地磁日变

1. 基本定义：地磁日变，全称“地磁日变化”，是指地球表面任意一点的地磁场要素（如总强度、水平分量、磁偏角等）在一昼夜24小时内所发生的规律性、周期性变化。这种变化并非由地球内部深处的主磁场（由地核发电机产生）引起，而是主要源于地球外部，特别是电离层和磁层中电流体系的周期性变化。

2. 物理来源：其根源是太阳辐射。太阳发出的紫外线和高能粒子使地球高层大气（约60-1000公里高度）电离，形成电离层。太阳风和地球磁场相互作用形成磁层。在太阳光照（日间）和地球自转的共同驱动下，电离层中会产生大规模的电流涡流，最主要是“Sq电流体系”（太阳静日变化电流体系）。这个电流体系产生的附加磁场叠加在地球主磁场上，就造成了地面观测到的地磁场周期性起伏，即地磁日变。

3. 变化特征：

   • 周期：基本周期为24小时（太阳日），但其中也包含12小时、8小时等更高次谐波。
   • 幅度：变化幅度通常在几十到一百多纳特斯拉（nT）之间，远小于地球主磁场的数万nT，但足以被精密磁力仪清晰记录。
   • 规律：变化形态与地方太阳时密切相关。通常，白天（尤其中午前后）变化幅度大、形态复杂；夜晚变化平缓。磁偏角、水平分量和垂直分量的日变曲线各有其特征形态。

4. 空间分布规律：

   • 纬度变化：日变幅度随纬度变化显著。在中低纬度地区（尤其是磁纬±30°附近）日变幅度最大。在磁赤道附近，会出现一种特殊的、幅度急剧增大的“赤道电集流”效应。向高纬和极区，日变形态受极区电流体系影响更大，规律性减弱，且与地方时关系减弱，与磁地方时关系更强。
   • 季节变化：同一地点的地磁日变形态和幅度随季节变化。夏季的日变幅度通常大于冬季，这是因为夏季太阳照射更强，电离层电导率更高。
   • 太阳活动性影响：在太阳活动剧烈（如太阳耀斑爆发）时，太阳辐射和粒子流增强，会导致电离层电流体系剧烈扰动，从而使地磁日变幅度显著增大，形态畸变，这种增强的、非静日的扰动称为“磁暴”或“磁扰”。

5. 在应用中的重要性：

   • 背景噪声：在地球物理磁法勘探（如航空磁测、地面磁测）中，地磁日变是必须处理的背景噪声。勘探关注的是地下地质体引起的微小磁异常（可能仅数nT），而地磁日变幅度与之相当甚至更大，因此必须通过设立固定的“日变观测站”连续记录纯日变场，再从勘探区的测量数据中将其校正、剔除，才能得到反映地下情况的真实磁异常。
   • 研究对象：对地磁日变本身的研究，是了解电离层和磁层动力学、太阳-地球电磁耦合关系的重要窗口。通过分析全球地磁台网记录的日变数据，可以反演电离层电流体系的形态和强度，监测空间天气状态。
   • 对导航的影响：高精度的地磁导航（包括一些动物迁徙依赖的地磁感应）需要考虑到地磁日变带来的微小偏差，尽管现代电子罗盘通常已内置了修正模型。