基于张衡一号卫星数据的中国区域岩石圈磁场球冠谐分析.pdf

第6 6 卷第7 期2023年7 月王婕，申旭辉，杨艳艳等.2 0 2 3.基于张衡一号卫星数据的中国区域岩石圈磁场球冠谐分析地球物理学报，6 6（7)：2 97 3-2982,doi:10.6038/cjg2022Q0857.Wang J,Shen X H,Yang Y Y,et al.2023.The spherical cap harmonic model of lithospheric magnetic anomaly in Chineseregion derived from CSES satellite data.Chinese J.Geophys.(in Chinese),66(7):2973-2982,doi:10.6038/cjg2022Q0857.地球物理学报CHINESE JOURNAL OF GEOPHYSICSVol.66,No.7Jul.,2023基于张衡一号卫星数据的中国区域岩石圈磁场球冠谐分析王婕1，申旭辉1.2*，杨艳艳1，泽仁志玛1，黄建平1，赵庶凡1，王桥1，鲁恒新，郭峰1应急管理部国家自然灾害防治研究院，北京10 0 0 8 52中国科学院国家空间科学中心，北京10 0 19 0摘要张衡一号卫星于2 0 18 年2 月成功发射升空，卫星上搭载有测量地磁场的高精度磁强计，包括标量和矢量磁力仪.本文基于张衡一号卫星2 0 18 年3月一2 0 2 2 年5月的标量磁测数据，利用球冠谐分析进行中国区域的岩石圈磁场建模工作.首先选取地磁活动平静时期（Kp2o)的夜侧数据，来减少外源场的影响；然后，利用CHAOS-7模型计算值去除主磁场和外源场，得到岩石圈磁异常值，再利用球冠谐分析进行中国区域的地磁场建模，得到最大阶数为53.17（对应地表波长为7 52 km）的球冠谐模型.该模型可以明显揭示出中国及邻区的主要岩石圈磁异常，包括位于我国塔里木盆地、四川盆地、松辽盆地和境外的贝加尔湖、孟加拉盆地附近的高值磁异常，以及位于青藏高原南部的东西向低值磁异常.为了对模型结果进行进一步分析，将其与Swarm-A卫星数据球冠谐建模结果和CHAOS-7球谐模型结果在不同高度上进行了对比，主要磁异常的分布基本一致，而且在向下延拓到10 0 km高度时，本文的模型也能够提供比较稳定的结果，但是在幅值和磁异常形态细节上存在一定差异。关键词张衡一号；岩石圈磁场；长波长磁异常；球冠谐分析；区域地磁场建模doi:10.6038/cjg2022Q0857The spherical cap harmonic model of lithospheric magnetic anomalyin Chinese region derived from CSES satellite dataWANG Jie,SHEN XuHuil.2*,YANG YanYan,Zeren Zhima,HUANG JianPing,ZHAO ShuFanl,WANG Qiao,LU HengXin,GUO Fengl1 National Institute of Natural Hazards,Ministry of Emergency Management of China,Beijing 1o0085,China2 National Space Science Center,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100190,ChinaAbstract The China Seismo-Electromagnetic Satellite（C SES)w a s la u n c h e d s u c c e s s f u lly inFebruary 2018.It is Chinas first satellite to measure geophysical fields with scientific goals inboth space and solid earth physics.In this work,we used the CSES scalar magnetic data to derivea regional lithospheric magnetic field model in Chinese region by spherical cap harmonic analysis.The night-side data from March 2018 to May 2022 under quiet space weather condition(Kp20)were selected.Then the core and external field were removed by CHAOS-7 model.The obtained基金项目国家自然科学基金（42 0 0 40 51，42 2 7 42 14，4190 4134和42 10 4159）资助第一作者简介王婕，198 