地磁观测质量与温度的关系分析

车濛琪　应允翔　汪继林　刘红飞

摘  要：地磁观测是地磁台站日常观测工作中最重要的内容之一，通过监测基线值的变化可以了解地磁观测系统的观测状态，控制观测资料的质量。而在测量观测过程中，总是存在系统误差、偶然误差和粗差。根据蒙城地磁台站的基线值及记录观测室温度资料进行相关系数计算与数据对比分析，找寻统计学规律，减少温度对观测环境带来的影响，提高观测精度。

关键词：地磁观测  数据质量分析  温度相关系数  基线值  观测环境保护

中图分类号：P315                             文献标识码：A                    文章编号：1672-3791（2020）11（c）-0050-03

Analysis of the Relationship between the Quality of Geomagnetic Observation and Temperature

CHE Mengqi  YING Yunxiang  WANG Jilin  LIU Hongfei

（Geophysical Field Science Observation Station of Anhui Mengcheng， Seismic Station of Mengcheng， Mengcheng， Anhui Province， 233500 China）

Abstract： Geomagnetic observation is one of the most important contents in the daily observation work of geomagnetic stations. By monitoring the change of the baseline value， you can understand the observation status of the geomagnetic observation system and control the quality of the observation data. In the process of measurement and observation， there are always systematic errors， accidental errors and gross errors. According to the baseline value of the Mengcheng geomagnetic station and the temperature data recorded in the observation room， correlation coefficient calculation and data comparison and analysis are conducted to find statistical laws to reduce the influence of temperature on the observation environment and improve observation accuracy.

Key Words： Geomagnetic observation; Data quality analysis; Temperature correlation coefficient; Baseline value; Observation and environmental protection

1  引言

1.1 研究背景

在当前地震预报中，地磁学是一门具有成熟体系且在不断飞速发展的学科，地球磁场强度不大但无处不在，且单位标准全球性统一，研究范围广。随着电子通信的发展，地磁观测资料更加精确、丰富、详实并且在不同学科及专业领域中的共享也越来越方便，数据分析、交流与再利用也越来越多。提高地磁精度，消除由于仪器自身及观测环境变化带来的数据变化，提高各个观测点的数据精度，是提升观测数据价值的重要途径。

在地平坐标系中描述某点地磁场大小和方向的物理量称为的地磁要素，通过基线值可以确定地磁要素的绝对值。地磁台站观测的基线值往往不是一个常数，通过近几年间对台站地磁观测记录分析，基线值与温度相关，将其以年度单位的数值绘制成将得到一条与温度相关的曲线。

1.2 研究目的及意义

绝对观测是利用绝对观测仪器对地磁场3个独立分量的绝对值进行的测量，代表着该测点、这一观测时刻的地磁场矢量大小及方向。再利用基线值改正得到地磁场要素的连续变化数据，并产出观测报告。通过监测基线值的变化可以了解地磁观测系统的观测状态，控制观测资料的质量。所以提升绝对观测质量是提升地磁台站观测记录的资料质量的重要指标，通过研究温度对观测的影响及其特点，将会为未来更高精度观测提供方向，也能对未来长时间的观测环境保护作指导。进而为发展多模式的地磁相对记录提供技术支撑，并为未来科学研究、地震监测预报及社会应用提供更高质量更高精度的观测数据。

2  技术方案与研究思路

2.1 数据的选取

该文使用蒙城地磁台2015年、2017年和2018年间（2016台站改造数据干扰过多，故不使用），直角坐标系中的地磁三要素：水平分量H、磁偏角D、垂直分量Z的基线值年度变化及记录室室溫的变化曲线。对2018年和2017年不同绝对记录仪器（CTM-DI-01和Mag-01）和不同相对记录仪器（GM4和fgm-01）进行绘图分析。结合2017年和2015年相关数据对比进行进一步研究和探讨。

