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1、第21卷第4期地球物理学进展Vol.21No.42006年12月(页码:1043～1060)PROGRESSINGEOPHYSICSDec.2006地磁与空间物理资料的组织和相关坐标系徐文耀(中国科学院地质与地球物理研究所,北京100029)摘要在地磁与空间物理学实验研究和理论研究中,无论是观测资料和实验数据,还是理论计算和数值模拟结果,都需要组织在一定的坐标框架中,或者用一定的函数(函数系)来表达.坐标系或函数系的选择对于合理描述资料和发现自然规律是十分重要的环节.本文综述了地磁与空间物理研究中经常使用的20多种坐标系,着重探索这些坐标
2、系的基本设计思想和相互联系,追踪它们的发展演化轨迹,从而加深对资料组织和坐标系选择的理解.关键词坐标系,函数系,观测资料,地磁坐标中图分类号P318文献标识码A文章编号1004-2903(2006)04-1043-18DataorganizationingeomagnetismandspacephysicsandrelevantcoordinatesystemsXUWen-yao(InstituteofGeologyandGeophysics,ChineseAcademyofSciences,Beijing100029,China)Abs
3、tractItisessentialtodesignsuitablecoordinatesystemorchoosesuitablefunctionfamilyfororganizingobserveddata,experimentalresults,theoreticalcalculationandnumericalsimulation.Thispaperreviewsmorethan20coordi-natesystemscommonlyusedingeomagnetismandspacephysics,discussingtheba
4、sicdesignideaofcoordinatesys-temsandtheirrelationshipforunderstandingdataorganizationandreferencesystemchoise.Keywordscoordinatesystem,functionfamily,observationdata,magneticcoordinates[1,2]果更容易理解.它的作用主要有以下几个方面:0引言(1)简化数学表达,突出主要因素.例如,球坐标在科学研究,特别是在实验研究中,选择适当的系中球面方程的表达式远比直角
5、坐标系中简单明坐标系来组织资料,或者用适当的函数(函数系)来了,地磁位的球谐表达式清楚地显示出磁场内外源表述结果,是极其重要的一个环节.实践告诉我们,场部分的空间分布规律.同样一组资料,在一个坐标系中,可能看不出明显的(2)减少变量数目,凸现物理本质.例如,一般应规律性,但是,如果采用另一个适当的坐标系,就会力张量包括9个应力分量,当我们把坐标系旋转到显现出比较规律的分布.哥白尼一旦把坐标原点从主应力方向时,除了3个主应力外,其余分量全为地球移到太阳,立即给出了简单明了并统一和谐的零.电离层电导率张量也有类似性质.行星运行规律.门捷列耶夫
6、不按原子量,而按原子序(3)合理组织资料,有助发现规律.例如,在世界数排列和组织元素,揭示出物质世界的规律;生物分时UT坐标下组织地磁资料可以清楚地显现暴时变化的全球同时性特征,研究地磁静日变化和扰日变类学家把成千上万种动植物整齐有序地组织在界、化要使用地方时LT,而研究极区磁场变化有时必门、纲、目、科、属、种的框架之下,展现了生物界的秩[3,4]须采用磁地方时MLT.序.地磁与空间物理是一门观测科学,从观测资料选用适当坐标系可以使资料排列更合理,使结收稿日期2006-06-10;修回日期2006-08-26.基金项目国家自然科学基金项目
7、(批准号40436016)资助.作者简介徐文耀,男,1944年生,1966年毕业于西安交通大学数理系,1983年于中国科学院地球物理研究所获理学博士学位.从事地磁与空间物理研究.(E-mail:wyxu@mail.igcas.ac.cn)1044地球物理学进展21卷图1Explorer-1卫星观测到的粒子计数随高度的变化(a)和随磁场强度(b)的变化Fig.1Variationsofparticlecountswithaltitude(a)andwithmagneticfieldintensity(b)observedbyExplore-
8、1图2(a)Rikitake双圆盘耦合发电机中电流的变化和(b)相空间中的混沌特征Fig.2(a)VariationsofelectriccurrentsinRikitake’sdouble-
