地磁场的功率谱（谱）

1.4　地磁场的功率谱（MauersbergerLowes谱）

为了估计每一频率成分（球谐阶数n）对地磁场的贡献，常用马尔斯伯格（Mauersberger）和洛依斯（Lowes F）提出的空间功率谱R_n的概念，R_n由下式表示： 空间功率谱R又称为Mauersberger–Lowes谱^{［19～20］}。

新近制作的R_nn曲线表明，在n＝12以下谱主要受主磁场控制，在n＝16以上，谱主要受岩石圈磁场控制，在中间的一段，谱互相重叠，不能区分上述两种场。其他所有的地磁场球谐分析结果都有这个特征。图111表示Lowes F根据CM4模型系数算出的2000年内源地磁场的空间功率谱（Mauersberger–Lowes）^［22］。

图1-11　2000年内源地磁场的空间功率谱^［22］圆点代表R_n值，即地表r＝a阶数n的调和函数项产生的矢量场均方值（nT）2的对数值（右边纵轴）。右下角方点代表长期变化相应的值（nT/a）2（左边纵轴）。Lowes F根据CM4模型系数算出

德国学者Maus S提出精确的功率谱定义以及从总场异常计算功率谱的方法步骤，这样就可以将以球谐展开式表示的全球模型与区域的航磁、海磁数据相比较。他举例说明，NGDC720是一个球谐模型，分辨力为7.5弧分或1/8度，其地磁功率谱可由高斯系数算出，而NGDC推出的世界磁异常图的网格化数据集（又称为EMAG3）包含了半个世纪以来的海磁、航磁数据，分辨力3弧分，将来以异常图的形式出版，并公布数据集。为了比较，要利用Maus S的方法算出功率谱，为此，他将全球割出许多20°×20°的区块，进行计算。图112是对比结果［22］。

Maus S等在发布他们的研究成果（地球磁异常网格数据EMAG2）的同时，还展示了一幅地磁场的功率谱R_nn曲线，见图113。这张图从一个侧面反映了迄今科学界对地磁场（BM和BL）的认识^［23］。

在国际地球位场10年期间，一些发射磁测卫星的国家（如丹麦、德国、美国、法国等）的地磁学界，研究工作十分活跃。在地核场和岩石圈磁场研究的许多方面，有了长足的进展：在内源场方面，建立了综合模型（CM系列）；建立了岩石圈磁场模型（MF系列等）；制作了地核场和异常场模型与图件（IGRF、WMM、WDMAM等），还建立了磁性地壳厚度模型。这些模型，或者以所采用的公式及系数的形式公诸于世，经过计算就可得到磁场值；或者公布磁场值，可直接使用。系数和磁场值是由原始数据经过处理后得到的，用起来比较方便。此外，相关的论文很多，其中数据处理以及定量解释方法和步骤，也值得借鉴。这是一种丰富的资源，应该在研究工作中充分利用。

图1-12　NGDC720与NGDC推出的世界磁异常图（候选）区块地磁功率谱的对比

黑线表示NGDC720模型，红线表示全部区块的值，与NGDC720符合甚好，绿线代表陆地区块的值，蓝线代表海洋区块的值，平均来说，陆壳上的磁异常比全球平均值强一些，而洋壳上的磁异常一般要弱一些

图1-13　地球内源磁场的功率谱^［23］