网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

马浩人 | 戎昭金等-GRL:提取海洋潮汐磁场弱信号的新方法

0
分享至

众所周知,月球和太阳的引力作用会驱动地球海洋潮汐。相比于太阳,月球的引潮力约为太阳的2.25,是形成地球海洋潮汐的主要力量。在海洋潮汐的作用下,导电性的海水运动会切割地磁场,从而激发感应电流及对应的地磁扰动信号(见图1)。所产生的地磁扰动也一般称为海洋潮汐磁场。海洋潮汐磁场是地球变化磁场的重要组成部分,准确提取海洋潮汐磁场信号对于深入研究洋流运动、地球气候变化、探究地球内部电导率等具有十分重要的意义。


图1 地磁卫星监测海洋潮汐磁场信号的示意图

海洋潮汐磁场由一系列不同频率的潮汐磁场信号模式组成。其中,半日主成分M2模由月球轨道周期运动调控产生,信号最强(周期约12.4206小时),容易被低轨磁测卫星探测到。而由月球轨道偏心率调控引起的N2模,其信号非常微弱(周期约12.6583小时),长期以来难以从卫星数据中有效提取。现有工作主要利用欧空局Swarm卫星星座中Swarm-A和Swarm-C之间的差分数据(经度上间隔约1.4°,差分数据有利于扣掉背景磁场),可实现对潮汐磁场N2等模式的提取和建模(如GFO24模型等)。然而对于更普遍的单颗磁测卫星任务,如德国CHAMP、我国张衡一号(CSES)系列卫星、澳科一号卫星MSS-1等,如何从单卫星磁测数据中提取潮汐磁场的弱信号则是学界内长期未能解决的重大难题。

针对上述难题,中国科学院地质与地球物理研究所行星物理学科组团队与应急管理部国家自然灾害防治研究院张衡一号电磁卫星团队开展联合攻关,创新性地将月球运动的天体时空信息融入到海洋潮汐磁场分析中。具体来说,只需将传统潮汐分析方法中的时间谐波基函数TH—(仅反映了月球轨道的周期变化)替换为能反映月球椭圆轨道调制的星历预测基函数EP—(、分别为月球的方位角及归一化后的瞬时地月距离),就能够同时描述M2和N2两个潮汐磁场模态。

为检验这一创新方法的可行性,研究团队基于我国张衡一号(CSES)电磁卫星及欧空局Swarm卫星(仅采用Swarm-A)的地磁观测数据,在扣除地核场、岩石圈场和磁层外源场等背景磁场后,先后分别采用TH基函数(图2)和EP基函数(图3)来提取M2模的信号,结果表明,新构建的EP基函数与传统TH基函数在提取潮汐磁场M2模方面具有同等能力。

图2 利用TH基函数提取获得M₂信号的示例。(a)GFO24模型中M₂潮汐磁场强度的分布;(b)区域1和区域2中,CSES(红)与Swarm-A(蓝)的振幅谱。图中绿色线表示Swarm与CSES的谱差(整体下移了-0.5nT)

图3 分别利用TH基函数(上)和EP基函数(中)对CSES(左列)与Swarm(右列)标量数据提取所获得的M₂模潮汐信号,及这两种基函数所得信号之差(下)

利用TH和EP两种基函数,还可分别建立潮汐磁场的球谐模型。由于EP基函数天然地包含了的调制,并且在相同的反演方法和迭代次数下,EP球谐模型的拟合误差要小于TH球谐模型,这反映了EP基函数相比于TH基函数,能够拟合到其他潮汐成分。

在对应卫星高度可分别获得四种数据集:卫星实测数据()、TH和EP两种基函数分别建立球谐模型的模型数据集(TH和EP)、以及前人用Swarm 差分数据建立GFO24潮汐模型的模型数据集(GFO24)。分别对这四种数据集作谱分析,显然,D和DTH仅在M2模的特征频率处展示出了信号峰值,而EP和GFO24除在M2模特征频率外,还在N2模特征频率处展示出了信号峰值(图4a)。这表明EP基函数确实能提取N2模的弱信号。

