地球电磁现象物理学5-1121029.pdf

地球电磁现象物理学(7) PHYSICS OF ELECTROMAGNETIC PHENOMENA OF THE EARTH GEOMAGNETISM AND SPACE WEATHER 2012.10.29 第五章变化磁场及等效电流体系 第一节 变化磁场的一般特点 第二节 变化磁场的分析方法 第三节 变化磁场的等效电流体系 第四节平静太阳日变化 第五节 太阴日变化 第六节 磁暴与太阳扰日变化 第七节 地磁亚暴与湾扰 第八节 钩扰 第九节 地磁脉动 第十节 地磁活动性和地磁指数 §5.1 变化磁场的一般特点 变化磁场—— 随时间变化较快的 地磁场部分，主要由固体地球之外的 空间电流体系所产生，所以又称 “外 源磁场” 。外源场通过电磁感应在地 球内部产生的感应电流对变化磁场也 有一定贡献。 地磁场变化的类型 外源场 内源场 一. 外源磁场的一般特点 1.外源场的时间变化特征 外源场变化的时间尺度从几十分之一秒 (地磁脉动)到11年(地磁场的太阳活动周变化) ， 其中包括日变化、暴时变化、27 日太阳自转 周变化、季节变化等等。变化磁场的时间谱 复盖了10−2 −108 秒共10个数量级。 对比： 地核场——变化缓慢 （千年量级） 地壳场——变化极慢 （万年-百万年量级） 外源场——变化较快 （秒-年量级） 2. 外源场的空间分布特征 外源场在空间分布上的特征是它的全 球性尺度和远距离空间相关性。即一般来 说，空间梯度较小，暗示着外源场的源电 流体系具有很大的空间尺度。 3. 外源场的物理起源 外源场——起源于空间等离子体（磁流 体）动力学过程。 地壳场——起源于岩石磁性， 地核场——起源于地核等离子体（磁流 体）的动力学过程， 太阳风发电机、电离层发电机和地核发电 机过程遵循类似的物理方程，只是介质物 理参数、边界条件和受力状态不同而已。 介质物理参数 等离子体密度，粘性系数，电导率等 边界条件 内源：外核，内核，下地幔 外源：磁层顶，电离层 受力状态 内源粘滞力必须考虑；外源较小，在一些 情况下可以忽略 4. 外源场的可观测性 外源场除了可以在地面观测外，还 可以借助航天器直接进入源区观测，但 是地核场只能在地面和空间观测，其源 区无法直接到达，因此，在可观测性方 面，地核场与外源场截然不同。地壳场 也基本上是这种情况，由此导致了不同 磁场部分研究方法的不同。 二、变化磁场的分类 平静变化：Sq, L 扰动变化：磁暴，亚暴， 湾扰，钩扰，脉动 注意：地磁扰动按形态学分类与按物理成 因分类并不一一对应，有时，不同类型的 扰动是同一物理过程产生的，有时，不同 物理过程在某些地区产生类似的扰动。 太阴日（Lunar day) 月球周日视动周期。自转和公转是月球的真实运 动，运行方向是自西向东的。而月球周日运行的方向 是自东向西的，这不是月球的真实运动，而是地球自 转运动的反映，故称做月球的周日视运动。月球周日 视动周期是24时50多分钟，称做太阴日。它是地球自 转和月球公转两种运动的叠加。一个太阳日平均是24 小时，地球自转一个太阳日之后，月球也公转了13° 多。这样，地球必须再自转13°多，才能完成一个太 阴日。地球自转1°需要4分钟，自转13°多就需要50 多分钟。这就是太阴日与太阳日长短不等的原因。 中国地磁台链记录的变化磁场