相关数据使用Office Excel进行分析与作图。

温度系数计算：A=?NT/?T（式中，?NT代表磁场强度变化量的最大值;?T表示记录室温度变化的最大值）。

2.2 技术路线

（1）绘制选择年度记录观测室温度变化曲线。（2）绘制DB、HB、ZB这3个分量的基线值的年度变化曲线进行对比分析。（3）计算不同年份、不同绝对记录仪器、不同相对记录仪器的地磁观测各分量基线值与温度的相关系数。（4）结合单变量分析向多变量分析，将曲线图与表格结合分析，尝试得出基线值与温度相关系数的变化特点。（5）分析基线值漂移原因与温度影响的关系并得出结论。

3  数据分析

比较表1横行可以发现，不同的绝对观测仪器的各分量温度系数差距不大，无法判断DI-01和Mag-01温度相关系数的大小;比较纵列可以明显发现相对观测仪器GM4相较于fgm-01温度系数差距较大。GM4的温度系数大于fgm-01，尤其是在Z分量上。H分量次之，而D分量没有明显差距。

再比较表1fgm-01相关数值显示，相对观测仪器fgm-01所记录的基线值与温度系数均小于0.5 nT/℃，除了H分量，其余分量均小于0.25 nT/℃，符合仪器生产方提供的相关数据。而H分量的数值偏高可能与记录室环境条件及仪器的运维状態有关。

根据2018年和2017年年度基线值与温度曲线（见图1至图4）中GM4记录的Z方向基线值曲线与温度曲线的起伏相似性更高。查询表1和表3可知，的确相比于fgm-01，GM4的温度系数更大，2018年Z方向上的基线值相关系数更是在两台不同的绝对记录仪上双双超过1.1。结合表4第7行数据，我们可以发现GM4受温度影响大，尤其在Z分量上，温差越大会造成基线值差越大。但结合表1到表3可以看到温度系数的大小在这里不能看到数字上的绝对关系。

根据表4的数值显示，一年内的温差越大，基线值三分量上的差值也会越大。如相对观测仪器fgm-01和绝对观测仪器DI-0的组合，在2018年的温差为12.51，2017年的温差为11.76，2015年的温差为11.11。而这3年的基线值差也是逐年递减。分析表4的列，即可有3组数据体现上述规律。从曲线图上也可以发现，相同的仪器条件下温差越小的年份曲线越趋近平滑。

4  结论与启示

地磁基线值与记录室温度变化有明显的相关性。原因分析与启示有以下几点：（1）温度的直接影响。所以不同的仪器温度系数不同，可以根据磁系温度系数进行改正。（2）温度本身对观测系统的影响。根据数据可以看到不同观测记录仪器系统对温度变化反应程度是不同的，与本身构造、设计、材质都有关系。（3）温度影响湿度，造成形变产生影响。气温升高，地表含水量上升。空气中水汽含量变大，石墩由于湿膨胀随温度产生形变，影响观测质量。保持记录室湿度、温度的恒定有助于减少此类影响。（4）温度本来就会对地磁场产生影响，在变化的观测环境下，温度、湿度等对地磁绝对观测基线值的影响更加显著。（5）当温度剧烈变化时，台站应该加密观测，尽可能地降低基线值误差，保证数据的准确可靠。温度变化在地磁观测中是很复杂的物理影响因素，在地磁观测中要严格规范地建设台站，加强日常观测环境保护，改善观测条件，提高观测人员水平，从而获得更加准确的数据。

参考文献

[1] 应允翔，汪继林，张明明，等.蒙城台地磁观测数据质量分析[J].科技资讯，2017，15（20）：32-34.

[2] 何宇飞，赵旭东，杨冬梅，等.地磁观测台网参考背景噪声指标及应用[J].地震地磁观测与研究，2019，40（4）：65-73.

[3] 刘成.地磁观测数据质量分析及校正技术研究[D].中国地震局地球物理研究所，2018.

[4] 包谷之.提高地磁环境下原子磁力计灵敏度的研究[D].华东师范大学，2019.

[5] 张俊生.基于磁阻传感器的地磁导航的研究与应用——地磁信号的干扰研究与修正[D].南京理工大学，2017.

[6] 王晓美.地磁场相对变化观测技术研究[D].中国地震局地球物理研究所，2019.

作者简介：车濛琪（1997，8—），女，汉族，浙江台州人，本科，研究方向为地磁。