[科普中国]-地磁分量

地磁分量（geomagnetic element），即表示地球磁场方向和大小的物理量。地表某点的地磁场强度是个矢量，用T表示。矢量T在坐标系的xoy水平面上及沿各坐标轴的投影H、X、Y和Z分别称为水平分量，北分量(x分量)、东分量(y分量)和垂直分量(Z分量)。

定义geomagnetic element 表示地球磁场方向和大小的物理量。地表某点的地磁场强度是个矢量，用T表示。研究这个矢量的参考坐标系选择如下：坐标系的原点。位于研究点；x轴指向地理北， y轴指向地理东；z轴垂直向下，指向地心。在此座际系中矢量T在水平面的投影与x轴的夹角(即T的方位角)，称为偏磁角(D)。矢量T的倾角，称为磁倾角(I)。矢量T在坐标系的xoy水平面上及沿各坐标轴的投影H、X、Y和Z分别称为水平分量，北分量(x分量)、东分量(y分量)和垂直分量(z分量)。磁偏角、磁顿角、总磁场强度(T)及共各个分量，统称为地磁要素。地磁要素随时间而不断发生变化。确定某一点的磁场情况，需要三个要素，常用的是磁倾角、磁偏角和水平分量。

矢量坐标研究地磁分量这个矢量的参考坐标系选择如下：坐标系的原点。位于研究点；x轴指向地理北， y轴指向地理东；z轴垂直向下，指向地心。在此座际系中矢量T在水平面的投影与x轴的夹角(即T的方位角)，称为偏磁角(D)。矢量T的倾角，称为磁倾角(I)。矢量T在坐标系的xoy水平面上及沿各坐标轴的投影H、X、Y和Z分别称为水平分量，北分量(x分量)、东分量(y分量)和垂直分量(Z分量)。

地磁要素磁偏角、磁顿角、总磁场强度(T)及共各个分量，统称为地磁要素。地磁要素随时间而不断发生变化。确定某一点的磁场情况，需要三个要素，常用的是磁倾角、磁偏角和水平分量。

地磁要素是描述某点地磁场大小和方向的物理量。地磁要素常用的有7个，但确定一个向量有3个独立的分量就够了。O为测点，在直角坐标系中Ox指地理北，Oy指地理东，Oz垂直向下。F为地磁场总强度；H为F在水平面内的投影，称为水平强度或水平分量；X为H在Ox轴上的投影，称为北向强度或北向分量；у为H在Oy轴上的投影，称为东向强度或东向分量；Z为F在Oz轴上的投影，称为垂直强度或垂直分量；D为H偏离Ox轴即偏离地理北的角度，称为磁偏角，H向东偏为正；I为F同水平面的夹角，称为磁倾角，F向下倾为正。
各地磁要素之间有下列的关系：
X=HcosD Y=HsinD Z=HtgI
H2=X2+Y2 F2=H2+Z2=X2+Y2+Z2
H=FcosI Z=FsinI X=FcosDcosI
Y=FsinDcosI

所以7个要素之中，只能选3个做为独立的，其余各要素都可以由它们推算出来。例如，可以测定球坐标系的 F、D、I，或柱坐标系的H、D、Z，或直角坐标系的X、Y、Z。野外一般测量 H、D、I或F、H、D，而地磁台一般记录H、D、Z或X、Y、Z。
地磁要素F、H、X、Y、Z的单位过去常用伽马，其符号为γ，1γ=10E-9特〔斯拉〕，即1纳特。

地磁场水平分量地球上除高纬度地区以外，大部分地区地磁场水平分量是大致指北的，这个方向称为磁北。中国由南到北，水平分量逐渐减小，约从0.04到0.02毫特[斯拉]。

概念编辑

地磁场水平分量（horizontal component of geomagnetic field）是指地磁场的总磁场强度矢量T在参考坐标系的XOY水平面上的投影，称为地磁场水平分量，通常用符号H表示。水平分量的数值在赤道附近最大，约为0.03～0.04毫特[斯拉]，由赤道向两极数值逐渐减小，两极为零。

