地磁活动性概论

前言

第一章　地磁活动性的含义 1

第一节　地磁场的构成 2

第二节　地磁活动性的一般特点 32

第三节　地磁活动性的原始含义 49

第四节　地磁活动性含义的纵向延伸 50

第五节　地磁活动性含义的横向扩展 59

第二章　地磁活动性的指数表述 63

第一节　地磁活动的复杂性 64

第二节　地磁活动指数的发展历史 66

第三节　地磁活动指数的研究现状 89

第四节　地磁活动指数存在的问题 101

第五节　地磁活动指数的未来展望 110

第三章　地磁活动性与太阳-行星际环境 113

第一节　太阳对地磁活动的控制作用 114

第二节　行星际太阳风对地磁活动性的影响 125

第三节　行星际磁场对地磁活动性的影响 136

第四节　地球轨道处太阳风和行星际磁场的状态 146

第五节　日冕物质抛射 154

第六节　太阳风共转相互作用区 161

第四章　地磁活动性与磁层-电离层过程 164

第一节　日地空间分区与磁层结构 166

第二节　磁层中的带电粒子运动 179

第三节　磁层中的等离子体流动 193

第四节　磁层中的波动 208

第五节　磁层亚暴 218

第六节　磁暴 247

第五章　地磁活动性与空间电流体系 268

第一节　空间电流体系的电磁学基础 268

第二节　空间电流体系的等离子体物理学基础 275

第三节　空间电流体系的地磁诊断 294

第四节　空间大尺度电流体系 304

第五节　磁层电流体系 307

第六节　电离层电流体系 322

第七节　耦合电流体系 363

第六章　地磁活动性的能量学问题 382

第一节　地磁活动的能量来源 382

第二节　太阳风向MI系统的能量输入 393

第三节　MI系统对太阳风能量输入的响应 423

第四节　环电流的能量消耗 433

第五节　极区电离层焦耳加热消耗 437

第六节　极光粒子沉降的能量消耗 437

第七节　磁尾能量的储存与消耗 438

第八节　平静期间能量的积累与释放 439

第九节　各个能汇中的能量分配 440

第十节　评价能量函数的准则 442

第七章　地磁活动性与资料组织 445

第一节　合理组织资料的重要性 445

第二节　组织资料常用的正交曲线坐标系 451

第三节　地磁和空间物理坐标系的设计 465

第四节　地心坐标系 470

第五节　日心坐标系 500

第六节　局地坐标系 501

第七节　坐标系变换 503

第八节　由正交坐标系向正交函数系的扩展 510

第八章　地磁活动性与地磁场建模 515

第一节　地磁场建模理论的发展 516

第二节　地磁场建模的一般思路 520

第三节　全球地磁场建模——球谐分析 527

第四节　局域磁场建模1——矩谐分析 530

第五节　局域磁场建模2——传统冠谐分析 532

第六节　局域磁场建模3——修正冠谐分析 539

第七节　局域建模与全球建模的关系 545

第八节　地磁模型误差分析基础 549

第九节　全球磁场的最小二乘建模 554

第十节　全球磁场线性最小二乘建模的误差分析 556

第十一节　全球磁场非线性最小二乘建模的误差分析 568

第十二节　区域磁场模型的误差估计 570

第十三节　磁层磁场建模 585

第九章　地磁活动性与空间天气 612

第一节　空间天气的一般概念 612

第二节　空间天气事件引起的地球物理效应 616

第三节　空间天气事件造成的技术系统故障 626

第四节　空间天气事件对人体的伤害 630

第五节　空间天气的监测与预报 631

第十章　与地磁活动性有关的其他过程 639

第一节　海洋电磁感应引起的地磁场变化 639

第二节　海啸产生的磁场变化 645

第三节　与地震有关的磁场变化 646

第四节　火山引起的地磁场变化 652

第五节　彗星过境引起的磁场变化 653

第六节　日食的地磁效应 658

第七节　雷电的地磁效应 662

第八节　高空核爆炸的空间电磁效应 663

参考文献 667

地球磁场包括地核主磁场、地壳磁场、外源变化磁场和内源感应磁场四种组分：主磁场起源于地核磁流体发电机过程，地壳磁场来自岩石的剩余磁化和感应磁化，外源磁场由磁层、电离层电流所产生，内源感应场是外源变化磁场在导电的地球介质中电磁感应的结果。这些磁场组分处于持续不断的变化之中：主磁场经历着西向漂移、强度涨落、磁极移动、极性倒转等缓慢的长期变化，地壳磁场伴随着岩石生成、地质构造运动以及主磁场变化而变化，外源磁场发生着频谱宽广而形态复杂的快速变化，内源场跟随外源场变化而变化。这些磁场组分及其变化揭示了地球内部和空间环境的结构、物质组成和物理过程，从电磁学角度反映了整个地球系统的演化和变迁——从地核深部到地球表面，直到辽阔的太空，从地球形成伊始到现今，直到遥远的未来。广义而言，这些变化都属于地磁活动性研究的范畴。《地磁活动性概论》主要讲述外源磁场的活动性：各种变化磁场的形态特征及其分类，它们的形成机理及地球物理意义，地磁活动性预报及其在空间天气中的作用