地磁场的变化

地球磁场的变化表现为每一个地磁要素量值的变化，这种变化分为长期变化和短期变化。长期变化的原因是地球内部的物质运动，表现为各地磁要素全年平均值的变化。短期变化的原因是大气电离层的变化，表现为每日纪录的差异。

图4.1.3 亚洲部分地区地磁场总强度等值线示意图（1970）

4.1.4.1 地磁场的长期变化及其规律

地磁要素年均值随时间变化常以100～10000 a为周期，这种缓慢的变化称为长期变化。长期变化的场源是在地球内部，由地球内部物质的结构和物理性质决定。长期变化与地球液核有关，起源于导电涡流随时间的变化。通过研究发现近代地磁长期变化的特点是地球磁矩每年以0.05%的速度衰减；地磁极沿纬圈以每年0.05°的速度向西移动；磁轴相对于地轴以每年0.05°的角速度向西旋进；大陆磁场以每年0.2°的速度向西漂移和0～2 km的速度向北漂移；形成平均以10 nT/a的速度兴衰；长期变化本身以每年0.3°的速度向西漂移。

地磁场的长期变化是全球性的，因地而异；长期变化具几十年至几千年的不同周期；不同年代的长期变化等变线图具不同形状和大小，焦点位置缓慢地向西移动；长期变化的中心具有明显的向西漂移和不明显的向北、向南位移；地磁极位置在不同年代有规律地迁移，每隔一定时期，南北两极发生极性反转。美国地球物理学家考克斯综合编制出近450×104 a来地球磁极倒转年表（表4.1.2），在这期间将磁极正反倒转，分为四个时期，各期又有多次正反倒转事件。目前正处在布容正向期。磁极倒转对地球环境影响重大。

4.1.4.2 地磁场的短期变化及其规律

地磁场中以日、时、分、秒等时间单位为周期的变化称为地磁场的短期变化。短期变化分平静变化和扰动变化两类。

（1）平静变化

这是一种连续出现、在一定程度上具有周期性的变化场。包括太阳静日变化、太阳日变化和年变化。

表4.1.2 450×104 a来地磁极性年表

a.太阳静日变化。太阳静日变化是地磁要素以一个太阳日为周期的变化，常称日变。是高空电离层中某种电流体系引起的，与观测点的纬度、时间（一昼夜或一年）及太阳活动的周期变化有关。一般规律是，在一日中，白天变化大，夜间变化小：水平分量δT变化具有一个午前极小值和一个午后极大值；垂直分量δZ的变化和偏角ΔD变化都具有一个早晨极大值和一个中午极小值；不同日期的日变幅值和相位都不相同，幅值呈现出季节性变化和大致以11年为周期的变化规律；相位变化小而无规律。在同一磁纬度的不同点，同一日中日变具有相同的数值和形态特征，但在不同的磁纬度上却不相同——日变幅值在高纬度区小，中低纬度地区强，地磁赤道处最强。平均幅度为几nT～几十nT。

b.太阴日变化。这是一种与月球对于地平面位置有关的周期性变化场。Z和H要素的最大变化幅值只有1～2 nT，偏角变化不到40″。在高精度磁测中，需要考虑。

c.年变化。这是一种以一年为周期的变化。水平强度的年变化最强，夏季出现极大，冬季出现极小，变化幅值约为15～30 nT。

（2）扰动变化

地磁各要素在平静变化的背景上发生的突然变化称地磁扰动。据研究认为扰动场来源于磁层边界，与太阳微粒子流对地球磁层的作用有关；扰动场来源于磁层中，与磁层内部环绕地球的环电流的发生有关；扰动场来源于磁极区磁扰动，是离地球表面约为100 km处电离层中流动的电流所产生的磁场。

地磁场的扰动类型多样、特征各异。有以一个太阳日为周期的太阳扰日变化、有以秒单位为周期的地磁脉动、及有非周期变化的磁暴。对磁测影响较大的是磁暴和地磁脉动。

a.磁暴。磁暴是一种非周期、强度大、波及全球同时发生的扰动。磁暴的发生使地磁要素突然变化，尤其是H分量的变化明显。磁暴有中强、中烈和强烈磁暴三级。磁暴发生的频率与太阳的活动性有关、与季节有关、与太阳风参数有关，磁暴还具有27日重现性的特征和约以11年为周期的变化规律。

b.地磁脉动。地磁脉动实质上是一种电磁波，具有准周期结构，脉动的频率从mHz到nHz。包含稳定型脉动和不规则型脉动两种。地磁脉动与磁层等离子体和太阳风等离子体的动力学与磁流体的不稳定性有关，也和磁层内部的***振过程的激发有关，亦即为地球磁层和太阳风中激发出的一种磁流体波。研究脉动的结果证明，辐射带参数的变化、磁层与太阳风相互作用的特点、等离子体层顶形态的变化、磁尾的结构以及其他一些过程，在一定程度上对地球电磁场扰动状态的特征产生影响。