9年生，主要从事岩石圈磁场建模、反演和构造解译研究E-mail：j i e w a n g n i n h m.a c.c n*通讯作者申旭辉，196 5年生，主要从事空间地球物理和遥感地学应用研究E-mail：s h e n x u h u i v i p.s i n a.c o m中图分类号P318收稿日期2 0 2 2-10-2 1，2 0 2 3-0 1-0 4收修定稿2974lithospheric magnetic anomaly was used to produce the spherical cap harmonic model in Chineseregion with a maximum degree to 53.17,corresponding to wavelength at the Earths surface of752 km.This model can clearly reveal the long-wavelength magnetic anomalies in China andsurrounding regions:the magnetic high anomalies over Tarim basin,Sichuan basin,Songliaobasin,Baikal Lake and Bengal basin,and the magnetic low anomaly in southern Himalayan-Tibetan plateau.It is compared to the spherical cap harmonic model using Swarm-A satellite dataand the CHAOS-7 spherical harmonic model,which indicates that they are generally consistentwith small differences in details of amplitude and spatial distribution,and the CSES model is stillreliable by downward continuation to 1oo km altitude.Keywords CSES;Lithospheric magnetic field;Long-wavelength magnetic anomaly;Spherical0引言国外的卫星磁测工作起步较早，美国POGO系列卫星(196 7 197 1年)首次确认在卫星上可以探测到岩石圈磁异常，并给出了首张全球磁异常图（Reganetal.，197 5).美国Magsat卫星（197 9198 0 年）同时搭载有标量和矢量磁力仪，其数据极大地推动了卫星岩石圈磁异常的研究（Langel and Hinze，1998；Ra v a tet al.，19 9 3；A r k a n i-H a m e d e t a l.，19 9 4).此后经过20年的技术积累和认识的提升，轨道高度较低（30 0 454km)的德国CHAMP卫星（2 0 0 0 一2 0 10 年）为地磁场研究积累了长时间连续的高质量磁测数据，研究人员利用其数据建立了高分辨率的岩石圈磁场模型(Hemant and Maus,2005;Maus et al.，2 0 0 2,2 0 0 6,2007）.欧空局的Swarm卫星星座（2 0 13一）专门用于研究地磁场，由3颗相同的卫星组成，可以获得地磁场的梯度信息，基于该卫星数据已经得到了一系列高质量岩石圈磁场模型（Thebaultetal.，2 0 16；O ls e n e tal.，2 0 17).卫星磁测也大大促进了区域岩石圈磁场的建模和研究工作，研究人员识别出起源于岩石圈的长波长磁异常，并用于研究地壳深部的物质组成、结构和演化（Haines，1990；D e Sa n t is e t a l.，1990;Kotz,2002;Purucker et al.，2 0 0 2;T h e b a u lt e t a l.,2006;Purucker and Clark,201l;Ferre et al.,2014).我国之前的岩石圈磁场建模工作主要基于国外的卫星数据和国内的地磁台站数据.An等（19 9 2)利用Magsat卫星数据建立了最大阶数为31.6 的中国及邻区岩石圈磁场的球冠谐模型；Ou等（2 0 13）利用CHAMP卫星和地面台站数据建立了中国区域的修正球冠谐模型；冯彦等（2 0 17）利用CHAMP卫星和子午工程地面台站数据建立了中地球物理学报(Chinese J.Geophys.）cap harmonic analysis;Regional geomagnetic field modeling该模型进行综合评价.1数据本文使用张衡一号卫星2 0 18 年3月一2 0 2 2 年5月的标量磁测数据来进行中国区域的岩石圈磁场建模.