將CHAMP衛(wèi)星與中國地區(qū)地面地磁測量(磁測)數(shù)據(jù)結(jié)合進行研究,對提高地磁場模型精度、降低區(qū)域磁場模型的邊界效益、分析中國地區(qū)地磁場時空分布特征具有重要的意義。本文利用CHAMP衛(wèi)星和地面磁測數(shù)據(jù)對全球和區(qū)域地磁場建模進行了研究。分析比較了IGRF11和IGRF12在中國地區(qū)的地磁場及其長期變化的分布差異；利用CHAMP衛(wèi)星和地面磁測數(shù)據(jù)建立描繪全球地磁場的球諧模型,并與IGRF12進行比較分析；基于CHAMP衛(wèi)星數(shù)據(jù)建立二維和三維Taylor多項式模型,比較分析三維模型與二維模型、實測值以及IGRF12的差異；討論分析了二維和三維Taylor多項式模型在結(jié)合CHAMP衛(wèi)星和地面磁測這兩種不同高度的數(shù)據(jù)進行建模時的特點及局限性。主要研究結(jié)果如下：(1) IGRF12和IGRF11計算的中國及鄰近地區(qū)的地磁場差異不大。兩個模型在2010～2015年期間的年變率整體分布趨勢相同,但在局部存在差異。IGRF12的年變化趨勢和北京臺和蘭州臺的實測數(shù)據(jù)的平均變化一致,但在精度上存在明顯的誤差。IGRF12在2010～2020年中國地區(qū)的地磁場長期變化均為線性變化。(2)基于CHAMP衛(wèi)星和中國地面磁測數(shù)據(jù)建立的全球地磁場模型可較好地反映全球地磁場分布及其長期變化。通過與IGRF12的比較可以發(fā)現(xiàn),模型與IGRF12所描述的全球地磁場在整體分布上基本一致,在區(qū)域上存在一定差異。(3)基于CHAMP衛(wèi)星數(shù)據(jù)建立的三維Taylor多項式模型每一階的RMSE和殘差絕對值的平均值均要比二維模型小約45%�；贑HAMP衛(wèi)星和地面磁測數(shù)據(jù)的三維模型的RMSE比二維模型要小約96%。根據(jù)結(jié)果可得到以下結(jié)論：(1)相對于IGRF12,基于CHAMP衛(wèi)星和地面磁測數(shù)據(jù)的全球模型在中國及其鄰近地區(qū)的分布要相對更為詳細,可看到明顯的差異,能夠更好地反映中國及鄰近地區(qū)地磁場在全球分布中的狀況。(2)由于采用了系數(shù)完全展開的建模方式,三維模型的系數(shù)數(shù)量約為二維模型的2N倍,三維模型較低的截斷階數(shù)可以反映更多的地磁信息。5階三維Taylor模型基本可達到8階Taylor模型的精度。兩種模型繪制的地磁場及殘差分布有較好的一致性。(3)三維Taylor多項式模型可以根據(jù)CHAMP衛(wèi)星和地面磁測數(shù)據(jù)等不同高度下的數(shù)據(jù)較好的擬合地磁場分布。由于二維模型由于忽略了高度的因素及其本身的局限性,對系數(shù)的估算存在誤差,進而影響所計算的地磁場強度,無法在不同高度下進行數(shù)據(jù)擬合。因此,在利用不同高度下的數(shù)據(jù)進行地磁場建模研究方面,三維模型要優(yōu)于二維模型,具有廣泛的應(yīng)用價值。
【學(xué)位單位】：南京信息工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：P353
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景
        1.1.1 地磁場
        1.1.2 地磁場模型
    1.2 地磁場建模研究進展
        1.2.1 基于CHAMP衛(wèi)星數(shù)據(jù)的地磁場建模
        1.2.2 基于中國及鄰近地區(qū)地面磁測數(shù)據(jù)的地磁場建模
    1.3 問題的提出和研究意義
        1.3.1 問題的提出
        1.3.2 基于CHAMP衛(wèi)星和地面數(shù)據(jù)進行地磁場建模的研究意義
    1.4 研究目的和研究內(nèi)容
        1.4.1 研究目的
        1.4.2 研究內(nèi)容
第二章 研究數(shù)據(jù)與研究方法
    2.1 研究數(shù)據(jù)
        2.1.1 CHAMP衛(wèi)星磁測數(shù)據(jù)
        2.1.2 地面磁測數(shù)據(jù)
    2.2 研究方法
        2.2.1 地磁場全球模型
        2.2.2 地磁場區(qū)域模型
第三章 基于CHAMP衛(wèi)星和地面磁測數(shù)據(jù)的全球地磁場建模研究
    3.1 基于CHAMP衛(wèi)星和地面磁測數(shù)據(jù)的全球地磁場模型
        3.1.1 基于IGRF12模型的全球地磁場強度分布
        3.1.2 基于CHAMP衛(wèi)星和地面磁測數(shù)據(jù)的全球地磁場建模
    3.2 基于CHAMP衛(wèi)星和地面磁測數(shù)據(jù)的全球地磁場長期變化分析
        3.2.1 IGRF12模型的全球地磁場長期變化分布
        3.2.2 基于CHAMP衛(wèi)星和地面磁測數(shù)據(jù)的全球地磁場長期變化計算
    3.3 本章小結(jié)
第四章 基于IGRF12模型的區(qū)域地磁場比較分析
    4.1 IGRF12和IGRF11的分布差異比較
    4.2 IGRF12和IGRF11的長期變化比較
    4.3 IGRF12和臺站實測點數(shù)據(jù)的比較
    4.4 2010～2015年和2015～2020年期間的長期變化比較
    4.5 本章小結(jié)
第五章 基于CHAMP衛(wèi)星數(shù)據(jù)和三維Taylor多項式模型的區(qū)域地磁場建模研究
    5.1 截斷階數(shù)的選取
    5.2 中國及鄰近地區(qū)的三維Taylor多項式模型的建立
    5.3 中國及鄰近地圖的三維Taylor多項式模型的分析
        5.3.1 Taylor多項式模型的擬合值與實測值的對比分析
        5.3.2 殘差分析
        5.3.3 RMSE分析
        5.3.4 模型系數(shù)比較
    5.5 本章小結(jié)
第六章 基于CHAMP衛(wèi)星和地面磁測數(shù)據(jù)的三維Taylor多項式模型區(qū)域地磁場研究
    6.1 截斷階數(shù)的選取
    6.2 基于衛(wèi)星和地面數(shù)據(jù)的三維Taylor多項式模型的中國及鄰近地區(qū)地磁場計算
    6.3 基于衛(wèi)星和地面數(shù)據(jù)的Taylor多項式模型分析比較
        6.3.1 殘差分析
        6.3.2 RMSE分析
    6.4 本章小結(jié)
第七章 結(jié)論與展望
    7.1 主要研究結(jié)論
    7.2 創(chuàng)新處
    7.3 展望
參考文獻
致謝
個人簡介


本文編號：2840829