Расширенный поиск
МГНОВЕННАЯ СКОРОСТЬ МАГНИТНЫХ ПОЛЮСОВ ПО ГЛОБАЛЬНЫМ МОДЕЛЯМ ГЕОМАГНИТНОГО ПОЛЯ
Санкт-Петербургский филиал Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН
Журнал: Геофизические исследования
Том: 25
Номер: 2
Год: 2024
Страницы: 79-97
УДК: 550.383+550.389
DOI: 10.21455/gr2024.2-5
Показать библиографическую ссылку
Иванов С.А., Меркурьев
С.А., Демина
И.М. МГНОВЕННАЯ СКОРОСТЬ МАГНИТНЫХ ПОЛЮСОВ ПО ГЛОБАЛЬНЫМ МОДЕЛЯМ ГЕОМАГНИТНОГО ПОЛЯ
// Геофизические исследования. 2024. Т. 25. № 2. С. 79-97. DOI: 10.21455/gr2024.2-5
@article{ИвановМГНОВЕННАЯ2024,
author = "Иванов, С. А. and Меркурьев,
С. А. and Демина,
И. М.",
title = "МГНОВЕННАЯ СКОРОСТЬ МАГНИТНЫХ ПОЛЮСОВ ПО ГЛОБАЛЬНЫМ МОДЕЛЯМ ГЕОМАГНИТНОГО ПОЛЯ
",
journal = "Геофизические исследования",
year = 2024,
volume = "25",
number = "2",
pages = "79-97",
doi = "10.21455/gr2024.2-5",
language = "Russian"
}
Скопировать ссылку в формате ГОСТ
Скопировать ссылку BibTex
Файлы:
Ключевые слова: магнитный полюс, дрейф магнитного полюса, мгновенная скорость дрейфа.
Аннотация: Предложен новый подход к расчёту мгновенной скорости движения магнитных полюсов с использованием пространственного распределения вектора горизонтальной компоненты H, вычисленного по аналитическим моделям главного геомагнитного поля для данной и ближайших эпох. Расчёт горизонтальной составляющей проводился с использованием коэффициентов двух моделей – IGRF13 и COV-OBSx2. Уравнение скорости перемещения полюса получено из условия равенства нулю горизонтальной составляющей поля в точке полюса в любой момент времени, что позволило определить направления мгновенной скорости. Для нахождения положения полюса и скорости его перемещения между эпохами предложено применять сплайн Эрмита, описывающий плавную кривую, касательная к которой совпадает с вектором скорости в каждую эпоху.
Показано, что вектор скорости движения полюса линейно зависит от производной горизонтальной компоненты по времени и обратно пропорционален производной H по координатам. Установлено, что за ускорение движения полюса отвечают прежде всего высшие гармоники. Это связано с их значительным вкладом в горизонтальную компоненту в полярных областях. Полученные мгновенные скорости сравнивались со средними или интервальными, определяемыми из положения полюса для соседних эпох. При использовании в расчётах коэффициентов модели IGRF13 обнаружены артефакты в траектории движения полюсов – значительные отклонения как направлений, так и величин векторов мгновенных скоростей по сравнению с интервальными. Для модели COV-OBSx2 подобные артефакты не найдены. Предположено, что наблюдённые систематические различия в векторах мгновенных и интервальных скоростей, вычисленных по модели IGRF13, связаны с методическими особенностями построения этой модели. В частности, интервал между генерациями модели IGRF13 составляет пять лет, в то время как для модели COV-OBSx2 он равен двум годам, и при построении последней модели использовались сплайны. Отметим, что направление интервальных скоростей для этих двух моделей может отличаться на 40°. Определены ограничения применимости метода, связанные с резкими изменениями в траектории движения полюса. В случае таких изменений метод может работать неустойчиво, поскольку при вычислении производных поля по времени в данную эпоху используются модели ближайших эпох. При наличии резких изменений в траектории полюса значения этих производных сильно зависят от выбранного метода численного дифференцирования по времени. Для надёжности предлагаемого подхода требуется знать геомагнитное поле в окрестности полюса через временные интервалы меньшие, чем это заложено в модели IGRF13.
Список литературы: Бахвалов Н.С. Численные методы. М.: Наука, 1975. 632 с.
Демина И.М., Никитина Л.В., Фарафонова Ю.Г. Движение Северного магнитного полюса в рамках динамической модели источников главного магнитного поля Земли // Гео-магнетизм и аэрономия. 2007. Т. 47, № 2. С.279–286.
Меркурьев С.А., Демина И.М., Иванов С.А. Новые данные о расположении Южного маг-нитного полюса и модели глобального магнитного поля Земли // Материалы XIV школы-конференции с международным участием “Проблемы Геокосмоса – 2022” / Отв. ред. С.В. Апатенков, А.А. Костеров, Е.Л. Лыскова, И.А. Миронова. СПб.: Скифия-принт, 2022. С.30–39. DOI: 10.53454/978598620_30
Роджерс Д., Адамс Д. Математические основы машинной графики. М.: Мир, 2001. 604 с.
