地磁地磁场的长期变化

分量图中很强，掩盖了任何可能的西漂迹象，
而Y分量图中这部分对称场不存在。
布拉德等用地磁图直接比较方法分析了1907-1945年地磁图， 得到的西漂速率为0.2660/a.
2. 纬度剖面移动法
令 C0,,t是磁位或某一地磁要素在时刻t沿固定纬度
圈 0 的分布
由 t t1,t2 两条C曲线的差可以求出经度漂移量和平均
② 存在一个临界温度T,当温度高于T时铁磁性消失, 铁磁性物体转变成顺磁性物体,此时的T称为居里温 度或居里点。
一、长期变化现象 （1）如果对比同一地磁台在数年中的年均值，
可以发现个地磁要素都在随年代变化，且在一段时间内， 这种变化往往保持一定的趋势。
D：呈上升的趋势 I：1910～1945，
1946～1952，
1953～1966，
1967～1980
伦敦的变化：圆圈的四分之三 长期变化有某种周期性
波士顿和巴尔的摩的变化完全是另外一种样子
(3) 西漂的速率随时间而变化： (4) 不同地区西漂速率的变化没有明显的相关性。
(4) 西漂主要发生在地磁场非偶极子部分。 (5) 正是几块大尺度磁异常的西漂构成了地磁场西 (6) 漂的宏观表象。
(5) 西漂也发生在主磁场的长期变化中。
二、向西漂移的速度及其计算 1．地磁图直接比较法
对比不同年代的地磁图，发现等变线焦点、零偏线、 零变线等特殊等值线在随时间缓慢西漂。
第三章 地磁场的长期变化
研究地磁场长期变化的时空分布规律， 对了解地球内部物质的性质和运动的具有重要意义， 这也是固体地球物理的一个重要研究方向
全球地表地磁场Y的时间演变
§3.1 地磁场的长期变化及特征 §3.2 地磁场的西向漂移 §3.3 地磁场的极性倒转和古地磁
§3.1 地磁场的长期变化及特征
A m[ gn m (t)P n m (c0 o )2]s [ h n m (t)P n m (c0 o )2]s
n m
n m
m(t)
1arc m
hnm(t)Pn（ m cos0)
tannm(
)
gnm(t)Pnm(cos0)
nm
这种方法称为纬度剖面谐波分量的漂移.日本的行
武毅利用这方法分析了1829-1955年资料 ，得到
描述主磁场长期 变化的整体特征
（1）地磁偶极矩M的变化
1587.5～1900 每百年4%
1900～2005 每百年5%
再过2000年，M=0 地磁偶极场消失?!
地球磁矩变化具有周期性
偶极矩在减小，多极子强度在增加
2.0
n=2
n
Rn(n1) [(gn m)2(hnm)2]
m0
1.8
1.6
n=3
西漂速率=漂移量/时间差
西漂速率=漂移量/时间差。 直观、简便。 这种西漂现象在偏角图 中最为清楚(为什么？)。
地磁场等偏线变化反映出的西漂
西漂现象在偏角图中最为清楚:
一方面因为等偏线大致沿南北方向，与之垂直的东西向移动最 易显示出来，而其他分量图的等值线基本沿东西方向，不易识 别西向漂移；
X (, )n 1m n 0(p n mco m sq n m sim n)dn m d (Pc)os
非偶极子场的西向漂移特征：
1. 西漂的平均速度约为0.2°/a；
2. 非偶极子场的西漂是全球性的， 但是并非世界各地的漂移速度都一样。
3. 每年以10nT量级的速度增减
Fig 非偶极磁场Z分量的全球分布
(5）长期变化谱（周期） 根据对现代地磁资料及考古地磁资料所作的频谱分析表明， 地磁场的长期变化显示出某些优势周期，在时间谱上表现 为若干个峰值，其周期大约为
58年 450年 600年 1800年 8000年 10000年 等
确定方法：频谱分析 由实际资料看出
由高斯系数的年变率求出
但350年以上的周期由考古地磁学定出
磁矩的长期变化谱
磁矩存在约48年82年的周期
总结： 地磁场长期变特征 （1）时间特征
存在变化周期,周期有58年、450年、600年、 1800年、8000年、10000年 等。
漂移速度。令
X C 0 ,i,t2 C 0 ,i ,t1 2
i
求出使X取取极小值的 ，即是所要求的漂移量，进而
求出漂移速率（东漂为正）
•
0
t
t=t2
布拉德等用这种方法计算了各纬度圈的漂移速度，得到地磁 场西漂速度为0.1800/a 详细一点，纬度剖面曲线可以分解为傅立叶谐波
n
C a ,0 ,,t g n m tcm o s h n m tsm in P n m co 0 s n 1 m 0 Amtcomsmt m1
地磁场长期变化的地区差异及其复杂性
（2）对比不同年代的地磁图，发现： 等值线的形状和位置在缓慢地变化。