张衡一号卫星于2 0 18 年2 月成功发射升空，设计寿命5年，为极轨太阳同步轨道，轨道倾角为97.4，平均轨道高度为50 7 km，重访周期为5天，在日侧和夜侧分别以相同的地方时14：0 0 和2：0 0飞过，其上搭载有多种地球物理科学载荷，用来开展空间物理和固体地球物理相关研究（Shen et al.，2018；H u a n g e t a l.，2 0 18).张衡一号卫星探测地磁场的载荷包括1台标量磁力仪（CDSM,coupleddark state magnetometer,Pollinger et al.,2020)和2 台矢量磁力仪（FGM，f l u x g a t e ma g n e t o me t e r s，Zhouetal.，2 0 19),采样率为1Hz.其中，标量磁力仪66卷国地区岩石圈磁场的球冠谐模型；Qiu等（2 0 17)利用CHAMP和Swarm卫星数据建立了我国青藏高原的岩石圈磁场修正球冠谐模型；Jiang等（2 0 2 1）综合已有的卫星地磁场模型并结合航磁数据给出了高分辨率的中国区域岩石圈磁场模型.张衡一号卫星（2 0 18 一，CSES，C h in a Se is m o-ElectromagneticSatellite）作为我国首颗地震电磁监测试验卫星（Shenet al.，2 0 18），已经积累了4年多的卫星数据，其中包括高质量的卫星磁测数据，已用于全球主磁场建模（Yanget al.，2 0 2 la）和岩石圈磁异常的识别（Wangetal.，2 0 2 1），为发展我国的地磁场建模工作提供了有利条件.本文将基于张衡一号的卫星磁测数据，利用球冠谐分析对中国区域的岩石圈磁场进行建模，并与同时期Swarm卫星数据建模结果和CHAOS-7球谐模型结果对比，对7期的精度为0.19 nT(Pollingeretal.，2 0 18)，发射前在地面开展的平台磁洁净度测试中，在仪器安装中心位置的平台残留磁干扰小于0.33nT（Ch e n g e tal.，2 0 18.张衡一号卫星的磁测数据可以在网站https：/l e o s.a c.c n 注册后公开下载，详细的高精度磁强计数据产品介绍见Yang等（2 0 2 1b）.2方法简介本文将利用球冠谐分析来开展中国区域的岩石B.=-22(am=ok=m)(m)+2 Pm(Pm(m)(cos0)B,=22m()m=0 k=mB,=2(n(m)+1)(m=ok=m其中,B,B,B分别为球冠坐标系下的内源地磁场B的北向、东向和垂向分量，地球参考半径=6371.2km，（0,入，r)为球冠坐标系下的余纬、经度和径向距离，g和h为球冠谐系数，P（m）（c o s 0）是整次数m非整阶n（m)的施密特准归一化缔合勒让德函数.对于确定的m,nk(m)为dPr(cm(cos0.do=0,对于(k一 m)为偶数(2)和Pr(cm(coso）=0，对于(k一m)为奇数（3)的两组根.其中，。为球冠半角.需要特别注意的是，在进行球冠谐分析前，需要将球坐标系转换到球冠坐标系，坐标转换公式见Haines（19 8 8），勒让德函数和n（m）值的计算也较为复杂，具体的推导过程和计算公式见Haines(1985).3数据处理为了建立中国区域的岩石圈磁场球冠谐模型，首先要在地磁场测量数据中去除或降低其他场源（主磁场和外源场)的影响，然后再利用球冠谐分析求取模型系数。3.1数据筛选数据筛选主要是为了降低外源场的干扰，主要包括电离层和磁层电流体系的影响.首先，使用地磁活动指数Kp2o筛选出地磁活动平静时期的数据.另外，由于电离层的影响主要集中在日侧，因此在建模中只用夜侧的数据（地方时为0 2：0 0)来避免王婕等：基于张衡一号卫星数据的中国区域岩石圈磁场球冠谐分析(gcos(ma)+hsin(ma),do(gsin(m入)-h cos(ma),sing:(m)+22975圈磁场建模.球冠谐分析从Haines（19 8 5）提出以来，已广泛应用于主磁场及长期变化、古地磁长期变化、外源场、岩石圈磁场等区域地磁场建模工作中（徐文耀等，2 0 11;Torta，2 0 19）.球冠谐分析是球谐分析在局部区域的延伸，内源磁位V在地球表面以上的无源区域内，以球冠为底，在球面锥体内满足解拉普拉斯方程,其解的形式与球谐级数也类似，但缔合勒让德函数的阶数不再为整数，用n（m）表示，球面锥体内的内源磁场B=一VV，其三分量可以表示成(1)电离层的影响.3.2去除主磁场和外源场要得到岩石圈磁场，需要去除主磁场和外源场的影响.在卫星高度上，主磁场的量级为10 4nT，而岩石圈磁场的幅值最大仅为几十nT，占比较小.通过选择夜侧数据只能避免电离层的影响，磁层的影响无法去除.本文使用CHAOS-7模型来去除主磁场和外源场，其中，主磁场计算到15阶，外源场计算到2 阶.该模型的建立基于Orsted，C H A M P，SA C-C,Cryosat-2和Swarm等卫星数据和大量地面台站数据，描述了主磁场、外源场和岩石圈磁场（Finlayetal.