基于Sq和地磁指数的地磁场变化特征分析

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1、中国地质大学（武汉）《地磁学》课程论文报告地磁场变化特征姓名：陈思学号：20131001050院（系）：李四光学院专业：地球物理任课教师：李媛媛评阅人：二○一六年一月基于Sq和地磁指数的地磁场变化特征分析 陈思1                            1 中国地质大学（武汉）， 武汉430074摘要 早在16世纪人们就发现磁偏角经历着缓慢的变化，研究地磁场的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具有重要的意义。本文利用地磁台站观测的数据和地磁指数分析地磁场的太阳日变化Sq变化特征和地磁扰动现象，采用希尔伯特-黄变换和快速

2、傅里叶变换方法对地磁数据进行分析，得到周期变化谱，对地磁场变化特征进行分析。关键词 地磁场变化太阳日变化地磁指数AnalysisofthegeomagneticvariationswithSqandgeomagneticindexSiChen11 ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan),Wuhan430074,ChinaAbstract  Earlyinthe16thcenturyitwasfoundthatthemagneticdeclinationisexperiencingslowchanges.Itisofgre

3、atsignificancetostudythelong-termchangesoftemporalandspatialinthegeomagneticforunderstandingthemovemrntandthenatureofthematerialinsidetheearth.Inthispaper,thegeomagneticobservationaldataandgeomagneticindicesanalysisofthegeomagneticfieldsolardailyvariationvariationandgeomagneticd

4、isturbances.WetaketheHilbert-HuangtransformandfastFouriertransformmethodtoanalysisthegeomagneticdata,andanalysisthegeomagneticfieldvariationswithobtainedcyclespectrum.Keywords geomagneticvariationssolardailyvariationsgeomagneticindex1 引  言地球磁场起源于地球内部的地核发电机，穿过地幔、岩石圈和大气层等圈层延展至太空，在

5、与太阳风的相互作用下形成磁层。地磁场具有各种时间尺度的变化，较短周期的主要来自于磁层中的扰动，较长周期的主要来自于地核的变化。地球磁场的变化在时间跨度上非常大，有零点几秒至十几分钟的地磁脉动，也有几万年至几百万年周期的主磁场极性倒转，同时磁场变化常常具有地区差异，在地球上不同地方表现出不完全相同的变化，使得磁场的变化显得非常复杂。特别是在磁暴、亚磁暴等空间天气事件期间，地磁场变化尤为剧烈。当太阳对地面干扰不存在时，地磁场在地面上的记录则显示出规则的日变化，主要表现为24，12，8，和6小时的频谱分量，称为太阳静（Sq）的变化。太阳静日变化是电流在发电机

6、区域的电离层（约90和150公里）产生的结果，中性风驱动电动势通过电离层的风力发电机机制[Y.Yamazaki,M.J.Kosch,2014]。在地磁活动期间，磁信号往往是由其他电流如磁层环电流的影响占主导地位，但电离层风发电机电流系统持续产生太阳静日的变化。太阳静日变化一般解释中性风，等离子体密度和主磁场所在发电区域。太阳静日变化的电流驱动是大气太阳潮所产生的局部热层中由于太阳紫外线加热产生的。地磁扰动与整个日地过程，尤其是与太阳风-地球磁层的相互作用过程密切相关，它实质上就是这一过程的终极表现形式。在太阳风-磁层-电离层能量耦合研究中，可以用Dst

7、磁暴环电流指数估计环电流的能量。地磁扰动关注的是磁扰活动特点，而不规则变化是相对于规则变化而言的，要得到不规则变化，必须知道规则变化。因此本文分析地磁场变化特征从静日变化与地磁指数变化两个方面讨论；利用地磁台站观察到的数据，对中低纬至赤道地区进行分析研究，得到太阳日变化以及地磁扰动特点，进而分析地磁场变化特征。2 方法原理2.1 希尔伯特-黄变换法希尔伯特-黄变换（HHT）由黄鄂教授在1998年提出，在此之前，傅里叶变换、小波变换等都已经被广泛的应用并获得不错的结果，但是传统的信号处理方法并不能适应非线性非稳态信号的处理，这正是HHT方法的意义所在.H

8、HT是一种自适应的时频频分算法，它首先通过经验模态分解（EmpiricalModeDecomp