对比不同年代的非偶极子场图，发现： 其变化更为明显。 强度：非偶极子场比偶极子场弱得多， 时间变化：非偶极子场比偶极子场要剧烈。
南大西洋磁异常（SAT） 北美磁异常（NAM） 非洲磁异常（AF）
早在1693年，哈雷最早 注意到地磁场的西漂
西向漂移比较系统的研究却是在二十世纪五十年代。
一、地磁场的西向漂移
从总体上看，地磁场长期变化焦点及世界异常中心向西迁移的 现象称为地磁场的西向漂移。
现代地磁图（D）与 哈雷地磁图
（D）比较,可以清 楚地看出西漂
地磁场西向漂移的主要特征
(1) 全球平均西漂速度约为0.2˚/a。 (2) 西漂速率因地而异： (3) 大西洋、欧洲和美国西漂明显， (4) 东太平洋、西亚、加拿大、澳洲和南极洲西漂 (5) 很慢。
§3.3地磁场的极性倒转和古地磁
地磁场的极性倒转: 指磁北极和磁南极的方向发生1800的改变。 这种现象只有通过古地磁和近代的海洋磁测才发现。
地磁场极性倒转是地磁场长期变化的重要特征 地磁学的这一重大发现极大地推动了地球科学的革命 它是全球构造理论（板块学说）的重要观测基础之一
地磁场极性倒转是古地磁学的重要研究成果，古地磁 学是以地磁学和岩石磁学为基础，通过测定岩石和古代文 物的天然剩余磁性，分析它们的磁化历史，研究导致它们 磁化的历史时期的地磁场环境。
•
1
=-0.080/a，
•
2 =-0.4440/a，
•
3 =-0.0910/a。
3.谐波分量中不同球谐分量的漂移计算
组成纬度剖面的每一个谐波分量又是由许多球谐分量合成的， 因此，可以计算各球谐分量的漂移特征。
地表主磁场磁标式的表达式为： n
0UR (gn mcomshnmsim n)Pnm(co)s n1m0
仿照地磁图的画法，我们可以作出地磁要素年变率的等值线图， 称之为长期变化等值图或等变线图。
2006年地磁场垂直分量等变线图
a. 等变线是围绕几个中心分布的，在中心处，年变率最大， b. 这些中心称为等变焦点。
b. 长期变也划分为正负两种变化， c. 规定垂直分量增长（减少）为正（负）。
c. 将不同年代的等变图进行比较， d. 发现长期变化的焦点数目、位置、年变率大小也在变化。
欧亚大陆磁异常（EA） 大洋洲磁异常（AUS）
非偶极子场Z的等值线图 （单位：2000nT)
例如： 非洲磁异常中心，在经度
方向变化就非常明显： 在1590年至2005年间，
92°E 11°S
向西移动103° V～0.25°/a
过去400年磁场总强度的长期变化
西向漂移
• (非偶极场的 西漂造成)
Y (,)n 1m n 0(p n m sim n q n m cm o)ssm iP n n m (c)os
n
Z (,) (p n m cm o sq n m sim n )P n m (c)os n 1m 0
另一方面，
g
0 n
系数所表示的磁场对称部分在X，Z
4.全场速度法求西漂速率
这种方法不讲,干兴趣的同学可以参看徐文耀的<地磁学> P113-117
三．西向漂移的理论解释
对地磁场西向漂移的解释，至今也没有一个定 论。有的认为起因于与核幔边界有某种耦合的下地 幔的不均匀性，也有的认为与核幔边界地形起伏有 关，或者核幔边界温度的变化等有关。
付承义教授认为：“向西漂移也许是近代地磁场的 一个统计特征，再过几千年，也许漂移方向改变，所 以不一定有更深刻的物理意义。”
(3) 长期变化等值图 长期变化率（年变率）：任何一种地磁要素的年均值的年变化
t0年年变率的定义:
FF2F1 t t2t1
叫t做 0年的年变率
其中t0=t1+Δt/2 t以年为单位,Fi 是某要素在i年的年均值,要求
Δt ≤3-5年
有了年变率，如
g
m n
，IGRF有效期内任一年的高斯系数：
g n m ( t) g n m ( t0 ) ( t t0 )g n m
n
R (t)/R (1900)
1.4
n
1.2
1.0
n=1
0.8 1900
1920
1940 1960
T/a1980Fra bibliotek2000
东半球磁场强度增大，西半球减小
（2）磁极移动 地球磁极的缓慢移动是地磁场长期变化的一个重要特征。
地磁北极: 1590～2005年，经度一直减小，
总体上向西漂移，共漂移了 49.590，漂移速度约为0.120/a；
概念：地磁场的长期变化 地球基本磁场（主磁场）自身的一种随时间的缓慢变化。 注意：
① 对象：基本磁场（主磁场） ② 特征：缓慢变化—变化周期几年到上万年。
主磁场： 起源于核幔界面
偶极子场+非偶极子场
主磁场获得
通常以地磁要素的年均值表示主磁场大小