图4 (a)位于c中9个区域的平均振幅谱,计算自原始数据集(灰,上移2nT)、模型生成数据EP(蓝)、TH(红)、GFO24(棕,下移2nT,M2+N2)及差值(EPTH,绿,上移1nT);(b)GFO24的N₂潮汐场径向分量;(c)在N₂角频率下对EP的拟合结果;(d)GFO24与EP的N₂径向潮汐场差异(GFO24-EP)

他们的结果表明,利用EP基函数可成功从地磁卫星数据中同时提取出M2和N2两种潮汐磁场模式。提取的M2幅度和空间分布与已有模型高度一致,验证了方法的可靠性。更重要的是,弱信号N2模的提取结果与国际上基于梯度数据构建的GFO24模型结果吻合良好,证明了EP基函数能够在无梯度数据的约束条件下实现对潮汐磁场弱信号的有效提取。EP基函数的引入突破了传统TH基函数在弱信号提取方面的局限,为基于单点磁测卫星提取多模态潮汐磁场信号开辟了新的途径。

该方法可广泛应用于各类低轨卫星的磁场数据分析,包括历史卫星数据(如Ørsted、CHAMP)和未来卫星任务(CSES系列,MSS-2,Nanomagsat等)。此外,采用EP基函数在行星科学领域也具有十分广阔的潜在应用前景。木星的冰卫星(如木卫二Europa、木卫三Ganymede)被认为存在地下海洋,这些海洋与主行星磁场相互作用可能产生类似的感应磁场信号。利用天体轨道参数调制来分离多模态信号的EP方法可推广应用于冰卫星感应磁场分析,为探测地下海洋的深度、盐度和厚度等关键参数提供新的技术手段。NASA即将执行的Europa Clipper任务和ESA的JUICE任务都将重点探测冰卫星的感应磁场,该研究发展的方法有望为这些深空探测任务的数据分析提供重要参考。

研究成果发表于国际学术期刊GRL(马浩人, 杨艳艳*,戎昭金*,汪东泉, 高佳维, 泽仁志玛, 王婕, 周斌, Werner Magnes, 何飞, 魏勇. A Novel technique for extracting the tidal magnetic field: Methodology and application to a pre-processed dataset of CSES and Swarm[J]. Geophysical Research Letters, 53: e2025GL120594. DOI: 10.1029/2025GL120594.)。成果受国家自然科学基金项目(GrantNo.42388101,42274214)和民用航天技术预先研究项目(D040203)的资助。

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
离婚4年后,黄晓明首谈失败婚姻,结婚时不成熟做了错误的评估

离婚4年后,黄晓明首谈失败婚姻,结婚时不成熟做了错误的评估

椰黄娱乐
2026-09-11 10:58:22
难怪朱倩老公这次下手这么狠,这女人的聊天记录,实在是太野了

难怪朱倩老公这次下手这么狠,这女人的聊天记录,实在是太野了

皮蛋儿电影
2026-09-02 10:26:48
网传付磊将房产和现金都给了妻女!两个女儿举报付磊是三败俱伤

网传付磊将房产和现金都给了妻女!两个女儿举报付磊是三败俱伤

细品名人
2026-09-11 07:32:35
万斯大概率将接班美国总统!如果成真,全球迎巨变,中国首当其冲

万斯大概率将接班美国总统!如果成真,全球迎巨变,中国首当其冲

新时代精神
2026-09-12 01:42:53
我们不是普通公民!哈里梅根启动英美准王室公务,王室裂痕再升级

我们不是普通公民!哈里梅根启动英美准王室公务,王室裂痕再升级

手工制作阿歼
2026-09-12 01:15:38
 李大钊的藏身地固若金汤,把他供出来的不是敌人,而是他最信任的人

 李大钊的藏身地固若金汤,把他供出来的不是敌人,而是他最信任的人

磊子讲史
2026-09-10 17:11:14
星宇股份,再到瑞浦兰均,上海赛车着火,“奴工理论”持续发酵,人心散了,队伍就不好带了!

星宇股份,再到瑞浦兰均,上海赛车着火,“奴工理论”持续发酵,人心散了,队伍就不好带了!

