地磁觀測質(zhì)量與溫度的關(guān)系分析

車濛琪　應(yīng)允翔　汪繼林　劉紅飛

摘? 要：地磁觀測是地磁臺站日常觀測工作中最重要的內(nèi)容之一，通過監(jiān)測基線值的變化可以了解地磁觀測系統(tǒng)的觀測狀態(tài)，控制觀測資料的質(zhì)量。而在測量觀測過程中，總是存在系統(tǒng)誤差、偶然誤差和粗差。根據(jù)蒙城地磁臺站的基線值及記錄觀測室溫度資料進行相關(guān)系數(shù)計算與數(shù)據(jù)對比分析，找尋統(tǒng)計學(xué)規(guī)律，減少溫度對觀測環(huán)境帶來的影響，提高觀測精度。

關(guān)鍵詞：地磁觀測? 數(shù)據(jù)質(zhì)量分析? 溫度相關(guān)系數(shù)? 基線值? 觀測環(huán)境保護

中圖分類號：P315? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1672-3791（2020）11（c）-0050-03

Analysis of the Relationship between the Quality of Geomagnetic Observation and Temperature

CHE Mengqi? YING Yunxiang? WANG Jilin? LIU Hongfei

（Geophysical Field Science Observation Station of Anhui Mengcheng， Seismic Station of Mengcheng， Mengcheng， Anhui Province， 233500 China）

Abstract： Geomagnetic observation is one of the most important contents in the daily observation work of geomagnetic stations. By monitoring the change of the baseline value， you can understand the observation status of the geomagnetic observation system and control the quality of the observation data. In the process of measurement and observation， there are always systematic errors， accidental errors and gross errors. According to the baseline value of the Mengcheng geomagnetic station and the temperature data recorded in the observation room， correlation coefficient calculation and data comparison and analysis are conducted to find statistical laws to reduce the influence of temperature on the observation environment and improve observation accuracy.

Key Words： Geomagnetic observation; Data quality analysis; Temperature correlation coefficient; Baseline value; Observation and environmental protection

1? 引言

1.1 研究背景

在當(dāng)前地震預(yù)報中，地磁學(xué)是一門具有成熟體系且在不斷飛速發(fā)展的學(xué)科，地球磁場強度不大但無處不在，且單位標(biāo)準(zhǔn)全球性統(tǒng)一，研究范圍廣。隨著電子通信的發(fā)展，地磁觀測資料更加精確、豐富、詳實并且在不同學(xué)科及專業(yè)領(lǐng)域中的共享也越來越方便，數(shù)據(jù)分析、交流與再利用也越來越多。提高地磁精度，消除由于儀器自身及觀測環(huán)境變化帶來的數(shù)據(jù)變化，提高各個觀測點的數(shù)據(jù)精度，是提升觀測數(shù)據(jù)價值的重要途徑。

在地平坐標(biāo)系中描述某點地磁場大小和方向的物理量稱為的地磁要素，通過基線值可以確定地磁要素的絕對值。地磁臺站觀測的基線值往往不是一個常數(shù)，通過近幾年間對臺站地磁觀測記錄分析，基線值與溫度相關(guān)，將其以年度單位的數(shù)值繪制成將得到一條與溫度相關(guān)的曲線。

1.2 研究目的及意義

絕對觀測是利用絕對觀測儀器對地磁場3個獨立分量的絕對值進行的測量，代表著該測點、這一觀測時刻的地磁場矢量大小及方向。再利用基線值改正得到地磁場要素的連續(xù)變化數(shù)據(jù)，并產(chǎn)出觀測報告。通過監(jiān)測基線值的變化可以了解地磁觀測系統(tǒng)的觀測狀態(tài)，控制觀測資料的質(zhì)量。所以提升絕對觀測質(zhì)量是提升地磁臺站觀測記錄的資料質(zhì)量的重要指標(biāo)，通過研究溫度對觀測的影響及其特點，將會為未來更高精度觀測提供方向，也能對未來長時間的觀測環(huán)境保護作指導(dǎo)。進而為發(fā)展多模式的地磁相對記錄提供技術(shù)支撐，并為未來科學(xué)研究、地震監(jiān)測預(yù)報及社會應(yīng)用提供更高質(zhì)量更高精度的觀測數(shù)據(jù)。

2? 技術(shù)方案與研究思路

2.1 數(shù)據(jù)的選取

該文使用蒙城地磁臺2015年、2017年和2018年間（2016臺站改造數(shù)據(jù)干擾過多，故不使用），直角坐標(biāo)系中的地磁三要素：水平分量H、磁偏角D、垂直分量Z的基線值年度變化及記錄室室溫的變化曲線。對2018年和2017年不同絕對記錄儀器（CTM-DI-01和Mag-01）和不同相對記錄儀器（GM4和fgm-01）進行繪圖分析。結(jié)合2017年和2015年相關(guān)數(shù)據(jù)對比進行進一步研究和探討。

