佘山地磁臺(tái)始建于1874年，至今已有近150年的觀測(cè)歷史，是我國最早的地磁觀測(cè)站，也是世界上為數(shù)不多的擁有如此長觀測(cè)歷史的臺(tái)站之一。長期連續(xù)高質(zhì)量的地磁觀測(cè)資料是磁場(chǎng)建模、長期變等研究極其寶貴的資源。然而由于歷史條件的限制一些數(shù)據(jù)仍被存儲(chǔ)在紙介質(zhì)、磁帶或軟盤上，無法為科學(xué)研究直接提供服務(wù)，而且受存儲(chǔ)條件的限制，隨時(shí)面臨著遭受損壞的危險(xiǎn)。因此盡可能地拯救這些歷史資料并做好質(zhì)量控制和分析工作尤為重要和必要。

中國地震局地球物理研究所張素琴副研究員等采取了一系列措施對(duì)佘山地磁臺(tái)歷史觀測(cè)資料進(jìn)行搶救與質(zhì)量控制，并對(duì)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行應(yīng)用分析：

1. 歷史資源搶救：收集1933年以來分散在不同地方以不同形式存儲(chǔ)的佘山臺(tái)時(shí)均值及文檔資源；對(duì)收集到的資源進(jìn)行清理、篩選和整合；對(duì)紙質(zhì)文檔拍照，采用字符識(shí)別軟件和人工錄入的方式進(jìn)行數(shù)字化；不同格式的數(shù)據(jù)通過轉(zhuǎn)換后以統(tǒng)一格式存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中提供研究應(yīng)用。
2. 質(zhì)量控制和分析矯正，確保數(shù)據(jù)完整可靠：對(duì)入庫數(shù)據(jù)的一階差分值進(jìn)行公差測(cè)試檢測(cè)出異常值，再通過與地磁ap指數(shù)和Dst指數(shù)的相關(guān)性檢驗(yàn)排除磁擾產(chǎn)生的偽異常值，從而確定真正的“問題數(shù)據(jù)”。通過檢索元數(shù)據(jù)來核實(shí)問題產(chǎn)生的原因，對(duì)于可以確定原因的，利用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行修正；不能確定原因的，進(jìn)行數(shù)據(jù)flag標(biāo)識(shí)，提示科學(xué)家謹(jǐn)慎使用。對(duì)于矯正后的數(shù)據(jù)，通過與參考站數(shù)據(jù)及磁場(chǎng)模型COV-OBS理論值對(duì)比分析，檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的日變化精度和長期變穩(wěn)定性。
3. 數(shù)據(jù)應(yīng)用分析：①通過對(duì)長期變序列的分析，進(jìn)一步確認(rèn)了近百年來9個(gè)地磁急變事件在我國臺(tái)站的存在，尤其為1950、1971、1978年發(fā)生的急變是全球性事件提供了新證據(jù)。急變?cè)谖覈l(fā)生時(shí)間普遍偏晚，進(jìn)一步驗(yàn)證了產(chǎn)生jerk的地核流體波到達(dá)中國地區(qū)的時(shí)間確實(shí)要晚于其他地區(qū)。②分析表明佘山臺(tái)記錄到了歷史上著名的42次特大磁暴事件，為中緯度磁暴特征的研究積累了珍貴的數(shù)據(jù)資料。

圖1 近百年來佘山臺(tái)記錄到的9次地磁急變事件

圖2 發(fā)生在1958年的超大磁暴，這是近百年來我國地磁臺(tái)記錄到的最大磁暴事件

佘山臺(tái)地處中緯度區(qū)，位于環(huán)電流中心區(qū)域，其日變觀測(cè)資料對(duì)于開展磁暴特征研究、空間天氣預(yù)報(bào)研究具有重要科學(xué)價(jià)值；本項(xiàng)工作獲得的佘山臺(tái)數(shù)據(jù)集是我國地磁臺(tái)站迄今為止最長的有效時(shí)間序列，是開展地磁學(xué)相關(guān)研究的寶貴資源，尤其對(duì)于研究地磁場(chǎng)長期變化以及磁場(chǎng)建模具有重要價(jià)值。

1950、1971、1978年地磁急變事件的發(fā)現(xiàn)，進(jìn)一步證實(shí)此三次急變事件在中國臺(tái)站的存在，尤其是1950年的急變事件在我國地磁臺(tái)站尚屬首次發(fā)現(xiàn)，對(duì)于確認(rèn)該事件的全球性特征具有重要意義。本項(xiàng)工作獲得的佘山臺(tái)歷史數(shù)據(jù)急變是地磁場(chǎng)長期變化的主要特征，研究表明jerk與地球日長變化（LOD）的周期性變化存在一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，急變可能會(huì)導(dǎo)致LOD延長。如果將數(shù)據(jù)應(yīng)用到急變預(yù)測(cè)模型的構(gòu)建和研究中，對(duì)于深入了解地球磁流體動(dòng)力學(xué)問題具有重要意義。

本研究還表明，利用一階差分公差測(cè)試，結(jié)合地磁活動(dòng)性指數(shù)檢驗(yàn)，是鑒別數(shù)據(jù)序列中異常值的一種行之有效的方法，后續(xù)將應(yīng)用到全國地磁站網(wǎng)的數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)控中。

研究成果2022年11月24日發(fā)表于學(xué)術(shù)期刊《Earth System Science Data》（Zhang, S., Fu, C., Wang, J., Zhu, G., Chen, C., He, S., Guo, P., and Chang, G.: Rescue and quality control of historical geomagnetic measurement at Sheshan observatory, China, Earth Syst. Sci. Data, 14, 5195–5212, https://doi.org/10.5194/essd-14-5195-2022, 2022.）。受國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2017YFC1500205)、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41974073), 中國民用航天技術(shù)預(yù)研項(xiàng)目 （D020308）共同資助。

【作者簡(jiǎn)介】

張素琴，副研究員，2004年畢業(yè)于中國地震局地球物理研究所，獲得空間物理學(xué)碩士學(xué)位，現(xiàn)工作于中國地震局地球物理研究所國家地磁臺(tái)網(wǎng)中心。長期從事全國地磁臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)控、地磁場(chǎng)長期變化及變化磁場(chǎng)方面的研究工作。