张秀玲，范晓勇，周江林，龚 正

（中国地震局地球物理研究所 北京国家地球观象台，北京 100095）



北京国家地球观象台地磁场长期变化特征分析

张秀玲，范晓勇，周江林，龚 正

（中国地震局地球物理研究所 北京国家地球观象台，北京 100095）

摘要：利用北京国家地球观象台1957—2013 年的地磁连续观测资料，对北京地磁场七个分量的均值和年变率进行分析，总结出地磁场七个要素不同的变化特征。此项工作对了解和应用北京地震台地磁的资料有一定的意义。

关键词：北京地磁场；长期变化；年均值；年变率

0　引言

地磁场可以分为基本磁场和变化磁场两大类，基本磁场主要部分来源于地核，其随时间的缓慢变化叫地磁场的长期变化，地磁场长期变化是全球性的现象，这种变化提供了地球内部物质运动的信息。最早的、较为系统的长期变化现象记录是英国伦敦在1634 年和1580 年在同一地点测量磁偏角发现磁偏角随时间发生变化，后来也发现其它地磁要素也有类似的长期变化趋势。长期变化资料的频谱分析以及考古地磁资料的研究指出，地磁场的长期变化可能具有58年、450年、600年、1800年、8000年和10000年等周期变化。人们常常用偶极矩强度的变化、地磁极移动、非偶极磁场的西向漂移和长期变化自身的西向漂移、磁极倒转和急变等特征来描述主磁场长期变化的整体特征,只有研究并充分认识它们的规律，才能正确提取异常场[1]。

地磁场长期变化的区域特征受到地球物理学界和地质学界的极大关注,国内外对地磁场长期变化规律作了大量研究。徐文耀等和王覃文等分别研究了地球偶极磁场短期和长期的变化规律[2,3],孙旭丽分别分析了长春地磁台数十年的地磁数据[4]，总结了地磁场长期变化的区域性规律，这些研究从不同角度揭示了地磁场主要的变化规律,反映了地球基本磁场在相应时间段的变化特征。本文利用年北京国家地球观象台1957—2013年的地磁观测资料对北京地磁场长期变化进行分析。

1　台站简介

北京国家地球观象台（以下简称北京台），地磁观测位于北京市西北郊白家疃村南一九五二年选址、兴建。基地质为洪基层，根据院内北半部钻探查明，奥陶系石灰岩埋藏于54米以下，上部为沙土，沙砾，卵石分层覆盖。一九五四年落成，一九五五年安装仪器试记，一九五七年七月一日正式投入观测，产出地磁观测的第一张图纸。现有观测室一座，半地下的连续记录室一座，实验室一座，仪器观测房三间，观测场地一万平方米。北京地磁观测从1957年7月1日投入正式观测以来，保持了连续50多年的可靠记录数据。在地震局“九五”、“首都圈示范工程”国家项目实施完成后，于2001年增加了数字化仪器，于2002 年1月投入记录和观测，为全国及世界地球物理研究提供地磁观测数据。

2　资料的选取和方法

本文的数据资料选用北京台1957—2013年的地磁观测资料，1957—2008年资料采用模拟时期的观测数据，2008年以后应用数字化观测数据，主要是分析地磁场七要素的数据，具体要素有磁场总强度（F）、水平强度（H）、垂直强度（Z），北向分量（X）、东向分量（Y）、磁偏角（D）、磁倾角（I），利用七要素的年均值和年变率分析地磁场的长期变化。

表1　北京地震台地磁1987—2013年年均值

3　北京地磁台长期变化的特性

研究地磁场的长期变化就是研究内源场，即各种地磁要素的多年所引起的变化。本文主要对北京地磁台1957—2004年的地磁场七要素进行统计（表1），图1是七要素的长期变化曲线，从各自的变化趋势来看，形态变化既有相似性，又有独特性，以下逐一对地磁场的七个分量从年均值和年变率的变化进行分析。

3.1磁偏角（D）

北京台1957—2013年磁偏角的年均值从偏西5o40.93'到偏西6o43.80'，D增大62.87′，平均年变率增大1.10'/a。

磁偏角的变化分为五个阶段：第一阶段是1957—1966年增大期,年均值从5o40.93'W到5o53.83'W，10年间增大了12.70'，平均年变率为1.27'/a。第二阶段是1966—1974年的平缓期，8年间磁偏角的年均值都在5o54'W左右。第三阶段是1975—1986年的增大期，年均值增大9.1'。第四阶段是处于1987—1994年平缓期，年均值在6o4.0W'左右。第五阶段是1994—2013年的增大期,年均值逐渐偏西，增大了41.45'，年变率为2.18'/a。57年中磁偏角在逐渐偏西增加中，这反映了地球磁极在缓慢移动中。