相關(guān)數(shù)據(jù)使用Office Excel進行分析與作圖。

溫度系數(shù)計算：A=?NT/?T（式中，?NT代表磁場強度變化量的最大值;?T表示記錄室溫度變化的最大值）。

2.2 技術(shù)路線

（1）繪制選擇年度記錄觀測室溫度變化曲線。（2）繪制DB、HB、ZB這3個分量的基線值的年度變化曲線進行對比分析。（3）計算不同年份、不同絕對記錄儀器、不同相對記錄儀器的地磁觀測各分量基線值與溫度的相關(guān)系數(shù)。（4）結(jié)合單變量分析向多變量分析，將曲線圖與表格結(jié)合分析，嘗試得出基線值與溫度相關(guān)系數(shù)的變化特點。（5）分析基線值漂移原因與溫度影響的關(guān)系并得出結(jié)論。

3? 數(shù)據(jù)分析

比較表1橫行可以發(fā)現(xiàn)，不同的絕對觀測儀器的各分量溫度系數(shù)差距不大，無法判斷DI-01和Mag-01溫度相關(guān)系數(shù)的大小;比較縱列可以明顯發(fā)現(xiàn)相對觀測儀器GM4相較于fgm-01溫度系數(shù)差距較大。GM4的溫度系數(shù)大于fgm-01，尤其是在Z分量上。H分量次之，而D分量沒有明顯差距。

再比較表1fgm-01相關(guān)數(shù)值顯示，相對觀測儀器fgm-01所記錄的基線值與溫度系數(shù)均小于0.5 nT/℃，除了H分量，其余分量均小于0.25 nT/℃，符合儀器生產(chǎn)方提供的相關(guān)數(shù)據(jù)。而H分量的數(shù)值偏高可能與記錄室環(huán)境條件及儀器的運維狀態(tài)有關(guān)。

根據(jù)2018年和2017年年度基線值與溫度曲線（見圖1至圖4）中GM4記錄的Z方向基線值曲線與溫度曲線的起伏相似性更高。查詢表1和表3可知，的確相比于fgm-01，GM4的溫度系數(shù)更大，2018年Z方向上的基線值相關(guān)系數(shù)更是在兩臺不同的絕對記錄儀上雙雙超過1.1。結(jié)合表4第7行數(shù)據(jù)，我們可以發(fā)現(xiàn)GM4受溫度影響大，尤其在Z分量上，溫差越大會造成基線值差越大。但結(jié)合表1到表3可以看到溫度系數(shù)的大小在這里不能看到數(shù)字上的絕對關(guān)系。

根據(jù)表4的數(shù)值顯示，一年內(nèi)的溫差越大，基線值三分量上的差值也會越大。如相對觀測儀器fgm-01和絕對觀測儀器DI-0的組合，在2018年的溫差為12.51，2017年的溫差為11.76，2015年的溫差為11.11。而這3年的基線值差也是逐年遞減。分析表4的列，即可有3組數(shù)據(jù)體現(xiàn)上述規(guī)律。從曲線圖上也可以發(fā)現(xiàn)，相同的儀器條件下溫差越小的年份曲線越趨近平滑。

4? 結(jié)論與啟示

地磁基線值與記錄室溫度變化有明顯的相關(guān)性。原因分析與啟示有以下幾點：（1）溫度的直接影響。所以不同的儀器溫度系數(shù)不同，可以根據(jù)磁系溫度系數(shù)進行改正。（2）溫度本身對觀測系統(tǒng)的影響。根據(jù)數(shù)據(jù)可以看到不同觀測記錄儀器系統(tǒng)對溫度變化反應(yīng)程度是不同的，與本身構(gòu)造、設(shè)計、材質(zhì)都有關(guān)系。（3）溫度影響濕度，造成形變產(chǎn)生影響。氣溫升高，地表含水量上升。空氣中水汽含量變大，石墩由于濕膨脹隨溫度產(chǎn)生形變，影響觀測質(zhì)量。保持記錄室濕度、溫度的恒定有助于減少此類影響。（4）溫度本來就會對地磁場產(chǎn)生影響，在變化的觀測環(huán)境下，溫度、濕度等對地磁絕對觀測基線值的影響更加顯著。（5）當(dāng)溫度劇烈變化時，臺站應(yīng)該加密觀測，盡可能地降低基線值誤差，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠。溫度變化在地磁觀測中是很復(fù)雜的物理影響因素，在地磁觀測中要嚴(yán)格規(guī)范地建設(shè)臺站，加強日常觀測環(huán)境保護，改善觀測條件，提高觀測人員水平，從而獲得更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

參考文獻

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作者簡介：車濛琪（1997，8—），女，漢族，浙江臺州人，本科，研究方向為地磁。