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磁偏角
磁子午圈同地理子午圈的夾角
基本信息
| 中文名 | 磁偏角 |
| 提出時(shí)間 | 1581年 |
| 應(yīng)用學(xué)科 | 測(cè)繪學(xué) |
| 提出者 | 羅伯特·諾曼 |
| 外文名 | Magnetic declination |
| 最早提出者 | 沈括 |
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介紹
磁偏角
磁偏角是磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量的水平投影與正北方向之間的夾角，變即磁子午線與地理子午線之間的夾角。如果磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量的指向偏向正北方向以東稱東偏，偏向正北方向以西稱西偏。磁偏角可以用磁偏測(cè)量?jī)x測(cè)出來(lái)。磁偏角的度數(shù)是測(cè)量出來(lái)的，不是計(jì)算出來(lái)的。
地磁要素
在一天中磁北極的位置也是不停的變動(dòng)，它的軌跡大致為一橢圓形，磁北極平均每天向北移40m。磁北極大約于2005年進(jìn)入俄羅斯境內(nèi)。在我國(guó)，正常情況下，磁偏角最大可達(dá)6度，一般情況為2-3度。地圖的方向：上北、下南、左西、右東是大多數(shù)地圖的方向，但這可不是通用原則，如果地圖上有方向標(biāo)，可以通過(guò)方向標(biāo)了解到這些。磁偏角還是不斷有規(guī)律變化的，地圖上的磁偏角只是測(cè)圖時(shí)的磁偏角（磁北比真北偏右，加上磁偏角；磁北比真北偏左，減去磁偏角；在我國(guó)一般是減去）。使用地圖本身所注的磁偏角要注意出版年限，地圖太老誤差較大。
計(jì)算方法
關(guān)于用經(jīng)緯度計(jì)算距離：在地球赤道上環(huán)繞地球一周走一圈共40075.04公里而一圈分成360°，1°為60′，每一度一秒在赤道上的長(zhǎng)度計(jì)算如下：
而每一分又有60秒，每一秒就代表
任意兩點(diǎn)距離計(jì)算公式為：
其中A點(diǎn)經(jīng)度，緯度分別為
和
，B點(diǎn)的經(jīng)度、緯度分別為
和
，d為距離。
至于比例尺計(jì)算簡(jiǎn)單地說(shuō)，也就是
1.不同的地方地磁偏角也不同！
2.正常情況下，我國(guó)磁偏角最大可達(dá)6度，一般情況為2-3度
3.東經(jīng)25度地區(qū)，磁偏角在1-2度之間；北緯25度以上地區(qū)，磁偏角大于2度；若在西經(jīng)低緯度地區(qū)，磁偏角是5-20度；西經(jīng)45度以上，磁偏角為25-50度，在我國(guó)，正常情況下，磁偏角最大可達(dá)6度，一般情況為2-3度。
地球磁場(chǎng)是在不斷變化的。它有長(zhǎng)期變化和短期變化。地球磁場(chǎng)的短期變化部分，即上述的地球變化磁場(chǎng)；除去短期變化部分，便是地球基本磁場(chǎng)，即上述的偶極磁場(chǎng)。地磁要素的長(zhǎng)期變化，來(lái)源于地球內(nèi)部的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)。它首先表現(xiàn)為地磁場(chǎng)的向西漂移。例如，0°磁偏線與赤道的交點(diǎn)，近400年來(lái)已西移95°。其次，磁場(chǎng)強(qiáng)度有穩(wěn)定的衰減，近百年來(lái)，基本磁場(chǎng)強(qiáng)度衰減了5%。如果照此速度繼續(xù)衰減下去，那么，基本磁場(chǎng)將會(huì)在2千年后消失。另外，磁極也在移動(dòng)，如地磁北極的緯度逐年遞增0.004°；其經(jīng)度每年向西增加0.007°。
關(guān)于分類
磁偏角
地磁要素的干擾變化要復(fù)雜得多。小的干擾多半是區(qū)域性的，次數(shù)頻繁，變幅很小。大的干擾是全球性的，次數(shù)較少，平均每年10次左右，變化幅度較大。特大的干擾稱磁暴。磁暴發(fā)生時(shí)，磁針不安地?cái)_動(dòng)不止；在幾小時(shí)到 幾日內(nèi)，磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化可達(dá)十分之幾甚至幾個(gè)μT。磁暴的發(fā)生與太陽(yáng)活動(dòng)直接相關(guān)。來(lái)自太陽(yáng)的高能粒子，不僅干擾地球磁場(chǎng)，同時(shí)破壞大氣電離層結(jié)構(gòu)，中斷無(wú)線電通訊，高緯度地區(qū)出現(xiàn)極光。
