Evidence for crisis-induced intermittency during geomagnetic superchron transitions
地磁场的偶极子在不规则的时间间隔内经历极性反转。特别长的时期（大约$10^7$年）没有逆转，称为超时，在历史上至少发生过三次。我们提供了观测证据的高非高斯性在附近的过渡到和从地磁超时，包括一个急剧增加的高阶矩（偏度和峰度）的偶极子的分布。这种矩的增加是发生全局分岔的低维动力系统中危机诱导不稳定性的普遍特征。这表明物理系统的基本参数随时间变化。通过一个低维的系统，模型的地磁极性倒转，我们表明，在高阶矩的增加，在过渡到地磁superchrons是由全球周期轨道的逐步破坏表现出两极的系统接近合并分叉。我们认为，在这个系统中的非高斯性是由周围的局部循环的吸引子的重新分配，因为全球的被摧毁。
2019-05-09 nlin.CD physics.geo-ph
On Interdependence of the Paleomagnetic Field Characteristics
分析了过去1.7亿年间地磁场特征（古强度平均值、变化幅度和反转频率）的变化。发现古地震强度的平均值与其变化幅度成正比，与反转频率成反比。地球磁场特征变化最显著的时期是早白垩世、古近纪中期和新近纪。分析了地磁场重建特征行为与α-ω-发电机模型的一致性。
2007-06-29 physics.geo-ph
Core-surface kinematic control of polarity reversals in advanced geodynamo simulations
本文通过数值模拟提出并验证了一种纯运动学的地磁极性反转机制，即核-幔边界表面下上升流减弱导致偶极子失稳反转，并表明弱分层条件下单一模型可重现从数十年到数百万年的地磁变化。
2025-05-08 physics.geo-ph
A new deterministic model for chaotic reversals
提出了一个新的三个耦合常微分方程的混沌系统，该系统仅限于二次非线性项。各种各样的动态制度的报告。对于某些参数，混沌反转的振幅产生的危机引起的不稳定性，下面的机制不同于通常观察到的类似的确定性模型。尽管它很简单，但这个系统因此产生了丰富的动力学，能够模拟更复杂的物理系统。特别是，与地球的磁场反转的比较显示出令人惊讶的良好的协议，并突出了确定性混沌描述地磁场动态的相关性。
2012-03-02 nlin.CD physics.geo-ph
On the time distribution of reversals in Earth's magnetic field
本文分析了地球磁场连续反转的周期分布。该分析包括极性的随机性，对应于不同时期的数据是否属于唯一的分布，最后，数据服从的分布类型。结果发现，分布是一个幂律（这可能是一个关键系统的指纹，作为地磁反转的原因）。对于分布函数，发现斜率值为-1.42。该值与不考虑当前考虑因素时获得的结果相差约15%，并被认为是主要发现。
2006-05-05 physics.geo-ph
Does the Planetary Dynamo Go Cycling On? Re-examining the Evidence for Cycles in Magnetic Reversal Rate
地磁场反转的记录在板块构造理论的发展中起着不可或缺的作用。反转记录的统计分析旨在详细说明模式，并将这些模式与核幔过程联系起来。地磁极性时标是一个动态记录，新的古地磁和地质年代学数据提供了更多的细节。在本文中，我们使用傅立叶分析研究了3.75亿年前（Ma）反转记录中揭示的周期性。在1600 - 4000万年（Myr）范围内的反转功率谱中发现了四个显著的峰。绘制由近端峰值的频率之和构建的函数，产生一个短暂的2600万年的周期性，表明具有周期性吸引子的混沌运动。可能的1600万年的周期性，以前公认的结果，可能与地幔柱的脉动，也许;更试探性地，与核-幔动力学起源附近的大型低剪切速度层在太平洋和非洲。行星的磁场屏蔽了带电粒子，这些带电粒子会在行星表面产生辐射，并使大气层变薄，这是一种与M星特别相关的损耗机制。了解行星磁场的起源和发展可以阐明宜居带。
2017-01-18 astro-ph.EP nlin.CD physics.data-an
Statistical analysis of magnetic field reversals in laboratory dynamo and in paleomagnetic measurements
地磁场极性反转时间分布的统计特性通常被假定为一个变速率更新泊松过程的实现。然而，最近已经表明，极性反转强烈偏离当地泊松统计，因为时间聚类。这样的集群产生于潜在的发电机过程中的长程相关性的存在。最近实现的实验室发电机也显示了逆转。实验室和古地磁数据都具有长程相关性。
2010-03-02 physics.data-an physics.geo-ph physics.plasm-ph
Geomagnetic dipole stability and zonal flows controlled by mantle heat flux heterogeneities
本文通过不同参数的地球发电机模拟，研究核幔边界热流非均质性对地磁偶极稳定性与纬向流的影响，提出无量纲数 $M_{Za}^*$ 可表征偶极占比与反转倾向，并表明地幔对流驱动的热流变化能解释古地磁反转频率的显著波动。
2024-12-19 astro-ph.EP physics.geo-ph
Stochastic Resonance in a Thermally Driven Low-Dimensional Geodynamo Model
Università degli Studi di Roma Tor Vergata（罗马托尔维加塔大学）；Ca’ Foscari University of Venice（威尼斯卡福斯卡里大学）；INAF-Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali（意大利国家天体物理研究所）
