北京國家地球觀象臺地磁場長期變化特征分析

張秀玲，范曉勇，周江林，龔 正

（中國地震局地球物理研究所 北京國家地球觀象臺，北京 100095）

?

北京國家地球觀象臺地磁場長期變化特征分析

張秀玲，范曉勇，周江林，龔 正

（中國地震局地球物理研究所 北京國家地球觀象臺，北京 100095）

摘要：利用北京國家地球觀象臺1957—2013 年的地磁連續觀測資料，對北京地磁場七個分量的均值和年變率進行分析，總結出地磁場七個要素不同的變化特征。此項工作對了解和應用北京地震臺地磁的資料有一定的意義。

關鍵詞：北京地磁場；長期變化；年均值；年變率

0　引言

地磁場可以分為基本磁場和變化磁場兩大類，基本磁場主要部分來源于地核，其隨時間的緩慢變化叫地磁場的長期變化，地磁場長期變化是全球性的現象，這種變化提供了地球內部物質運動的信息。最早的、較為系統的長期變化現象記錄是英國倫敦在1634 年和1580 年在同一地點測量磁偏角發現磁偏角隨時間發生變化，后來也發現其它地磁要素也有類似的長期變化趨勢。長期變化資料的頻譜分析以及考古地磁資料的研究指出，地磁場的長期變化可能具有58年、450年、600年、1800年、8000年和10000年等周期變化。人們常常用偶極矩強度的變化、地磁極移動、非偶極磁場的西向漂移和長期變化自身的西向漂移、磁極倒轉和急變等特征來描述主磁場長期變化的整體特征,只有研究并充分認識它們的規律，才能正確提取異常場[1]。

地磁場長期變化的區域特征受到地球物理學界和地質學界的極大關注,國內外對地磁場長期變化規律作了大量研究。徐文耀等和王覃文等分別研究了地球偶極磁場短期和長期的變化規律[2,3],孫旭麗分別分析了長春地磁臺數十年的地磁數據[4]，總結了地磁場長期變化的區域性規律，這些研究從不同角度揭示了地磁場主要的變化規律,反映了地球基本磁場在相應時間段的變化特征。本文利用年北京國家地球觀象臺1957—2013年的地磁觀測資料對北京地磁場長期變化進行分析。

1　臺站簡介

北京國家地球觀象臺（以下簡稱北京臺），地磁觀測位于北京市西北郊白家疃村南一九五二年選址、興建。基地質為洪基層，根據院內北半部鉆探查明，奧陶系石灰巖埋藏于54米以下，上部為沙土，沙礫，卵石分層覆蓋。一九五四年落成，一九五五年安裝儀器試記，一九五七年七月一日正式投入觀測，產出地磁觀測的第一張圖紙。現有觀測室一座，半地下的連續記錄室一座，實驗室一座，儀器觀測房三間，觀測場地一萬平方米。北京地磁觀測從1957年7月1日投入正式觀測以來，保持了連續50多年的可靠記錄數據。在地震局“九五”、“首都圈示范工程”國家項目實施完成后，于2001年增加了數字化儀器，于2002 年1月投入記錄和觀測，為全國及世界地球物理研究提供地磁觀測數據。

2　資料的選取和方法

本文的數據資料選用北京臺1957—2013年的地磁觀測資料，1957—2008年資料采用模擬時期的觀測數據，2008年以后應用數字化觀測數據，主要是分析地磁場七要素的數據，具體要素有磁場總強度（F）、水平強度（H）、垂直強度（Z），北向分量（X）、東向分量（Y）、磁偏角（D）、磁傾角（I），利用七要素的年均值和年變率分析地磁場的長期變化。

表1　北京地震臺地磁1987—2013年年均值

3　北京地磁臺長期變化的特性

研究地磁場的長期變化就是研究內源場，即各種地磁要素的多年所引起的變化。本文主要對北京地磁臺1957—2004年的地磁場七要素進行統計（表1），圖1是七要素的長期變化曲線，從各自的變化趨勢來看，形態變化既有相似性，又有獨特性，以下逐一對地磁場的七個分量從年均值和年變率的變化進行分析。

3.1磁偏角（D）

北京臺1957—2013年磁偏角的年均值從偏西5o40.93'到偏西6o43.80'，D增大62.87′，平均年變率增大1.10'/a。

磁偏角的變化分為五個階段：第一階段是1957—1966年增大期,年均值從5o40.93'W到5o53.83'W，10年間增大了12.70'，平均年變率為1.27'/a。第二階段是1966—1974年的平緩期，8年間磁偏角的年均值都在5o54'W左右。第三階段是1975—1986年的增大期，年均值增大9.1'。第四階段是處于1987—1994年平緩期，年均值在6o4.0W'左右。第五階段是1994—2013年的增大期,年均值逐漸偏西，增大了41.45'，年變率為2.18'/a。57年中磁偏角在逐漸偏西增加中，這反映了地球磁極在緩慢移動中。

北京臺磁偏角呈現緩慢偏西的趨勢，與長春地磁臺的磁偏角變化趨勢一致。

3.2磁傾角（I）

磁傾角的變化分為：第一階段：1958—1965年為下降期，年均值減小6.91'。第二階段：1966—1972年的I年均值在57o12.0'左右，比較平穩。第三階段：1973—1999年27年間I年均值增加了0.88o,年變率增加了1.96'，磁傾角一直處在上升階段。第四階段：2000-2007年為平穩期。第五階段上升期，2008-2013年出現增長趨勢。