Семаков Н.Н., Ковалев А.А., Павлов А.Ф., Федотова О.И. Куда бежит магнитный полюс? // Наука из первых рук. 2016. Т. 68, № 2. С.97–107.
Alken P., Califf S., Chulliat A., Nair M., Schnepf N.R., Varner J., Woods A., Thébault E., Amit H., Langlais B., Saturnino D., Beggan C.D., Brown W.J., Cox G.A., Macmillan S., Finlay C.C., Hammer M.D., Kloss C., Olsen N., Toffner-Clausen L., Aubert J., Fournier A., Hulot G., Lesur V., Ropp G., Vigneron P.,Gillet N., Huder L., Livermore P.W., Metman M.C., Mound J.E., Lowes F.J., Korte M., Matzka J., Morschhauser A., Rother M., Stolle C., Vervelidou F., Toh H., Chambodut A., Wardinski I., Shen X., Yang Y., Zeren Z., Zhou B., Magnes W., Jager T., Léger J.M., Bondar T.N., Petrov V.G., Minami T., Nakano S., Sanchez S., Wicht J., Baerenzung J., Holschneider M., Kuang W., Sabaka T.J., Tangborn A., Pavón-Carrasco F.J., Marsal S., Torta J.M., Mandea M., Grayver A., Kuvshinov A. International Geomagnetic Reference Field: the thirteenth generation // Earth, Planets and Space. 2021. V. 73. P.1–25.
Chulliat A., Hulot G., Newitt L.R. Magnetic flux expulsion from the core as a possible cause of the unusually large acceleration of the north magnetic pole during the 1990s // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 2010. V. 115. 12 p. DOI: 10.1029/2009JB007143
Dawson E., Newitt L.R. The magnetic poles of the Earth // Journal of Geomagnetism and Geoelectricity. 1982. V. 34. P.225–240.
Huder L., Gillet N., Finlay C.C., Hammer M.D., Tchoungui H. COV-OBS/x2: 180 years of geo-magnetic field evolution from ground-based and satellite observation // Earth, Planets and Space. 2020. V. 72. 18 p. DOI: 10.1186/s40623-020-01194-2
Jonkers A.R.T., Jackson A., Murray A. Four centuries of geomagnetic data from historical rec-ords // Reviews of Geophysics. 2003. V. 41, N 2. 37 p. DOI: 10.1029/2002RG000115
Korte M., Mandea M. Magnetic poles and dipole tilt variation over the past decades to millennia // Earth, Planets and Space. 2008. V. 60. P.937–948. DOI: 10.1186/BF03352849
Lepidi S., Di Mauro D., Tozzi R., Cafarella L., De Michelis P., Marzocchett M. Space observations to determine the location of locally vertical geomagnetic field // Space Weather of the Heliosphere: Processes and forecasts, Proceedings IAU Symposium.V.335. Cambridge: Cambridge University Press, 2018. P.135–138. DOI: 10.1017/S1743921317007190
Livermore P.W., Finlay C.C., Bayliff M. Recent north magnetic pole acceleration towards Siberia caused by flux lobe elongation // Nature Geoscience. 2020. V. 13, N 5. P.387–391. DOI: 10.1038/s41561-020-0570-9
Mandea M., Dormy E. Asymmetric behavior of magnetic dip poles // Earth, Planets and Space. 2003. V. 55. P.153–157. DOI: 10.1186/BF03351742
Olsen N., Mandea M. Will the Magnetic North Pole Move to Siberia? // EOS Transactions AGU. 2007. V. 88, N 29. 2 p.
Regi M., Di Mauro D., Lepidi S. The location of the Earth's magnetic poles from circum-terrestrial observations // Journal of Geophysical Research: Space Physics. 2021. V. 126. 19 p.
Stasiewicz K. Polar Cusp Topology and Position as a Function of Interplanetary Magnetic Field and Magnetic Activity: Comparison of a Model with Viking and other Observations // Jour-nal of Geophysical Research: Space Physics. 1991. V. 96. 12 p. DOI: 10.1029/91JA01420
Wessel P., Luis J.F., Uieda L., Scharroo R., Wobbe F., Smith W.H.F., Tian D. The Generic Map-ping Tools version 6 // Geochemistry, Geophysics, Geosystems. 2019. V. 20. P.5556–5564.
Witze A. Earth's magnetic field is acting up and geologists don't know why // Nature. 2019. V. 565. P.143–144. DOI: 10.1038/d41586-019-00007-1
Демина И.М., Никитина Л.В., Фарафонова Ю.Г. Движение Северного магнитного полюса в рамках динамической модели источников главного магнитного поля Земли // Гео-магнетизм и аэрономия. 2007. Т. 47, № 2. С.279–286.
