地磁場水平強度

地磁場水平強度是地球表面某處磁場強度矢量H的水平方向的分量，是地磁三要素之一。在磁極處，H的水平分量為零，在地磁赤道處H的水平分量即H。北京地磁場水平強度比蘭州小。

基本介紹

• 中文名：地磁場水平強度
• 外文名：Geomagnetic field level strength
• 解釋：磁場強度矢量H的水平方向的分量
• 構成：地磁三要素
• 領域：地理學
• 參數：磁傾角

概念

地磁又稱“地球磁場”或“地磁場”。指地球周圍空間分布的磁場。地球磁場近似於一個位於地球中心的磁偶極子的磁場。它的磁南極(S)大致指向地理北極附近，磁北極(N)大致指向地理南極附近。地表各處地磁場的方向和強度都因地而異。赤道附近磁場最小(約為0.3—0.4奧斯特)，兩極最強(約為0.7奧斯特)。其磁力線分布特點是赤道附近磁場的方向是水平的，兩極附近則與地表垂直。地球表面的磁場受到各種因素的影響而隨時間發生變化。通常把地球磁場分為兩部分，即來源於地球內部的“基本磁場”和來源於地球外部的“變化磁場”。

地磁場水平強度是地球表面某處磁場強度矢量H的水平方向的分量，是地磁三要素之一。在磁極處，H的水平分量為零，在地磁赤道處H的水平分量即H。北京地磁場水平強度比蘭州小。

地磁場的磁場強度在其水平方向的分量，是地磁場的三要素之一。通常用H∥表示。在鉛直方向的分量叫做鉛垂強度，通常用符號H⊥表示。如果某處的地磁場強度為H，則：H∥=Hcosθ，H⊥=Hsinθ，式中θ為該處的磁傾角。

地磁場

地球周圍空間的磁場分為近地面磁場和高空磁場。近地面磁場一般指上地幔到約1000公里以下這部分空間的磁場。如果不加特指，地球的磁場就是描述近地面磁場，而離地面600～1000公里以上往外延伸的高空磁場則被稱為磁層。

偶極磁場——地球的磁場是偶極磁場，主要來源於內部(圖1)。根據1975年測量，地磁南極位於北半球76.°2N，100.°6W，習慣上稱作北磁極；地磁北極位於南半球65.°8S，139.°4E，習慣上稱作南磁極。磁軸和地軸相交11.°5，磁極位置的磁場強度約比赤道處的磁場強度高出一倍左右，並且磁極的位置不斷變化。通常用地磁強度表示磁場的強弱，單位是伽瑪(1伽瑪=10奧斯特，定義單位磁極在磁場中受1達因的磁場力，則磁場強度是1奧斯特)，地球平均地磁強度為50000伽瑪，在太陽系中比起水星、金星、火星的磁場，地球的磁場強很多，但比起其他大行星又弱。地球磁場不穩定，有短期變化和長期變化。短期變化有日變化、月變化、季節變化以及太陽風引起的變化，這些變化都與地球在太陽系中的位置和自轉公轉運動有關；長期變化主要表現在磁極的位置不斷改變。根據地質時代岩石的剩餘磁性測定，磁極曾發生過多次倒轉。至於倒轉產生的原因，至今還僅停留在“假說”階段，沒有形成完整的理論。

磁層——由於太陽上發出持續不斷的穩定粒子流(叫做太陽風)影響地球磁場，並把地磁場限制在一定的空間，使地球的偶極磁場到了高空中不能無限制地向外擴張，這樣形成的磁場空間就是“磁層”。由於太陽風的影響，正對太陽風與背對太陽風兩面不同，正對太陽風一面，磁層達到10個地球半徑處，當太陽活動激烈時，太陽風增強，可把磁層邊緣壓到5～7個地球半徑。磁層和太陽風前沿 (激波面) 之間的區域叫“磁鞘”，約3～4個地球半徑。在背向太陽風的一面，磁層可以達到幾百甚至1000個地球半徑，形成圓柱形尾巴。圓柱中間地球赤道中面區域，由於磁力線互相抵消，成為“中性片”，從中性片到磁層邊緣約22個地球半徑。在磁層邊界處地球磁場強度已減少到幾十伽瑪，磁層以外將不屬於地球磁場而成為行星際空間磁場了 (圖2)。

圖1地球的偶極磁場

輻射帶——地磁場在磁層範圍內俘獲太陽風的帶電粒子，形成兩個“地球輻射帶”，又叫“范·艾倫輻射帶”，位於中、低磁場緯度的上空。內輻射帶在赤道平面距地面約1～2地球半徑，主要在地磁低緯40°以內，外輻射帶在赤道平面距地面3～4地球半徑處，可以延伸到地磁緯度50°～70°的區域，這兩個輻射帶沒有明顯的界限，常隨太陽活動而變化其範圍。兩個輻射帶主要是由地球磁場俘獲太陽風的質子和電子組成，但能量很強。內輻射帶主要由高能質子其次是中、低能的電子組成; 外輻射帶主要是高能電子其次是低能質子組成。兩個輻射帶套在地球周圍，對人類活動起保護作用，阻擋太陽風，使人們不致受宇宙線的轟擊，使地球上生物得以生存。由於極區沒有這種保護，極區飛行要特別防止高能粒子的轟擊，因而有必要作太陽活動預報以掌握高能粒子襲擊的規律和強度範圍，並保證安全。

圖2 地球的磁層和輻射帶

磁場強度

表示磁場的大小和方向的量。空間某一點的磁場強度可由作用在已知強度的磁極上的力或已知電流導線上的力來度量。對於已知形狀的通電流的導線在空間某點的磁場強度可以計算出 來。例如對於一直徑為D(單位為m)的單匝環形線圈，當通以電流i(單位為A)時，線上圈中心點的磁場大小H= i/D。若D=1m，i=1A，則H= 1A/m，方向由右手螺旋法則確定。磁場強度的單位 為A/m。

由於磁場是電流或運動 電荷引起的，磁介質在磁場中發生磁化對磁場也有影響，故磁場強度有兩種表示方法： 在充滿均勻磁介質的條件下，包括磁介質因磁化產生的磁場在 內，用磁感應強度B表示；單純由電流或運動電荷 引起的磁場用磁場強度H表示，B與H均是矢量，其方向即為磁場的方向。磁感應強度取決於電流或運動電荷在磁場中所受的力，其電磁單位為高斯 (Gs)，國際單位制為韋伯/米(Wb/m)；磁場強度取決於產生磁場的電流強度，電磁單位為奧斯特(Oe)，國際單位制為安培/米(A/m)。在各向同性的 磁介質中，B與H的比值即為介質的磁導率。

磁傾角

地球表面任何一點的地磁場總強度矢量與水平面之間的夾角，常用符號θ表示。早在公元11世紀以前，我國古代人們在研製指南魚時，就發現了地磁傾角的存在。

利用特定的儀器，可以測出各地的磁傾角。這種儀器把磁針安裝在一個水平軸上，水平軸通過磁針的重心。把磁針放在磁子午面上，它要在地磁場作用下，在豎直平面上轉動，量出磁針靜止時與水平面的夾角，就是磁傾角。在地磁極處，磁傾角為90°。