，2 0 2 0),可以从网站http：/w w w.s p a c e c e n t e r.dk/files/magnetic-models/CHAOS-7/下载，本文计算选用了数据更新到2 0 2 2 年5月31日的CHAOS-7.11 版本.3.3标量数据线性化表示由于在建模过程中，只用到地磁场标量测量数据，在去除主磁场和外源场之后，得到的岩石圈磁异常值T，相当于岩石圈磁场在地磁场方向的投影.本文中，使用主磁场的方向近似作为地磁场方向（A n，1992），将岩石圈磁异常值线性化表示为岩石圈磁场三分量在地磁场方向的投影之和：Beore-XB,+Beore-YB,+T=Bcore其中，主磁场的标量值B=/Bmx+B+Bamz，Bcore_X、Be o r e Y、Bc o r e _z 分别为主磁场在球冠坐标系的Beore-ZB，Bcore（4)Bcore2976三分量.主磁场的计算使用CHAOS-7.11模型的115 阶.3.4球冠谐系数计算利用公式（2)和（3首先计算出ns（m）值，然后根据公式(1)和（4)建立线性方程组.求解球冠谐系数相当于求解线性方程组Gm=d，其中，G为球冠谐展开的系数矩阵，m为待求解的球冠谐系数g和h的模型向量，d为岩石圈磁场测量值的数据向量.本文的系数求解使用了MATLAB?软件中的LSQR算法(Paige and Saunders，198 2).该算法为引人正则化的迭代算法，等效于将共轭梯度算法应用于最小二乘问题，可稳定求解大规模的病态线性方程组.4结果本文的中国区域岩石圈磁场球冠谐建模中，球冠以（35N，10 5E)为中心，球冠半角为2 6，k最大值取15，共计（k十1)=256个系数.计算得到的n（m)值如表1所示，n（m）的最大值为53.17 在地球表面的等效波长为2 元a/ns（m）7 52 k m.求解得到的中国区域球冠谐模型系数见表2.模型拟合差的均值为一0.0 0 19nT，标准差为1.7 4nT，为了更0100.0014.89 4.0528.08 8.086.71311.7011.4111.019.28415.0315.0314.47 13.8111.79518.5918.4118.1717.4116.5314.27621.9721.9721.60 21.1720.2519.2016.72725.50 25.3725.1924.67 24.10 23.0321.8319.16828.9028.9028.6228.3027.6626.9625.7724.4421.58932.4232.3132.17 31.77 31.34 30.58 29.77 28.4627.0124.001035.8335.8335.6035.3534.8534.3133.4632.5431.1329.57 26.401139.3339.25 39.1338.8138.4537.8637.2336.2935.2833.7732.1128.801242.75 42.7542.57 42.3541.9441.5040.8240.1139.08 37.9936.4034.6331.191346.25 46.18 46.0845.8145.5145.02 44.50 43.7442.9541.8540.6839.0037.1433.571449.6849.6849.5249.34 48.98 48.6148.0447.4546.6345.7644.5943.3441.5939.6435.951553.17 53.1153.0252.79 52.53 52.1151.6651.0350.3749.4848.5547.31 45.9944.1642.1338.32地球物理学报（Chinese J.Geophys.）20图1张衡一号卫星塔里木盆地磁异常的单轨重访轨道观测数据和模型计算值图中绿色曲线为观测数据，紫红色曲线为模型计算值.Fig.1The observed and modeled magnetic anomalyby CSES across the Tarim basinThe green curves are the CSES observation data,the purple curvesare calculated by the CSES model.利用该模型计算的中国区域50 0 km高空岩石圈磁异常图如图2 所示，可以明显揭示出中国及邻区的主要岩石圈磁异常，包括位于我国塔里木盆地（T a r i m b a s i n）、四川盆地（Sichuan basin）、松辽盆地（So n g l i a o b a s i n）及境外的贝加尔湖（BaikalLake）、表1球冠半角o=26的ns（m）值Table 1n(m)values for half angle of spherical cap 0.