预期(Gundestrup和Storm1999)以这种速度,数百小时的暴露在这一水平上,将需要达到1毫西弗(2000年)的年度限额传统上建议作为安全最大限度暴露于电离辐射。然而,低水平电离辐射安全阈值的概念正受到越来越多的审查和怀疑最近提交给美国国家科学院的2005年电离辐射生物学效应第七次报告支持“

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