北京台磁偏角呈现缓慢偏西的趋势，与长春地磁台的磁偏角变化趋势一致。

3.2磁倾角（I）

磁倾角的变化分为：第一阶段：1958—1965年为下降期，年均值减小6.91'。第二阶段：1966—1972年的I年均值在57o12.0'左右，比较平稳。第三阶段：1973—1999年27年间I年均值增加了0.88o,年变率增加了1.96'，磁倾角一直处在上升阶段。第四阶段：2000-2007年为平稳期。第五阶段上升期，2008-2013年出现增长趋势。

1957-2013年磁倾角年均值增加68.34'，平均年变率为1.20'/a。磁倾角呈现缓慢上升的趋势。

3.3地磁总强度（F）

地磁总场的变化可为：第一阶段：1959—1975年的下降期，F年均值从55242.21nT 到54826.01nT，减少416.2nT，平均年变率为-23.1nT/a。第二阶段：1976年年变率增36.5nT,年均值F值为54862.6nT达到高点，从1976年到1982年，F 的年均值逐年减少，减少了10.21nT。第三阶段：1983—1999年又逐渐增强，17年增大354.61nT。第四阶段2000—2006年年均值减少64.21nT。第五阶段：2007年年均值曲线回升，数值增大。与长春地磁台总强度变化趋势相同，时间比长春地磁台滞后一两年。

1957—2013年地磁总强度呈现降低—上升—降低—上升变化趋势。

3.4垂直分量（Z）

北京地磁场的垂直分量从1957年到1975年降低366.3nT,平均年变率为-19.286nT/a。1957—1975年的年变率一直是负值，1976年反转为正值。1976—1999年均值为呈现增长趋势，年均值增长了727.46nT。2000—2006年年均值在下降，共减少了166.76nT。2007年后年均值每年都在增加，年变率也由负值反转为正值，曲线呈现上升的趋势。

1957—2013年垂直分量的年均值增加603nT，平均年变率为10.58nT/a。垂直强度的变化与总强度变化趋势相同。

3.5水平分量（H）

1957—2013年水平强度的变化分为两个阶段：

第一阶段是1957—1959年H的年均值变化起伏不定，无规律，1960—1962年水平强度年均值共缓慢增大了53.2nT，平均年变率为8.87nT/a。

第二阶段从1963—2013年水平强度从年均值曲线看，整体趋势继续下降,年均值下降772.8nT，平均年变率为-17.56nT/a。此阶段水平强度的变化与长春地磁台的水平强度变化一致。

1976年、1990年、2001年和2004年年均值突然增加，同时年变率在1976年 、1990年、2001年和2006年发生四次反转。

1958—2013年H的年均值减少920.9nT,年变率为-16.16nT/a。水平强度呈现出单调下降的趋势。

3.6北向分量（X）

从图1中可以看出，1958—2013年北向分量X变化趋势和H是一致的，呈现单调下降趋势。57年间年均值减少-973.5nT，平均年变率为-17.07nT/a。57年期间X年变率发生4次转折，分别是在1960年、1976年、2001年和2006年。

3.7东向分量（Y）

1957—2013年东向分量的变化趋势是下降，年均值减小-434nT，年变率为-7.61nT/a，发生了4次有上升到下降的转折，年均值高点分别在1968年、1973年、1987年、1994年和2006年。从年变率分析，在1969年和1992年发生的急变Y分量比较明显。与长春台和佘山地磁台的变化一致。

4　结论

地磁场长期变化的时间尺度为世纪量级或更长，通过对北京地磁台57年的观测资料进行分析，地磁场各个要素显示出一定的周期,在时间上也显示出若干个峰值和谷值。

（1）北京地磁总场和垂直分量呈现出波峰波谷，逐渐上升逐渐减小的趋势；

（2）北向分量、东向分量和水平分量呈现出单调下降的趋势；

（3）北京地磁台的磁偏角和磁倾角都呈现缓慢的上升趋势；

（4）北京地磁台的总强度、水平分量和垂直分量的强度和方向均呈现出下降转为上升，或由上升转为下降的变化形态；转折的开始时间、结束时间和回升时间均有差异。

参考文献：

[1]徐文耀.地球地磁现象物理学［M］.中国科学技术大学出版社，2009，20-140.

[2]徐文耀,魏自刚，夏国辉．2000年中国地区地磁场长期变化的区域特征[J]．地球物理学报，2005.

[3]王覃文.20 世纪地磁长期变化场分析［J］.地球物理学报，2004，47(3): 423-427．

[4]孙旭丽.长春地磁台地磁场长期变化特征分析［J］.防灾减灾学报，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

作者简介：张秀玲（1968-），女，北京市人，工程师，现主要从事前兆观测与数据处理工作。

收稿日期：2015-10-12

修订日期：2015-12-07

基金项目：子午项目工程

中图分类号：P315.8

文献标志码：A

DOI:10.13693/j.cnki.cn21-1573.2016.01.005

文章编号：1674-8565（2016）01-0027-05