地磁靜日變化（Sq）是地磁場一種主要的規(guī)則日變化[Campbell, 1989; Xu, 2003; Yamazaki, 2009]，它起源于位于高空110公里的電離層（外源）Sq電流體系，以及該電流在地下導(dǎo)電圈層產(chǎn)生的感應(yīng)（內(nèi)源）電流體系[Chapman and Bartels, 1940; Chapman, 1951; Kane, 1976; Xu, 2003]，在地表地磁臺記錄到的Sq變化是這兩部分電流體系地磁效應(yīng)的疊加。兩部分Sq電流變化特征的研究一直是地磁學研究的一個基礎(chǔ)課題，Matsushita and Maeda [1965] 使用全球三條經(jīng)度鏈（其中一條為東亞-大洋洲鏈）的地磁臺站觀測反演了Sq內(nèi)、外源電流體系，得出兩部分電流體系有著顯著的季節(jié)變化。由于臺站數(shù)目限制，他們使用了包括高緯、中地緯和赤道的臺站，使得反演的Sq電流體系中包含了高緯極光電急流和赤道電急流的影響。Yamazaki [2009;2022a;2011b] 反演計算了外源Sq電流強度年變化、半年變化各自在年均變化中的占比及其半球不對稱性。對于以上日本-大洋洲扇區(qū)兩部分電流體系變化特征的研究上的不完備，尤其關(guān)于內(nèi)源電流體系變化研究的工作很少。本工作利用日本JMA、GSI以及國際地磁臺網(wǎng)多個機構(gòu)的多臺站的觀測數(shù)據(jù)進行Sq內(nèi)、外電流反演，并系統(tǒng)分析了兩部分電流體系季節(jié)變化特征的相同與不同，以及二者的相關(guān)關(guān)系。

    研究使用2008至2012年東亞-大洋洲扇區(qū)20個地磁臺站（見圖a）觀測，利用球諧分析（SHA）建立了地磁Sq內(nèi)、外源等效電流體系季節(jié)（D冬季、E分點、J夏季）模型（見圖b、圖c），分析模型電流渦中心參數(shù)（地方時T、緯度Φ、電流強度J）的季節(jié)變化特征表明(見圖d、圖e)：（1）從D到E再到J季節(jié)，內(nèi)源和外源電流T均在北半球逐漸減小，即渦中心地方時從正午向午前移動；南半球則逐漸增大，即從正午向午后移動。（2）內(nèi)源和外源電流渦中心電流強度J均為從半球冬季到分點季節(jié)再到半球夏季逐漸增強。內(nèi)源電流增強的速率比外源電流的大。（3）外源電流Φ南半球有一定的季節(jié)變化，內(nèi)源電流Φ則在北半球有著明顯的季節(jié)變化。進一步的相關(guān)分析結(jié)果表明（見圖f、圖g），E季節(jié)內(nèi)源與外源電流T相關(guān)最高，在D和J季節(jié)，二者的電流強度J相關(guān)最高。

(a)              (b)                    (c)

(d)                           (f)

(g)                           (h)

圖（a）所用地磁臺站分布圖；（b）每年各季節(jié)外源Sq電流體系圖像；（c）每年各季節(jié)內(nèi)源Sq電流體系圖像；（d）北半球外源（黑色曲線）和內(nèi)源（紅色曲線）電流渦中心參數(shù)地方時T、緯度Φ、電流強度J季節(jié)變化；（e）北半球外源（黑色曲線）和內(nèi)源（紅色曲線）電流渦中心參數(shù)地方時T、緯度Φ、電流強度J季節(jié)變化；(f)北半球內(nèi)源和外源電流渦中心參數(shù)T、Φ、J的相關(guān)散點分布；(g)南半球內(nèi)源和外源電流渦中心參數(shù)T、Φ、J的相關(guān)散點分布。

研究使用國際地磁臺網(wǎng)（INTERMAGNET），日本氣象廳（JMA），日本地球空間信息局（GSI）高精度地磁觀測，臺站覆蓋中低緯地區(qū)大部分緯度，使模型結(jié)果給出了東亞-大洋洲經(jīng)度鏈地磁Sq日變化的內(nèi)源和外源電流體系較細致的結(jié)構(gòu)，文章系統(tǒng)地分析了中低緯地區(qū)外源和內(nèi)源電流體系的季節(jié)變化特征，并且得到二者季節(jié)變化不同的特征，彌補了該經(jīng)度鏈Sq季節(jié)特征研究尚不完備之處，尤其是內(nèi)源電流體系罕有前人相關(guān)研究工作。文章結(jié)果為地磁學增加豐富了相關(guān)理論知識，為相關(guān)領(lǐng)域研究提供了有參考價值的工作結(jié)果。內(nèi)源電流體系變化特征為地下導(dǎo)電圈層導(dǎo)電性可能的研究奠定了基礎(chǔ)。

    該研究成果發(fā)表于“Journal of Geophysical Research: Space Physics,

https://doi.org/10.1029/2021JA029113”。研究受“國家自然基金面上項目“基于盲源信號分離和機器學習的超低頻地震地磁信號提取及特征分析研究”（NO. 41974083）”資助。

【文獻引用】

Liu, X., Han, P., Hattori, K., Chen, H., Yoshino, C., Zhao, X., et al. (2021).Seasonal variation characteristics of geomagnetic Sq external and internal equivalent current systems in East-Asia and Oceania regions. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 126, e2021JA029113. https://doi.org/10.1029/2021JA029113

【作者簡介】

劉曉燦，女，副研究員，理學博士，2008年06月畢業(yè)于中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所，空間物理學專業(yè)，現(xiàn)主要從事地磁學基礎(chǔ)理論研究和地震-地磁相關(guān)現(xiàn)象研究。