Меркурьев С.А., Демина И.М., Иванов С.А. Новые данные о расположении Южного маг-нитного полюса и модели глобального магнитного поля Земли // Материалы XIV школы-конференции с международным участием “Проблемы Геокосмоса – 2022” / Отв. ред. С.В. Апатенков, А.А. Костеров, Е.Л. Лыскова, И.А. Миронова. СПб.: Скифия-принт, 2022. С.30–39. DOI: 10.53454/978598620_30
Роджерс Д., Адамс Д. Математические основы машинной графики. М.: Мир, 2001. 604 с.
Семаков Н.Н., Ковалев А.А., Павлов А.Ф., Федотова О.И. Куда бежит магнитный полюс? // Наука из первых рук. 2016. Т. 68, № 2. С.97–107.
Alken P., Califf S., Chulliat A., Nair M., Schnepf N.R., Varner J., Woods A., Thébault E., Amit H., Langlais B., Saturnino D., Beggan C.D., Brown W.J., Cox G.A., Macmillan S., Finlay C.C., Hammer M.D., Kloss C., Olsen N., Toffner-Clausen L., Aubert J., Fournier A., Hulot G., Lesur V., Ropp G., Vigneron P.,Gillet N., Huder L., Livermore P.W., Metman M.C., Mound J.E., Lowes F.J., Korte M., Matzka J., Morschhauser A., Rother M., Stolle C., Vervelidou F., Toh H., Chambodut A., Wardinski I., Shen X., Yang Y., Zeren Z., Zhou B., Magnes W., Jager T., Léger J.M., Bondar T.N., Petrov V.G., Minami T., Nakano S., Sanchez S., Wicht J., Baerenzung J., Holschneider M., Kuang W., Sabaka T.J., Tangborn A., Pavón-Carrasco F.J., Marsal S., Torta J.M., Mandea M., Grayver A., Kuvshinov A. International Geomagnetic Reference Field: the thirteenth generation // Earth, Planets and Space. 2021. V. 73. P.1–25.
Chulliat A., Hulot G., Newitt L.R. Magnetic flux expulsion from the core as a possible cause of the unusually large acceleration of the north magnetic pole during the 1990s // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 2010. V. 115. 12 p. DOI: 10.1029/2009JB007143
Dawson E., Newitt L.R. The magnetic poles of the Earth // Journal of Geomagnetism and Geoelectricity. 1982. V. 34. P.225–240.
Huder L., Gillet N., Finlay C.C., Hammer M.D., Tchoungui H. COV-OBS/x2: 180 years of geo-magnetic field evolution from ground-based and satellite observation // Earth, Planets and Space. 2020. V. 72. 18 p. DOI: 10.1186/s40623-020-01194-2
Jonkers A.R.T., Jackson A., Murray A. Four centuries of geomagnetic data from historical rec-ords // Reviews of Geophysics. 2003. V. 41, N 2. 37 p. DOI: 10.1029/2002RG000115
Korte M., Mandea M. Magnetic poles and dipole tilt variation over the past decades to millennia // Earth, Planets and Space. 2008. V. 60. P.937–948. DOI: 10.1186/BF03352849
Lepidi S., Di Mauro D., Tozzi R., Cafarella L., De Michelis P., Marzocchett M. Space observations to determine the location of locally vertical geomagnetic field // Space Weather of the Heliosphere: Processes and forecasts, Proceedings IAU Symposium.V.335. Cambridge: Cambridge University Press, 2018. P.135–138. DOI: 10.1017/S1743921317007190
Livermore P.W., Finlay C.C., Bayliff M. Recent north magnetic pole acceleration towards Siberia caused by flux lobe elongation // Nature Geoscience. 2020. V. 13, N 5. P.387–391. DOI: 10.1038/s41561-020-0570-9
Mandea M., Dormy E. Asymmetric behavior of magnetic dip poles // Earth, Planets and Space. 2003. V. 55. P.153–157. DOI: 10.1186/BF03351742
Olsen N., Mandea M. Will the Magnetic North Pole Move to Siberia? // EOS Transactions AGU. 2007. V. 88, N 29. 2 p.
Regi M., Di Mauro D., Lepidi S. The location of the Earth's magnetic poles from circum-terrestrial observations // Journal of Geophysical Research: Space Physics. 2021. V. 126. 19 p.
Stasiewicz K. Polar Cusp Topology and Position as a Function of Interplanetary Magnetic Field and Magnetic Activity: Comparison of a Model with Viking and other Observations // Jour-nal of Geophysical Research: Space Physics. 1991. V. 96. 12 p. DOI: 10.1029/91JA01420
Wessel P., Luis J.F., Uieda L., Scharroo R., Wobbe F., Smith W.H.F., Tian D. The Generic Map-ping Tools version 6 // Geochemistry, Geophysics, Geosystems. 2019. V. 20. P.5556–5564.
Witze A. Earth's magnetic field is acting up and geologists don't know why // Nature. 2019. V. 565. P.143–144. DOI: 10.1038/d41586-019-00007-1
