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地磁场

从地球中心到磁层顶部的空间磁场。地磁的主要研究对象。早期对地磁场存在的认识，来源于天然磁铁和磁针的手指极性。磁针的极性是因为地球北磁极(磁S极)吸引磁针N极，地球南磁极(磁N极)吸引磁针S极。这个解释最早是由英国的w·吉尔伯特在1600年提出的。吉尔伯特关于地磁场来自地球本身的假设是正确的。这一点已经被德国数学家C.F .高斯在1839年首次应用球谐函数分析所证实。

地磁场是一个矢量场。要描述空间某一点的地磁场强度和方向，需要三个独立的地磁要素。常用的地磁要素有7个，即地磁总强度F、水平强度H、垂直强度Z，X和Y分别是H的北向和东向分量，D和I分别是赤纬和倾角。其中，磁偏角的观测历史最早。现代地磁场观测中，地磁台一般只记录h、d、z或x、y、z。

近地空间的地磁场和均匀磁化球体的磁场一样，在地面两极附近小于1高斯，所以地磁场很弱。地磁场强度的单位曾经是伽马(γ)，即10高斯。1960年决定采用特斯拉作为磁测量的国际单位，1高斯= 10特斯拉(T)，简称1伽马= 10特斯拉= 1纳特斯拉(nt)。虽然地磁场很弱，但它延伸到遥远的太空，保护地球上的生物和人类免受宇宙辐射。

地磁场包括基本磁场和变化磁场两部分，两者的起源完全不同。基本磁场是地磁场的主要部分，源于地球内部，相对稳定，变化非常缓慢。变化磁场包括地磁场的各种短期变化，主要来源于地球外部，非常微弱。

地球的基本磁场可分为偶极磁场、非偶极磁场和地磁异常。偶极磁场是地磁场的基本组成部分，其强度约占磁场总强度的90%，是地球液态外核中电磁流体力学过程产生的，即自激电机效应。非偶极子磁场主要分布在东亚、西非、南大西洋和南印度洋，平均强度约为磁场的10%。地磁异常分为区域异常和局部异常，与岩石和矿体的分布有关。

地磁场的变化可以分为两种类型:平静变化和扰动变化。宁静变化主要是以一个太阳日为周期的太阳宁静日变化，其场源分布在电离层中。扰动变化包括磁暴、地磁亚暴、太阳扰动和地磁脉动等。场源是磁层和电离层中太阳粒子辐射与地磁场相互作用产生的各种短期电流系统。磁暴是全球同时发生的强磁扰动。持续时间约为1 ~ 3天，振幅可达10 NAT。其他干扰变化主要分布在地球极光区。