各地磁偏角
地名-磁偏角：
漠河11°00' w
齊齊哈爾9°54'w
哈爾濱9°39'w
長(zhǎng)春8°53'w
滿洲里8°40'w
沈陽(yáng)7°44'w
旅順6°35'w
北京5°50'w
天津5°30'w
濟(jì)南5°01'w
呼和浩特4°36'w
徐州4°27'w
上海4°26'w
太原4°11'w
包頭4°03'w
南京4°00'w
合肥3°52'w
鄭州3°50'w
杭州3°50'w
許昌3°40'w
九江3°03'w
武漢2°54'w
南昌2°48'w
銀川2°35'w
臺(tái)北2°32'w
西安2°29'w
長(zhǎng)沙2°14'w
贛州2°01'w
衡陽(yáng)1°56'w
廈門1°50'w
蘭州1°44'w
重慶1°34'w
遵義1°26'w
西寧1°22'w
桂林1°22'w
貴陽(yáng)1°17'w
成都1°16'w
廣州1°09'w
柳州1°08'w
東沙群島1°05'w
昆明1°00'w
南寧0°50'w
湛江0°44'w
憑祥0°39'w
?？?°29'w
拉薩0°21'w
珠穆朗瑪0°19'w
西沙群島0°10'w
曾母暗沙0°24'e
南沙群島0°35'e
烏魯木齊2°44'e
原理與方法
海島礁磁偏角測(cè)量
研究背景
磁偏角作為重要的海洋地理環(huán)境要素，已廣泛應(yīng)用于船載磁羅經(jīng)、海流計(jì)、水下機(jī)器人(AUV)、自航式水雷等，是諸多海洋儀器正常發(fā)揮效能的基礎(chǔ)信息。由于地磁導(dǎo)航具有簡(jiǎn)便、廉價(jià)、可靠、最不易受干擾等特點(diǎn)，是人類應(yīng)用最早最普遍的定位定向系統(tǒng)，在早期航海史上發(fā)揮了極其重要的作用。即使在衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)高度發(fā)達(dá)的現(xiàn)代，世界各國(guó)航空航海領(lǐng)域一直把地磁導(dǎo)航作為必備的導(dǎo)航方法。當(dāng)前軍民航海圖上，磁偏角是不可或缺的基本要素，但是，磁偏角測(cè)量是我國(guó)海洋環(huán)境探測(cè)領(lǐng)域一項(xiàng)技術(shù)空白，軍民航海圖上標(biāo)注的磁偏角均不是實(shí)地測(cè)量值，而是通過(guò)低分辨率的外版地磁圖轉(zhuǎn)繪生成的。
磁偏角測(cè)量主要采用兩種方式：一是固定地磁臺(tái)站的長(zhǎng)期連續(xù)跟蹤觀測(cè)，二是野外流動(dòng)測(cè)點(diǎn)的不定期測(cè)量。由于固定地磁臺(tái)站選址和基建標(biāo)準(zhǔn)很高，不適宜建設(shè)太多，所以少量地磁臺(tái)站和大量野外測(cè)點(diǎn)相結(jié)合，是地磁場(chǎng)測(cè)量的最佳模式。我國(guó)有100多個(gè)地磁臺(tái)，包括30多個(gè)儀器配置齊全、觀測(cè)條件和環(huán)境較好的基準(zhǔn)地磁觀測(cè)臺(tái)站，具有測(cè)震、地磁、地電、GPS、重力、形變、井下觀測(cè)等多種地球物理觀測(cè)手段。其他臺(tái)站是以地震預(yù)報(bào)為主要服務(wù)對(duì)象的區(qū)域性地磁觀測(cè)臺(tái)站。由國(guó)際地磁學(xué)與高空物理學(xué)協(xié)會(huì)(IAGA)主持運(yùn)行的國(guó)際地磁觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)(INTERMAGNET)包括約133個(gè)地磁臺(tái)站，其中包括我國(guó)的北京站、長(zhǎng)春站、肇慶站、蘭州站、烏魯木齊站共5個(gè)固定臺(tái)站。海島礁附近的地磁場(chǎng)由于受海底地形、海底巖石性質(zhì)、海底地質(zhì)構(gòu)造和洋流等影響，往往與正常的地磁場(chǎng)存在較大差異，如何準(zhǔn)確高效測(cè)定海島礁附近的磁偏角，是非常重要的基礎(chǔ)性海洋測(cè)繪工作。
測(cè)量原理
圖1 磁偏角測(cè)量示意圖
