地磁场和地磁要素

在地球周围，具有磁力作用的空间称为地磁场。地磁场是一个矢量场。将一个磁针通过其重心悬挂起来，使之能自由转动。当磁针静止时不仅指向一定的方位，而且倾斜一定的角度。磁针在空间所指的方向，就是其重心所在处地磁场的方向。将地面上任一点的地磁场总强度在一确定直角坐标系下分解开，其中每一描述该点磁场特征的量都称为一个地磁要素。设O为地面上任意一点，T为该点地磁场总强度。直角坐标轴x指向地理正北，y轴指向地理东，z轴垂直向下（图15-3）。T在三个坐标轴上的投影分别为北向分量X，东向分量Y和垂直分量Z；规定各分量与相应坐标轴的正向一致时为正，反之为负。T在XOY水平面内的投影称为水平分量H，它指向磁北方向，其延长线即是磁子午线。磁子午线（磁北）与地理子午线（地理北）的夹角称为磁偏角，以D表示。H偏东时D为正，反之为负。T与H间的夹角称为磁倾角I，当T下倾时I为正，反之为负。I，D，X，Y，Z，H和T各量都是表示地磁场大小和方向的物理量，都称为地磁要素。它们之间有如下关系：

图15-3 地磁要素示意图

地磁要素是随时空变化的，要了解其分布特征，必须把不同时刻所观测的数值都归算到某特定的日期，这个过程称之为通化。国际上将此日期选在1月1日零点零分。将经通化后的某一地磁要素值按各个测点的经纬度坐标标在地图上，再把数值相等的各点用光滑的曲线连接起来，编绘成的等值线图，便称为该地磁要素的地磁图。图15-4至图15-7分别是1980.0年代世界地磁场垂直强度、水平强度、偏角和倾角等值线平面图。

图15-4 1980.0年代世界地磁场垂直强度等值线平面图（单位：103n T）

图15-5 1980.0年代世界地磁场水平强度等值线平面图（单位：103n T）

图15-6 1980.0年代世界地磁场等偏线图（单位：（°））

图15-7 1980.0年代世界地磁场等倾线图（单位：（°））

世界地磁图反映了地磁各要素随地理分布的基本特征。由图15-4可见Z等值线大致沿纬度方向排列的曲线，Z的绝对值在赤道处最小，向两极逐渐增大。在磁赤道以北Z＞0，表示垂直分量向下，在磁赤道以南Z＜0，表示垂直分量指向上，说明在磁偶极子模式下南半球磁极是正极，北半球磁极是负极。图15-5展示水平分量等值线大致是沿纬度线排列的曲线族，H值由赤道向两极逐渐减小至零。结合垂直分量的展布，可发现两极处的总磁场强度较赤道处大两倍。从图15-6、图15-7的全球等偏线图，等倾线图图件可见到地磁场的另一些特征：地球有两个磁极，它们和地理两极靠近，在两极，磁倾角最大，近如90°，从而出现了水平分量为零、垂直分量最大、磁偏角没有一定值；在磁赤道处，磁倾角最小，从而出现了垂直分量近于零、水平分量最大、并且水平分量无论在何处都指向磁北。地磁场的磁轴与地球的旋转轴不重合，夹角约为11.5°。根据以上分布规律，不难看出，地球磁场和一磁偶极子或均匀磁化球体所形成的磁场极为相似。

按编图范围，地磁图又可分为世界地磁图和局部地磁图两种。此外，根据地磁要素随时间变化的观测资料，还可求出相应要素的年变化平均值，称为地磁要素的年变率。同样可以编制出相应年代的要素年变率等值线图。