地電場變化的模型研究.pdf

1、泰勒多項式(Taylor Polynomial)和曲面樣條函數(shù)(Surface Spline)是一種二維的空間平面數(shù)學模型，在地磁場區(qū)域建模中得到了廣泛應(yīng)用。本文詳細推導了泰勒多項式和曲面樣條函數(shù)的理論公式，然后首次應(yīng)用兩個理論模型建立了(每日)地電場隨時間變化的模型。
　　首先，收集了我國地電場觀測臺網(wǎng)中華東、華北和大華北三個區(qū)域2008到2014年的地電場NS、EW兩個正交測道的觀測數(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)的觀測數(shù)據(jù)分別歸類，進而用泰勒多項式和曲面樣條函數(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時的觀測數(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觀測數(shù)據(jù)稱為“樣本值”，曲線稱為“樣本曲線”)做比較，計算了模型誤差。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道地電場日變化(不同臺站觀測環(huán)境差異大，模型描述在同臺站之間進行)，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)盡管地電場變化復雜，但用兩種方法建立的區(qū)域臺網(wǎng)地電場隨時間變化的模型曲線相當吻合(包括兩種方法建立的日變化模型、地電暴模型)，兩種模型曲線隨時間的變化幾乎一致。證明建模方法、模型計算過程和結(jié)果

4、是正確的。
　　(2)模型曲線隨時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，遠小于日變化幅度(分鐘值模型約為日變幅的2％-8%，小時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，并且用分鐘值曲線建立的模型優(yōu)于用小時值曲線建立的模型，前

5、者更能清晰反映出疊加在地電日變化上的微細變化結(jié)構(gòu)，同時也能反映出一天當中臺站觀測環(huán)境、測量系統(tǒng)等引起的變化。
　　(4)用同一個區(qū)域臺網(wǎng)中若干個臺站同方向測道的樣本曲線建立的各測道地電場變化模型代表了各測道地電場變化的自身特征，也能反映該區(qū)域臺網(wǎng)中各相同方向測道樣本曲線的共性特征。各測道模型曲線與樣本曲線的一致性表明了各測道地電場變化的自身特征；在計算模型系數(shù)時解線性方程組的求逆過程中，各測道的地電場觀測數(shù)據(jù)對模型系數(shù)計算是相互關(guān)

6、聯(lián)的，這種關(guān)聯(lián)性就能反映出區(qū)域臺網(wǎng)各測道地電場變化的共性特征，即區(qū)域臺網(wǎng)同方向測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、同等磁情天氣的實測地電日變化，其模型曲線與被描述的實測曲線的誤差小(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、同等磁情的實測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測地電日變化時，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，即低磁情時誤差小、高磁情時誤差大。
　　(7)用地電暴時的地電場觀測數(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。
　　今后建立全國各區(qū)域臺網(wǎng)在