作為專門的磁偏角測(cè)量?jī)x器，地磁經(jīng)緯儀的構(gòu)成主要包括三部分：
(3)檢零器：與磁通門探頭連接，用于檢測(cè)磁通門探頭的輸出電壓，當(dāng)檢零器上的輸出電壓值為零時(shí)，標(biāo)志磁通門探頭軸線垂直于地磁場(chǎng)方向，據(jù)此確定地磁場(chǎng)方向的位置。
采用地磁經(jīng)緯儀進(jìn)行磁偏角測(cè)量時(shí)，也能同時(shí)測(cè)定磁傾角。另外為完整了解測(cè)點(diǎn)附近的地磁場(chǎng)矢量，一般還需采用總強(qiáng)度磁力儀測(cè)定地磁場(chǎng)總強(qiáng)度的標(biāo)量值。磁偏角D和磁傾角I的計(jì)量單位是(°、'、″)，總強(qiáng)度的計(jì)量單位為納特(nT)。海島礁磁偏角測(cè)量設(shè)備在國(guó)內(nèi)外均能生產(chǎn)，其中國(guó)產(chǎn)MDI型地磁經(jīng)緯儀的度盤最小刻劃為1'，工作溫度－10℃～40℃，G856型質(zhì)子旋進(jìn)總強(qiáng)度磁力儀的測(cè)量范圍為20000～70000nT，分辨率優(yōu)于0.1nT，絕對(duì)精度優(yōu)于0.5nT，采樣周期6s，主機(jī)尺寸18cm×27cm×9cm，重量1.6kg，探頭尺寸9cm×13cm，探頭重量1.2kg。
不同磁力儀存在明顯的儀器誤差，為把不同磁力儀的測(cè)量結(jié)果歸算到某一共同基準(zhǔn)，在每年出測(cè)之前和收測(cè)之后，需到國(guó)家基準(zhǔn)地磁臺(tái)對(duì)DI儀和總強(qiáng)度磁力儀進(jìn)行比測(cè)，計(jì)算絕對(duì)儀器誤差和相對(duì)儀器誤差。如遇儀器故障需及時(shí)更換，也需對(duì)新儀器進(jìn)行比測(cè)，確定其儀器誤差?？倧?qiáng)度磁力儀比測(cè)時(shí)應(yīng)獨(dú)立進(jìn)行2次以上，兩次比測(cè)得到的儀器絕對(duì)誤差的互差不得大于0.5nT。地磁經(jīng)緯儀的構(gòu)造特點(diǎn)是，在無(wú)磁經(jīng)緯儀的望遠(yuǎn)鏡上固化一個(gè)磁通門傳感器。該磁通門探頭通過(guò)嚴(yán)格調(diào)校，其軸向與望遠(yuǎn)鏡軸線保持一致。采用地磁經(jīng)緯儀進(jìn)行磁方位角測(cè)量，實(shí)質(zhì)是通過(guò)地磁經(jīng)緯儀的無(wú)磁經(jīng)緯儀、磁通門磁力儀探頭和檢零器的相互配合，根據(jù)檢零器的輸出，確定磁子午面的位置。當(dāng)經(jīng)緯儀照準(zhǔn)部旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁通門探頭與地磁場(chǎng)磁力線夾角隨之不斷變化，由此導(dǎo)致檢零器輸出的電壓發(fā)生相應(yīng)變化，見圖2。顯然，當(dāng)?shù)卮艌?chǎng)方向與無(wú)磁經(jīng)緯儀望遠(yuǎn)鏡垂直時(shí)，檢零器輸出為零，據(jù)此確立地磁場(chǎng)的方向。
圖2 檢零器電壓輸出曲線
研究結(jié)論
國(guó)內(nèi)海島礁磁偏角測(cè)量原理、方法和儀器等主要技術(shù)環(huán)節(jié)均初步引用陸上野外流動(dòng)地磁測(cè)量模式。本文簡(jiǎn)單介紹了國(guó)內(nèi)當(dāng)前海島礁磁偏角測(cè)量的原理、作業(yè)方法、儀器設(shè)備、數(shù)據(jù)處理和精度要求等實(shí)際情況，由此可知，雖然磁偏角測(cè)量原理較為簡(jiǎn)單，但工作過(guò)程較為繁瑣。特別是高溫、高濕、高鹽、多霧、多風(fēng)等海島礁特殊作業(yè)環(huán)境，使剛剛起步的我國(guó)海島礁磁偏角測(cè)量工作面臨許多難以預(yù)測(cè)的新問(wèn)題，當(dāng)前主要是測(cè)點(diǎn)勘選比較困難，觀測(cè)基線距離一般難以滿足要求，為此需要在當(dāng)前模式的基礎(chǔ)上，對(duì)作業(yè)儀器和方法進(jìn)行大量適用性改進(jìn)。只有通過(guò)不斷實(shí)踐積累，才能形成較完整的海島礁磁偏角測(cè)量技術(shù)能力。
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尚可名片
這家伙太懶了，什么都沒寫！
作者