=262366卷直观地展示拟合差，选取了穿过塔里木磁异常轨道的重访数据，如图1所示，绿色曲线为实测数据，紫红色曲线为模型计算值.155-5-101545TarimbasinCSESobservationCSES model2530Latitude/(N)6735894010114512135014157期km00-0.638010-0.7037112021223031-0.18813233-0.15580.024540410.2040-0.0307900.148142430.00410.049392-0.1601445051-0.0393-0.230895-0.048952-0.15510.0736960.24545354王婕等：基于张衡一号卫星数据的中国区域岩石圈磁场球冠谐分析表2基于张衡一号卫星数据的中国区域岩石圈磁场球冠谐模型系数g和h（单位：nT)Table 2The coefficients g and h(unit:nT)of CSES spherical cap harmonic model in Chinese region00.0291077-0.21270.57780.08980.076700.41700.0215820.02460.1578-0.029583-0.09050.133900.0990850.29570.3959-0.1179860.101387-0.09000.101400.06260.0074910.05860.23870.08920.210900.01900.05070.24040.0869980.3101一2977mmg760.048080-0.0120810.102484-0.0233880.1724930.0628-0.1049124-0.0782940.185897-0.0241kmg一0.2 59 2112-0.0670-0.118813 11-0.0954113011-0.0036115-0.04280.05621160.00241170.13611180.0246-0.2810143-0.34260.095611-0.292111100.06341111-0.07780.047812001210.0170122-0.1006-0.10431230.09991250.02661260.05671270.29851280.3483129h-0.00340.2540-0.264913 120.13664-0.18870.28260.2141-0.03121420.129190.08600.1743144-0.03400.10500.2282145-0.23320.04541460.03260.146000.12980.07491480.0149-0.11200.12681490.0155-0.16500.1481-0.227514100.32790.13171411-0.10430.03620.133814120.26740.0168-0.082314130.03190.18080.25451414-0.28270.18980.3448150-0.09030.3147-0.0168151一0.10290.35670.010813130.18160.10131400.03770.1001141-0.09221470.05890.047900.0388-0.0606-0.1052-0.19490.03030.3610-0.2523-0.21550.17790.3633-0.3370-0.034800.17345560610.1466-0.1759101-0.16326263-0.0413646566-0.0917-0.11981070-0.152871-0.1184-0.0318107273一0.0 6 907475孟加拉盆地（Bengal basin)附近的高值磁异常，和位于青藏高原（Himalayan-Tibetan plateau)南部的东西向低值磁异常.陆地上的高值长波长磁异常往往位于基底中，被沉积盖层覆盖，强磁性岩体出露不充分，一般很难明确其地质起源.塔里木盆地（邬光辉等，2 0 12)和四川盆地（Wangetal.，2 0 2 0）高值磁0.0576-0.0952990.03270.045600.08880.2216102-0.11100.14301030.10230.22110.1583100.32870.2492105-0.170860.390701070.10178-0.41060.23840.09021090.23660.105110100.21600.14070.2410110.49580.2561110.247712101000.047540.24210-0.01211-0.10520.1305012110.090112120.2377-0.07711540.1447-0.30830.2749130-0.2119131-0.1605132-0.02750.0501133-0.1585-0.14581580.27370.29381340.4373135-0.08250.1040136-0.0773-0.07701370.09251380139-0.367201310异常的场源都位于前寒武基底中，地表被厚层沉积覆盖，在航空磁异常上也表现为大规模连续的区域磁异常.松辽盆地的高值磁异常，其异常中心实际位于大兴安岭，地表广泛出露燕山期岩浆岩，松辽盆地同样被沉积盖层覆盖.