地磁场水平分量是地磁场的磁场强度在其水平方向的分量，是地磁场的三要素之一。通常用H∥表示。在铅直方向的分量叫做铅垂强度，通常用符号H⊥表示。如果某处的地磁场强度为H，则：H∥=Hcosθ，H⊥=Hsinθ，式中θ为该处的磁倾角。

地磁场编辑

地球周围空间的磁场分为近地面磁场和高空磁场。近地面磁场一般指上地幔到约1000公里以下这部分空间的磁场。如果不加特指，地球的磁场就是描述近地面磁场，而离地面600～1000公里以上往外延伸的高空磁场则被称为磁层。

偶极磁场——地球的磁场是偶极磁场，主要来源于内部(图1)。根据1975年测量，地磁南极位于北半球76.°2N，100.°6W，习惯上称作北磁极；地磁北极位于南半球65.°8S，139.°4E，习惯上称作南磁极。磁轴和地轴相交11.°5，磁极位置的磁场强度约比赤道处的磁场强度高出一倍左右，并且磁极的位置不断变化。通常用地磁强度表示磁场的强弱，单位是伽玛(1伽玛=10奥斯特，定义单位磁极在磁场中受1达因的磁场力，则磁场强度是1奥斯特)，地球平均地磁强度为50000伽玛，在太阳系中比起水星、金星、火星的磁场，地球的磁场强很多，但比起其他大行星又弱。地球磁场不稳定，有短期变化和长期变化。短期变化有日变化、月变化、季节变化以及太阳风引起的变化，这些变化都与地球在太阳系中的位置和自转公转运动有关；长期变化主要表现在磁极的位置不断改变。根据地质时代岩石的剩余磁性测定，磁极曾发生过多次倒转。至于倒转产生的原因，至今还仅停留在“假说”阶段，没有形成完整的理论。

图1地球的偶极磁场

磁层——由于太阳上发出持续不断的稳定粒子流(叫做太阳风)影响地球磁场，并把地磁场限制在一定的空间，使地球的偶极磁场到了高空中不能无限制地向外扩张，这样形成的磁场空间就是“磁层”。由于太阳风的影响，正对太阳风与背对太阳风两面不同，正对太阳风一面，磁层达到10个地球半径处，当太阳活动激烈时，太阳风增强，可把磁层边缘压到5～7个地球半径。磁层和太阳风前沿 (激波面) 之间的区域叫“磁鞘”，约3～4个地球半径。在背向太阳风的一面，磁层可以达到几百甚至1000个地球半径，形成圆柱形尾巴。圆柱中间地球赤道中面区域，由于磁力线互相抵消，成为“中性片”，从中性片到磁层边缘约22个地球半径。在磁层边界处地球磁场强度已减少到几十伽玛，磁层以外将不属于地球磁场而成为行星际空间磁场了 (图2)。

图2 地球的磁层和辐射带

辐射带——地磁场在磁层范围内俘获太阳风的带电粒子，形成两个“地球辐射带”，又叫“范·艾伦辐射带”，位于中、低磁场纬度的上空。内辐射带在赤道平面距地面约1～2地球半径，主要在地磁低纬40°以内，外辐射带在赤道平面距地面3～4地球半径处，可以延伸到地磁纬度50°～70°的区域，这两个辐射带没有明显的界限，常随太阳活动而变化其范围。两个辐射带主要是由地球磁场俘获太阳风的质子和电子组成，但能量很强。内辐射带主要由高能质子其次是中、低能的电子组成; 外辐射带主要是高能电子其次是低能质子组成。两个辐射带套在地球周围，对人类活动起保护作用，阻挡太阳风，使人们不致受宇宙线的轰击，使地球上生物得以生存。由于极区没有这种保护，极区飞行要特别防止高能粒子的轰击，因而有必要作太阳活动预报以掌握高能粒子袭击的规律和强度范围，并保证安全1。

本词条内容贡献者为:

李雪梅 - 副教授 - 西南大学