1957-2013年磁傾角年均值增加68.34'，平均年變率為1.20'/a。磁傾角呈現緩慢上升的趨勢。

3.3地磁總強度（F）

地磁總場的變化可為：第一階段：1959—1975年的下降期，F年均值從55242.21nT 到54826.01nT，減少416.2nT，平均年變率為-23.1nT/a。第二階段：1976年年變率增36.5nT,年均值F值為54862.6nT達到高點，從1976年到1982年，F 的年均值逐年減少，減少了10.21nT。第三階段：1983—1999年又逐漸增強，17年增大354.61nT。第四階段2000—2006年年均值減少64.21nT。第五階段：2007年年均值曲線回升，數值增大。與長春地磁臺總強度變化趨勢相同，時間比長春地磁臺滯后一兩年。

1957—2013年地磁總強度呈現降低—上升—降低—上升變化趨勢。

3.4垂直分量（Z）

北京地磁場的垂直分量從1957年到1975年降低366.3nT,平均年變率為-19.286nT/a。1957—1975年的年變率一直是負值，1976年反轉為正值。1976—1999年均值為呈現增長趨勢，年均值增長了727.46nT。2000—2006年年均值在下降，共減少了166.76nT。2007年后年均值每年都在增加，年變率也由負值反轉為正值，曲線呈現上升的趨勢。

1957—2013年垂直分量的年均值增加603nT，平均年變率為10.58nT/a。垂直強度的變化與總強度變化趨勢相同。

3.5水平分量（H）

1957—2013年水平強度的變化分為兩個階段：

第一階段是1957—1959年H的年均值變化起伏不定，無規律，1960—1962年水平強度年均值共緩慢增大了53.2nT，平均年變率為8.87nT/a。

第二階段從1963—2013年水平強度從年均值曲線看，整體趨勢繼續下降,年均值下降772.8nT，平均年變率為-17.56nT/a。此階段水平強度的變化與長春地磁臺的水平強度變化一致。

1976年、1990年、2001年和2004年年均值突然增加，同時年變率在1976年 、1990年、2001年和2006年發生四次反轉。

1958—2013年H的年均值減少920.9nT,年變率為-16.16nT/a。水平強度呈現出單調下降的趨勢。

3.6北向分量（X）

從圖1中可以看出，1958—2013年北向分量X變化趨勢和H是一致的，呈現單調下降趨勢。57年間年均值減少-973.5nT，平均年變率為-17.07nT/a。57年期間X年變率發生4次轉折，分別是在1960年、1976年、2001年和2006年。

3.7東向分量（Y）

1957—2013年東向分量的變化趨勢是下降，年均值減小-434nT，年變率為-7.61nT/a，發生了4次有上升到下降的轉折，年均值高點分別在1968年、1973年、1987年、1994年和2006年。從年變率分析，在1969年和1992年發生的急變Y分量比較明顯。與長春臺和佘山地磁臺的變化一致。

4　結論

地磁場長期變化的時間尺度為世紀量級或更長，通過對北京地磁臺57年的觀測資料進行分析，地磁場各個要素顯示出一定的周期,在時間上也顯示出若干個峰值和谷值。

（1）北京地磁總場和垂直分量呈現出波峰波谷，逐漸上升逐漸減小的趨勢；

（2）北向分量、東向分量和水平分量呈現出單調下降的趨勢；

（3）北京地磁臺的磁偏角和磁傾角都呈現緩慢的上升趨勢；

（4）北京地磁臺的總強度、水平分量和垂直分量的強度和方向均呈現出下降轉為上升，或由上升轉為下降的變化形態；轉折的開始時間、結束時間和回升時間均有差異。

參考文獻：

[1]徐文耀.地球地磁現象物理學［M］.中國科學技術大學出版社，2009，20-140.

[2]徐文耀,魏自剛，夏國輝．2000年中國地區地磁場長期變化的區域特征[J]．地球物理學報，2005.

[3]王覃文.20 世紀地磁長期變化場分析［J］.地球物理學報，2004，47(3): 423-427．

[4]孫旭麗.長春地磁臺地磁場長期變化特征分析［J］.防災減災學報，2013.29(3):44-48.

ANALISYS OF GEOMAGNETIC SECULAR VARIATION IN BEIJING NATIONAL EARTH OBSERVATION

ZHANG Xiu-ling，FAN Xiao-yong，ZHOU Jiang-lin，GONG Zheng
（Beijing National Earth Observatory，Institute of Geophysics，China Earthquake Administration，Beijing 100095，China）

Abstract：According to the geomagnetic data recorded by Beijing National Earth observatory from 1957 to 2013,the annual mean and annual rate were analyzed,meanwhile,the changing characteristics of seven secular variations component of Beijing geomagnetic field were summarized.The results can provide valuable insight into the understanding and application of geomagnetic data measured by Beijing National observatory.

Key words:Beijing geomagnetic field ;geomagnetic secular variation;annual mean ;annual rate

作者簡介：張秀玲（1968-），女，北京市人，工程師，現主要從事前兆觀測與數據處理工作。

收稿日期：2015-10-12

修訂日期：2015-12-07

基金項目：子午項目工程

中圖分類號：P315.8

文獻標志碼：A

DOI:10.13693/j.cnki.cn21-1573.2016.01.005

文章編號：1674-8565（2016）01-0027-05