贝加尔湖高值磁异常中心位于贝加尔裂谷系南侧的阿穆利亚（Amuria)微板块0.30341520.15110.1239-0.2246153-0.23110.214800.1124-0.10531560.05600.11591570.10520.00050.01661590.20340.10221510-0.53130.118315110.08080.07850.020015 120.26720.0363-0.21311513-0.20040.009315140.06540.01340.019015150.5375-0.1380-0.1414155-0.2193-0.00180.2374-0.1133-0.0073-0.28520.0047-0.0902-0.0085-0.2768-0.2258-0.12962978中（魏东平和濑野三，2 0 0 0).孟加拉盆地高值磁异常从印度板块东部延伸到西缅（West Burma）地块（A la m e t a l.，2 0 0 3）.青藏高原南部的低值磁异常沿东西向分布，与构造缝合线走向一致，该磁力低被认为是由于该区域地下热流高导致居里面深度较浅造成的(Hemant and Mitchell，2 0 0 9).5讨论为了评价张衡一号卫星数据球冠谐建模的结果，将其与Swarm卫星数据建模结果和CHAOS-7球谐模型进行了对比分析。5.1与Swarm数据建模结果对比欧空局的Swarm卫星发射于2 0 13年11月，专门用于研究地磁场，搭载了标量和矢量测量的磁力20(a)CSES151055-10-15-2010地球物理学报(Chinese J.Geophys.）6050(N.)/opmyeT40302010图2 张衡一号卫星中国区域球冠谐模型岩石圈磁异常图（50 0 km高度）.图中黑色实线为海陆界线Fig.2 The lithospheric magnetic anomaly at 500 km altitude of CSES spherical cap harmonic model3b所示，二者的轨迹对比如图3c所示.张衡一号卫星数据的轨道间隔较大，大约4.7 图3c中用紫红色曲线表示，用于建模的数据平均高20(b)Swarm-A1510010Mean:1.61 nT-15Standard deviation:2.70 nT-202030405060Latitude/(N)图3用于建模的(a)张衡一号卫星和(b)Swarm-A卫星磁异常数据及（c)二者轨迹分布图Fig.3The(a)CSES and(b)Swarm-A satellite lithospheric magnetic anomaly data sets66卷76Baykal5LakeSongliaobasinTarimbasinHimalayan-TibetanplateauBengalbasin8090in Chinese region.The black curves are the coast lines(c)50(No)/epneT43020Mean:0.02 nT10Standard deviation:3.05nT1020304050Latitude/(N)for modeling,and(c)their orbit traces432Sichuanbasin100110Longitude/(E)仪，由3颗卫星组成，2 颗（Swarm-A和Swarm-C)在450 km高度的轨道并行飞行，可以获得地磁场的梯度信息，还有1颗（Swarm-B)在高度为530 km的轨道上运行（Fris-Christensen et al.，2 0 0 6).Swarm卫星一直稳定运行至今，与张衡一号卫星同时在轨运行.因此，为了与张衡一号卫星建模结果对比，选取了同期的2 0 18 年3月一2 0 2 2 年5月的Swarm-A星的标量数据，并且使用了与张衡一号卫星数据相同的方法进行数据处理和球冠谐建模，具体的数据处理方法见本文第3节，Swarm-A卫星选用地方时2 2：0 0 一6：0 0 的夜侧数据.用于建模的张衡一号和Swarm-A卫星的磁异常数据如图3a和6060708090100110120130140Longitude/(E)-1-2-3120130Swarm-ACSES7期度为50 7 km;Swarm-A卫星的轨道较密，图3c中用蓝色曲线表示，几乎全面覆盖该区域，用于建模的数据平均高度为436 km.用于建模的张衡一号卫星数据集的平均值为1.6 1nT，标准差为2.7 0 nT；Swarm-A卫星数据集的平均值为0.0 2 nT，标准差为3.0 5nT.从图3中可以看出，Swarm-A卫星磁异常数据的幅值波动明显大于张衡一号，其标准差也比张衡一号略大，这主要是因为Swarm-A卫星的飞行平均高度较低，距离场源较近，获取的磁异常幅值相对较大造成的Swarm-A卫星的磁异常球冠谐建模结果如图4(b、e、h)所示，分别为50 0 km、30 0 k m 和10 0 km高度的模型计算结果，图4(a、d、g)为对应张衡一号卫星球冠谐模型的计算结果.