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1、第21卷 第4期高 原 气 象Vol.21No.42002年8月PLATEAUMETEOROLOGYAugust,2002文章编号:100020534(2002)0420395207地磁场与气候变化关系的新探索1121高晓清,柳艳香,董文杰,汤懋苍(1.中国科学院寒区旱区环境与工程研究所,甘肃兰州 730000;2.中国科学院大气物理研究所,北京 100029)摘 要:对地磁场与气候变化的统计研究早已表明,二者有很好的相关关系。本文的目的是对它们的关系给出一种可能的物理解释。利用近600年的地磁场模型资料和全球平均温度序列分析了两者变化的关系,发现它们有很好
2、的对应,且地磁场变化超前于全球气温变化。从地磁场的变化来看,21世纪初全球变暖的趋势应该减缓。文中对地表浅层热场(地热带、火山和地温场)的分布特征与地球内部软流圈-岩石圈边界上焦耳热场的分布特征进行了对比分析。结果表明,地表浅层热场与地球深层焦耳热的分布有很好的对应关系,这可能暗示地表浅层热场是地球深层焦耳热的反映,地磁场通过焦耳热的不断释放影响气候变化。关键词:地磁场;焦耳热;气候变化;地球系统;气候系统中图分类号:P353.3文献标识码:A能是:根据地球发电机理论,地磁场的变化意味着1 引言地内电流发生了变化,而地内电流的变化将引起焦 有关地磁与气象的
3、关系,在20世纪70年代已耳热产热率发生变化,即地球内部的热状况发生变被研究日地关系的学者所重视,并发现地磁活动与化,使得从地内向大气圈的热量输入(同时还应该太阳活动、大气圈和生物圈之间存在很好的相关关有物质输入,如CO2、H2O等)发生变化,从而引起系,认为地磁活动性可作为太阳-大气关系的“指气候变化。本文在此给出一些证据以证明我们的看[1～5]示器”。不少作者分析研究了上百年的太阳活法。动、地磁活动和各种气象资料,揭示了地磁与低层2资料大气气压、气温和降雨量的关系,并提出地磁场控[6]制大气层的一些证据。Roberts等发现,当低压槽 所用的资料有:(
4、1)已经发表的公元1400年以穿过北太平洋、北美地区时,其涡度面积指数与地来的全球地磁场模型。公元1900年以前为每隔50[7]磁事件(磁暴)有显著相关。Sarukhanyan等指出,年的模型序列,公元1900年以来主要是每隔5年的[8]天气图与地磁等值线分布有相似的现象。King发模型序列。大部分模型的阶数(n)在13以下(见附[16]现,气候系统与地磁场的相似性表现在大气中的录)。(2)Jones于1998年发表的最近1000年来南“定常”气压系统亦是随时间西移的。这表明近几十北半球的温度序列。年到百年的地磁场非偶极要素的长期转移和北半球3计算方法大气环
5、流的行为及其气候效应的一致性。他还指出:如果对流层的气压系统的确受控于地磁场,那 我们知道,任何物理量场都可以用一组完整的么过去气候的变化就应该与地磁场的变化有关。近正交函数来描述。对地磁场的描述也不例外。目10年来又开创了古地磁和古气候关系方面的研究前,在地磁场的描述中,应用最广泛的是球谐分[9～11][12～15]和理论解释。还有许多这方面的工作。析。利用全球的各种地磁场资料,求得描述地磁场 基于前人及我们的工作,我们认为这一过程可的截断球谐函数的系数。德国数学家卡尔·弗里德 收稿日期:2002203211;改回日期:2002205222 基金项
6、目:国家重点研究发展规划项目“我国重大气候灾害的形成机理和预测理论的研究”(G1998040900);中国科学院知识创新工程重大项目“西部生态环境演变规律与水土资源可持续利用研究”(KZCX1210202)的共同资助 作者简介:高晓清(1966—),男,甘肃靖远人,博士,研究员,主要从事气候变化与地气相互作用研究.E2mail:xqgao@ns.lzb.ac.cn 高 原 气 象 21卷 396利希·高斯于1838年首先应用数学的形式来表示地2π),得:磁场,且得到了地磁场位的球谐表达式中的
7、系数,γ2∞2(n+1)0s12(n+1)(2n+1)a该系数被称为高斯系数。高斯系数包含有与地磁场《Θ》=κ2μ2σ4πa∑nr0rn=1及其随时间变化有关的大量信息,利用它可以研究nm2m2与地磁场有关的各种问题。·∑[(gn)+(hn)],(6)m=03.1 地磁场能量此为全球焦耳热的产热率。式中s和σ为未知数, 利用高斯系数,地磁场能量可以表示为我们取其全球各处为常数。则可将上式改写为∞32n+1n2πaa(n+1)m2U=∑[(gn)σn=1μr2n+1m∑=0《Θ^》=《Θ》sm2+(hn)],(1)γ2∞(2(n+1)012n+1)(2n+1
8、)a=κ2μ24πa∑nr式中a为地球半径,r为地球
