地電場(chǎng)變化的模型研究.pdf

1、泰勒多項(xiàng)式(Taylor Polynomial)和曲面樣條函數(shù)(Surface Spline)是一種二維的空間平面數(shù)學(xué)模型，在地磁場(chǎng)區(qū)域建模中得到了廣泛應(yīng)用。本文詳細(xì)推導(dǎo)了泰勒多項(xiàng)式和曲面樣條函數(shù)的理論公式，然后首次應(yīng)用兩個(gè)理論模型建立了(每日)地電場(chǎng)隨時(shí)間變化的模型。
　　首先，收集了我國地電場(chǎng)觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)中華東、華北和大華北三個(gè)區(qū)域2008到2014年的地電場(chǎng)NS、EW兩個(gè)正交測(cè)道的觀測(cè)數(shù)據(jù)，將同等磁情指數(shù)(Kp)條件下、不同年份

2、(或者同一年份同天文季節(jié))相同農(nóng)歷日期(或者前后相差一天)的觀測(cè)數(shù)據(jù)分別歸類，進(jìn)而用泰勒多項(xiàng)式和曲面樣條函數(shù)按磁情指數(shù)Kp=1、2，Kp=3、4以及Kp=5分別擬合(每日)地電日變化模型，地電暴變化模型(每日)按磁情指數(shù)Kp>5時(shí)的觀測(cè)數(shù)據(jù)擬合。
　　然后，用所建立模型曲線與樣本曲線(建立模型所用地電場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)稱為“樣本值”，曲線稱為“樣本曲線”)做比較，計(jì)算了模型誤差。其次，用所建立模型描述了與樣本值不同年份(或者同年份同天文季

3、節(jié)不同月份)同磁情指數(shù)、同農(nóng)歷日期或者前后相差一天的同測(cè)道地電場(chǎng)日變化(不同臺(tái)站觀測(cè)環(huán)境差異大，模型描述在同臺(tái)站之間進(jìn)行)，并分析了模型曲線與被描述曲線之間的誤差。
　　最后，總結(jié)、分析了模型擬合和模型描述的結(jié)果。結(jié)論如下：
　　(1)盡管地電場(chǎng)變化復(fù)雜，但用兩種方法建立的區(qū)域臺(tái)網(wǎng)地電場(chǎng)隨時(shí)間變化的模型曲線相當(dāng)吻合(包括兩種方法建立的日變化模型、地電暴模型)，兩種模型曲線隨時(shí)間的變化幾乎一致。證明建模方法、模型計(jì)算過程和結(jié)果

4、是正確的。
　　(2)模型曲線隨時(shí)間的變化符合樣本曲線的變化，其模型曲線與樣本曲線之間的誤差(即偏離程度)很小，遠(yuǎn)小于日變化幅度(分鐘值模型約為日變幅的2％-8%，小時(shí)值模型約為日變幅的0.08%-4%)。說明所建模型可靠，能代表樣本曲線隨時(shí)間的變化，建立同等條件下的地電日變化模型是可行的。
　　(3)用分鐘值、小時(shí)均值建立的地電日變化模型均能清晰的反映出日變化的特點(diǎn)，并且用分鐘值曲線建立的模型優(yōu)于用小時(shí)值曲線建立的模型，前

5、者更能清晰反映出疊加在地電日變化上的微細(xì)變化結(jié)構(gòu)，同時(shí)也能反映出一天當(dāng)中臺(tái)站觀測(cè)環(huán)境、測(cè)量系統(tǒng)等引起的變化。
　　(4)用同一個(gè)區(qū)域臺(tái)網(wǎng)中若干個(gè)臺(tái)站同方向測(cè)道的樣本曲線建立的各測(cè)道地電場(chǎng)變化模型代表了各測(cè)道地電場(chǎng)變化的自身特征，也能反映該區(qū)域臺(tái)網(wǎng)中各相同方向測(cè)道樣本曲線的共性特征。各測(cè)道模型曲線與樣本曲線的一致性表明了各測(cè)道地電場(chǎng)變化的自身特征；在計(jì)算模型系數(shù)時(shí)解線性方程組的求逆過程中，各測(cè)道的地電場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)模型系數(shù)計(jì)算是相互關(guān)

6、聯(lián)的，這種關(guān)聯(lián)性就能反映出區(qū)域臺(tái)網(wǎng)各測(cè)道地電場(chǎng)變化的共性特征，即區(qū)域臺(tái)網(wǎng)同方向測(cè)道空間上共有的特征。
　　(5)用模型曲線描述不同年份、同農(nóng)歷日期、同等磁情天氣的實(shí)測(cè)地電日變化，其模型曲線與被描述的實(shí)測(cè)曲線的誤差小(分鐘值模型約為日變幅的2%-16%)。說明用模型曲線描述不同年份(或同年份同天文季節(jié)中不同月份)、同季節(jié)同農(nóng)歷日期、同等磁情的實(shí)測(cè)地電日變化是可行的。
　　(6)用模型曲線描述同等磁情天氣的實(shí)測(cè)地電日變化時(shí)，用低

7、磁情模型描述低磁情地電日變化優(yōu)于用高磁情模型描述高磁情日變化，即低磁情時(shí)誤差小、高磁情時(shí)誤差大。
　　(7)用地電暴時(shí)的地電場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)建立地電暴模型，其誤差大于低磁情天氣(Kp≤5)的模型，其次，目前還很難用地電暴模型描述其他日期的地電暴曲線。
　　(8)用多天的地電場(chǎng)樣本曲線建立平均系數(shù)模型，其模型曲線能更清晰地展示地電日變化的兩次起伏波形、幅度、相位、極值主要集中在午前午后等變化特點(diǎn)。
　　今后建立全國各區(qū)域臺(tái)網(wǎng)在