可以看出，主要的长波长磁异常都可以很好地揭示出来，空间位置大体一致，CSES70(a)60(No)/pmeT504030201080Longitude/(E)70Anomaly range(d)(-7.858 nT,16.99 nT)60(No)opnmeT504030201080Longitude/(E)70Anomalyrange(g)(-29.00 nT,47.51 nT)60(No)/apnmeT504030201080Longitude/(E)图4不同高度的张衡一号、Swarm-A卫星球冠谐模型与CHAOS-7球谐模型中国区域磁异常对比图中字母缩写：TA，塔里木盆地磁异常；SI，四川盆地磁异常；SO，松辽盆地磁异常；BA，贝加尔湖磁异常；BE，孟加拉盆地磁异常.Fig.4The comparison of the lithospheric magnetic anomaly in Chinese region at different altitudes of CSES andSwarm-A spherical cap harmonic models and CHAOS-7 spherical harmonic modelAbbreviations:TA,Tarim basin anomaly;SI,Sichuan basin anomaly;SO,Songliao basin anomaly;王婕等：基于张衡一号卫星数据的中国区域岩石圈磁场球冠谐分析nTAnomaly range(-3.18 nT,7.14 nT)BAASIBE100BATASIBE100BE1002979但二者在磁异常幅值和异常空间分布上都有细节差异.比如，50 0 km高度的结果对比，如图4（a、b），从幅值来看，张衡一号的磁异常幅值范围是一3.18 7.14nT,Swarm-A的磁异常幅值范围是一3.7 9 5.43nT，张衡一号建模结果的磁异常最大值比Swarm-A的大1.7 5nT,二者幅值的差异主要是由于平均值差异引起的，两个磁异常数据集的均值相差1.59nT，Sw a r m-A 星磁异常数据集的均值为0.02nT，接近于零，而张衡一号数据集的均值达到1.61nT,从图3a中也可明显看出，磁异常曲线仍然有残留的背景趋势，后续要提高建模精度，可能还需要考虑适合的调平策略来去除背景趋势的影响.5.2与 CHAOS-7 球谐模型对比为了分析张衡一号卫星中国区域磁异常球冠谐模型的延拓特性，分别计算了不同高度的磁异常值，Swarm-AnT70(b)6604(No)/epneT50SO20-2-4120140nT1510(No)/epnaneT50-5120140nT4030(No)/epneT5020100-10-20120140BA,Baikal Lake anomaly;BE,Bengal basin anomaly.CHAOS-7Anomaly range70(c)(-3.79nT.5.43nT)64(No)/epneTBA50SO40TA30201080Longitude/(E)70Anomaly range(e)(-9.18 nT.12.72 nT)60504030201080Longitude/(E)70Anomaly range(h)(-27.28 nT.34.97 nT)60BA4030201080Longitude/(E)nTAnomaly range(-4.03 nT.4.82 nT)60BA240SI0BE-24100120BASOTASBE100BE10064SOTA30201014080Longitude/(E)nT70(f)156010(No)/epneT5054003020-510120140nT4030(No)/epneT5020100-10-201201402SI0BE-2-4100120Anomaly range(-8.97 nT,13.11 nT)BASOTSIBE80100Longitude/(E)70Anomalyrange()(-28.54 nT.42.09 nT)604030201080Longitude/(E)140nT151050-5120140nT403020100BE-10-201001201402980并与 Swarm-A卫星数据球冠谐建模结果和 CHAOS-7球谐模型结果进行了对比，如图4所示.Swarm-A卫星数据的球冠谐建模过程见本文第5.1节.CHAOS-7模型是国际上比较成熟的全球地磁场球谐模型,其建立用到了Orsted，C H A M P，SA C-C,Cryosat-2和Swarm等超过2 0 年的卫星数据和大量地面台站数据，可以用来计算主磁场、外源场和岩石圈磁场.由于本文的球冠谐模型最大阶数n（m)为53.17，建模时去除了15阶（包括）以下的主磁场部分，因此，为了和球冠谐建模结果进行对比，使用CHAOS-7模型计算时，岩石圈磁场取16 53阶.从图4可以看出，3组结果都可以揭示出该区域主要的长波长磁异常，但是个别磁异常形态在细节上