眼光很亮
2026-09-11 09:49:53
陪睡陪玩只是开胃菜,舔手指塞拳头、集体嫖娼、背后的事藏不住了

陪睡陪玩只是开胃菜,舔手指塞拳头、集体嫖娼、背后的事藏不住了

北海史记
2026-08-12 19:57:54
金正恩公开表示:对参与“海外军事行动”的朝军士兵给予赞扬;法国媒体确认了:金正恩所说很可能是被派往俄罗斯参与乌克兰战争的朝鲜部队

金正恩公开表示:对参与“海外军事行动”的朝军士兵给予赞扬;法国媒体确认了:金正恩所说很可能是被派往俄罗斯参与乌克兰战争的朝鲜部队

吉刻新闻
2026-09-10 09:58:21
博弈!NBA或用小卡交易做筹码 换取鲍尔默不起诉联盟达成和解协议

博弈!NBA或用小卡交易做筹码 换取鲍尔默不起诉联盟达成和解协议

醉卧浮生
2026-09-12 07:42:16
重大挫败!美国,终于承认了!

重大挫败!美国,终于承认了!

大嘴说天下
2026-09-11 19:58:40
荣耀手机"魔法画报"被质疑耽误急救 记者实测

荣耀手机"魔法画报"被质疑耽误急救 记者实测

看看新闻Knews
2026-09-11 17:49:42
李小冉节目上首谈前夫,坦诚公开离婚的原因,谈及过往委屈到落泪

李小冉节目上首谈前夫,坦诚公开离婚的原因,谈及过往委屈到落泪

铁锤妹妹是只猫
2026-09-12 05:20:00
CCTV5直播!中国男篮VS巴林,郭士强拒绝爆冷,王俊杰对位桑普森

CCTV5直播!中国男篮VS巴林,郭士强拒绝爆冷,王俊杰对位桑普森

体坛瞎白话
2026-09-11 15:19:12
很多家属事后才后悔:老人在家离世与医院离世,差别一定要早了解

很多家属事后才后悔:老人在家离世与医院离世,差别一定要早了解

朗威谈星座
2026-09-11 17:12:34
碾压 B 费!曼联 21 岁天才封神一战!卡里克挖到未来真核

碾压 B 费!曼联 21 岁天才封神一战!卡里克挖到未来真核

澜归序
2026-09-12 08:47:16
25死5伤!青岛货轮火灾搜救结束,本次事故至少有4个重要信息披露

25死5伤!青岛货轮火灾搜救结束,本次事故至少有4个重要信息披露

火山詩话
2026-09-10 20:24:19
前人砍树后人暴晒!某985电院不给本校推免学生保底,原因曝光:去年本校学生放学校鸽子

前人砍树后人暴晒!某985电院不给本校推免学生保底,原因曝光:去年本校学生放学校鸽子

趣笔谈
2026-09-11 10:22:56
北口榛花专访:严子怡年轻技术好但不存在断崖领先,亚运我要争金

北口榛花专访:严子怡年轻技术好但不存在断崖领先,亚运我要争金

杨华评论
2026-09-12 02:17:08
伊朗击沉美军舰艇!美国五角大楼:海军基地严重损坏

伊朗击沉美军舰艇!美国五角大楼:海军基地严重损坏

大国之翼
2026-09-11 06:29:47
2026-09-12 09:52:49
中科院地质地球所 incentive-icons
中科院地质地球所
地球科学科普平台
1048文章数 151178关注度
往期回顾 全部

头条要闻

牛弹琴:一支拖鞋军突然扭转战局 正在改写中东格局

头条要闻

牛弹琴:一支拖鞋军突然扭转战局 正在改写中东格局

体育要闻

老鹰真正的底气来自于什么?

娱乐要闻

港媒曝钟丽淇疑患渐冻症,本人发文

财经要闻

继房子茅台之后 中产的第"神话"也破灭了

科技要闻

苹果折叠屏比小米华为贵5000元,该怎么选

汽车要闻

买菜车也有小乐趣 风云T7不止是台合格家用SUV

态度原创

旅游
亲子
数码
艺术
军事航空

旅游要闻

景区“公厕关闭私厕收费”?山西碛口风景名胜区回应

亲子要闻

一起来看玩具,小故事四

数码要闻

创新推出Creative B3电竞音响,339元

艺术要闻

《步辇图》最大骗局:全程没有文成公主,却骗了所有中国人 1300 年

军事要闻

涉伊朗核问题 中国和俄罗斯投下反对票

无障碍浏览 进入关怀版