基于Swarm卫星数据的卫星高度区域地磁场模拟研究

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为了建立中国地区及邻近区域卫星高度处(400-520km)高精度的主磁场模型,本研究利用62 208 000个Swarm卫星磁测数据进行筛选、归算,使用CHAOS-6模型移除岩石圈磁场和外源场后得到2788个主磁场网格数据,建立了卫星高度的3D Surface Spline(3DSS)模型。与其它区域模型(3D、2D Taylor(3DTY、2DTY)多项式模型、2D Surface Spline(2DSS)模型)以及CHAOS-6模型进行相同区域的建模分析,研究结果如下:(1)比较四个区域模型的地磁场分布,结果显示3DSS、3DTY、2DTY模型对地磁北向分量X、东向分量Y、垂直分量Z以及总强度F除了在局部地区有较小的差异,均可以较好的反映该区域地磁场分布。(2)3DSS模型和其它区域模型相比,3DSS模型对于缺测点的X、Y、Z、F分量的平均残差分别减少69%、71%、88%、94%以上;对应的均方偏差(RMSE)值分别减少65%、69%、87%、93%以上。3DSS模型和CHAOS-6模型相比,3DSS模型对于缺测点的X、Y、Z、F分量的平均残差分别减少11%、76%、4%和86%以上;Y、Z、F分量的RMSE值分别低72%、7%和83%以上;2018.0年X分量的RMSE值高于CHAOS-6模型约1%,2019.0年则减少约69.08%。3DSS模型误差小且更稳定,主要因为其过点插值的建模原理和高密度、高精度的数据,该模型适合用于区域空间建模、地磁数据计算及小范围区域磁异常研究等工作。(3)利用所建区域模型得出2018.02019.0年该区域的X、Z、F的平均年变化率为0.029%、0.150%和0.100%,使用该年化率将2017.0年Swarm数据归算至2018.0年和2019.0年,与其对应的3DSS模型值的平均残差不超过其强度的0.5%,RMSE值不超过其强度的1%。误差较小的主要原因是3DSS模型精度高及该区域X、Z和F分量的分布较为简单,该数据与方法可用于近些年该区域的地磁数据的时间归算、小范围区域地磁数据推算及检验数据是否有误等研究工作。本研究不依赖于地面台站数据建立了更高精度的3DSS主磁场模型,得到并验证了该区域2018.02019.0年平均年变化率,说明更少的数据高度差异和高密度的数据点分布可以大幅提高3DSS模型的精度。本研究对提高地磁场模型精度、分析中国地区及邻近区域卫星高度处地磁场的时空分布特征和区域磁异常的研究具有参考价值。
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