در این توابع تعداد n = 36جمله مورد استفاده قرار داده شده و از باقی جملات صرفنظر شدهاست. فرض آن است که ضرایب داخلی گاوسی[جدول ۱ ضمیمه ب] از درجه ۱ تا ۸ چندجملهای درجه ۲ نسبت به زمان هستند،
(۳-۱) |
در سمت چپ معادله ۳-۲، و توابع متغیر با زمان هستند و در سمت راست معادله نماینده ثوابت هستند. زمان بر حسب سال دهدهی داده شده است و t0 تاریخ مرجع مدل است و تقریباً در نقطه میانی گستره زمانی ماهواره و مقادیر میانگین ساعتی مشاهده انتخاب شده اند. از درجه ۹ تا ۱۲ وابستگی ضرایب گاوسی داخلی به زمان، به صورت خطی در نظر گرفته می شود، و در درجات بالاتر نسبت به زمان ثابت فرض می شود. این عدد، آخرین عددی است که در آن میتوان ضرایب را بدون اثر دمپینگ به صورت روباست[۳۱] تعیین کرد.
مدلی که در معادله ۲-۲ ارائه شده است، صرفاً در مواردی که منشاء داخل کره زمین است کاربرد دارد؛ نظیر میدان پوسته زمین و میدان داخلی اصلی زمین. برای میدانهای خارجی ناشی از جریانات یونوسفر و مگنتوسفیر، یک نمایش هارمونیک کروی نظیر معادله ۲-۱ مناسب است. با این حال، میدانهای خارجی معمولاً در دستگاه مختصات مرجع متصل به خورشید بیان میشوند. مدل فعلی ما، نوعی مدل پارامتری مگنتوسفیری درجه ۲ ثابت است که در دستگاه مختصات مرجع خورشیدی بیان می شود. برای مشاهده کننده مدوری که به زمین متصل شدهاست، این میدان تغییرات منظم روزانه و فصلی دارد.
جابجاییهای جزر و مدی آب دریا از طریق میدان مغناطیسی زمین، میدانها و جریانهای الکتریکی القایی و میدانهای مغناطیسی ثانویپدید می آورد که تا حدود ۷ نانو تسلا در سطح اقیانوسو ۳ نانو- تسلا در مدار ماهوارهای میرسد. این میدانها به خوبی از داده های ماهوارهای قابل استخراج و تجزیه و تحلیل هستند و با پیش بینیهای مربوط به جریانهای اقیانوسی جذر و مدی اشتراکاتی دارند (تایلر و دیگران، ۲۰۰۳).
در نهایت وقتی مجموعه داده ها شامل داده های میانگین مشاهدات ساعتی باشد، جابجایی عددی در هر یک از جایگاههای ناظر نیز باید لحاظ گردد تا اثر میدانهای محلی که اکثراًً در پوسته زمین تولید میشوند و به وسیله مدل قابل توصیف نیستند نیز تفکیک گردد. سپس در جایگاه مشاهده، میدان مغناطیسی B به صورت:
(۴-۱) |
خواهد بود. که بردار جابجایی عددی ، که با عنوان انحراف پوستهای نیز خوانده می شود، نسبت به زمان ثابت میماند.
پارامتریسازی فوق برای برازش مجموعه داده های منتخب از اندازه گیریهای ماهوارهای و مقادیر میانگین ساعتی مشاهده شده مورد استفاده قرار میگیرد.
نوع دیگری از دستگاه محورهای مختصات که در حوزه مدلسازی میدان مغناطیسی بکار میرود، سیستم مختصات ژئومغناطیسی است. لازم به ذکر است در نرم افزار طراحی شده ما، کاربر اطلاعات مربوط به طول و عرض جغرافیایی را وارد میکند و برنامه این اطلاعات را به مختصات ژئو مغناطیسی بر میگرداند. این سیستم مختصات در بدست آوردن WMM2005 برای شناسایی مکان داده ها در یک باند عرض جغرافیایی از استوای ژئومغناطیسی که در آن مقادیر داده های برداری مورد نیاز هستند بکار میرود و بر مبنای میدان دوقطبی داخلی مرکزی شده قرار دارد و با سه ضریب اول میدان اصلی در یک مدل هارمونیکی کروی جهانی بیان می شود. محور مرجع آن همراستا با محور دوقطبی قرار دارد که از محور گردش زمین حدود ۱۱ درجه انحراف داشته و سطح زمین را در قطبهای ژئومفناطیسی قطع می کند. استوای ژئومغناطیسی، دایره عظیمهای است که نسبت به قطبین ژئومغناطیسی در موقعیت ۹۰ درجه قرار دارد و عرض جغرافیایی ژئومغناطیسی بین صفر درجه در استوای ژئومغناطیسی تا ۹۰ درجه در قطبین ژئومغناطیسی متغیر است.[ضمیمه الف]
ضرایب مدل
ضرایب مدل، که از آنها با عنوان ضرایب گاوسی نیز یاد می شود، تصویر دقیق و مناسبی از میدان مغناطیسی اصلی زمین ارائه می کند. مقادیر مربوط به آنها در جدول ۱ ضمیمه (الف) ارائه شدهاست. این ضرایب برای محاسبه مقادیر المانهای میدان و نرخ سالیانه آنها در نقاط مختلف نزدیک سطح زمین و در هر تاریخی در خلال سالهای ۲۰۰۵ الی ۲۰۱۰ مورد استفاده قرار میگیرند.
۹-۲ معادلات مربوط به محاسبه عناصر میدان مغناطیسی
روشی گام به گام برای محاسبه عناصر میدانهای مغناطیسی در یک مکان و زمان مشخص ارائه گردیدهاست. که در آن h ارتفاع جغرافیایی، ϕ و λ طول و عرض ژئودزی و t زمان برحسب سنوات دهدهی است.
در نخستین گام، مختصات ژئودزی بیضیگون بوسیله تبدیل زیر به مختصات کروی ژئوسنتریک منتقل می شود:
(۵-۲) | |
(۶-۲) |
که در آن A = 6378.137 km محور شبهاصلی (شعاع استوایی) بیضیگون وB = 6356.75231 kmمحور شبه فرعی بیضیگون مرجع WGS84 است.
در قدم بعدی، ضرایب گاوسی درجه n و مرتبه m در زمان مشخصی تعیین میشوند. این کار از طریق تنظیم ضرایب میدان در زمان ۲۰۰۵ برای تغییرات ارضی خطی انجام میگیرد:
(۷-۲) |