研究热驱动低维地磁发电机模型在慢周期调制下的磁极性时间变异性，发现调制产生多峰磁持久时间概率密度函数，揭示随机共振机制在地磁反转统计中的作用。
2026-05-02 astro-ph.EP physics.geo-ph
Asymmetric polarity reversals, bimodal field distribution, and coherence resonance in a spherically symmetric mean-field dynamo model
使用平均场发电机模型与球对称的螺旋湍流参数α是动态淬火和干扰的额外的噪音，地磁极反转的基本特征被证明是通用的后果发电机行动在附近的例外点的频谱。这个简单的范例模型产生了长时间的恒定极性，这些极性被自加速场衰变中断，导致不对称的极性反转。它显示了最近发现的双峰场分布，并给出了极性持续时间和场强之间的相关性的自然解释。此外，我们发现相干共振的典型特征的持续时间对噪声的依赖性。
2004-11-05 astro-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Abrupt global events in the Earth's history: a physics perspective
地球历史的时间轴揭示了过去5.42亿年地质记录的准周期性，在时间尺度上接近100万年。这种准周期性的起源是什么？定义地质时间尺度边界的全球事件的性质是什么？我认为，一个单一的机制是负责所有三种类型的事件：质量的波动，地磁极性逆转，海平面波动。该机制是快速的，并且涉及显著的能量释放。这种机制不太可能有天文学的原因，既因为涉及的能量，也因为它的行为准周期性。它必须在地球本身中寻找。它必须能够逆转地球的磁场。最后一个要求使它与地磁场起源的共识模型--在地球流体核心中运行的磁流体发电机--不相容。在本文的第二部分，我表明，大量的看似无关的地球物理和地质数据可以理解在一个统一的方式，如果地球的主要磁场的来源是一个~200公里厚的岩石圈，反复磁化的甲烷驱动的海洋喷发，产生海洋流动的发电机行动能力的结果。喷发是由浮力和溶解气体的出溶作用的相互作用驱动的，这些溶解气体积聚在易于停滞和缺氧的海洋水体中。极性反转、质量分离和层序边界是这些喷发的结果。与地磁的共识模型不同，这种情况与古地磁数据一致，表明“[地磁极性]反转期间的方向变化可能非常快，可能发生在从一个倾斜偶极状态到另一个倾斜偶极状态的几乎瞬间跳跃。
2018-10-26 astro-ph astro-ph.EP physics.geo-ph
Modeling and predicting the short term evolution of the Geomagnetic field
模拟了1900.0-2014.0年期间地球核幔边界磁场和流动的耦合演化。为了约束系统的动力学行为与核心场模型来自地球的磁场的直接测量，我们使用了EnergyKalman滤波算法。通过模拟可能的状态的合奏，访问所考虑的字段的完整的统计特性是可用的。此外，该方法能够提供预测并评估其可靠性。在这项研究中，我们可以强调两种不同的流态的共存。一个与大规模的偏心环流的一部分，这在时间上演变缓慢，并保留了很长的记忆，它的过去，和一个更快的一个与小规模的速度场。我们发现，后者可以表现出快速变化的局部地区。这两种机制的结合可以很好地预测日长的年代际变化，但也可以解释这些变化的物理预测和观测趋势之间的差异。后报测试表明，该模型是很好的平衡，它可以提供准确的短期预测的平均状态及其相关的不确定性。然而，磁场预测受到不同速度场尺度的高随机率的限制，并且在大约2000年的预测之后，无法恢复关于核心场的可靠信息。
2017-10-17 physics.geo-ph
A generalized Bak-Sneppen model for Earth's magnetic field reversals
我们介绍一个简单的地球磁场逆转模型。该模型包括在随机节点模拟漩涡的液体部分的核心，通过一个简单的更新算法收敛到一个自组织的临界状态，与反转时间的概率分布函数的形式的幂律（假设是在实际的反转）。不应期望对逆转进行详细描述。然而，我们希望通过一些被很好地再现的基本特征来达到对反转的更深刻的认识。
2011-06-24 physics.geo-ph
Geomagnetic semblance and dipolar-multipolar transition in top-heavy double-diffusive geodynamo models
地球液态外核的对流是由热和化学扰动驱动的。本研究的主要目的是研究双扩散对流磁场产生的影响，通过三维全球地球发电机模型，在所谓的“头重脚轻”制度的双扩散对流，当热和成分背景梯度不稳定。使用线性本征解算器，我们首先确认，相比于标准的单扩散配置，对流的发病是由另外的第二个浮力源促进。接下来，我们进行系统的参数调查进行$79$数值发电机模拟。我们表明，对于对流输入功率在其热成分和化学成分之间的任何分配，模拟磁场和地磁场之间都可以达到良好的一致性。相反，偶极主导和多极发电机之间的过渡被发现强烈依赖于浮力强迫的性质。经典的参数，如当地的罗斯贝数或赤道对称的程度的流动，预计将支配这种转变，未能捕获偶极击穿。力平衡的尺度相关分析表明，当惯性力与主导长度尺度下的洛伦兹力之比达到$0.5$时，无论浮力如何分配，都会发生过渡。积分动能与磁能之比$E_k/E_m$提供了该力比的合理代表。考虑到地核中的$E_k/E_m \ll 1$，地球发电机预计将在远离偶极-多极转变的地方运行。由此看来，地磁极性倒转的发生不太可能与地核中惯性力振幅的剧烈而准时的变化有关，必须寻找另一种机制。
2021-05-10 astro-ph.EP physics.flu-dyn physics.geo-ph
Modelling the earth's geomagnetic environment on Cray machines using PETSc and SLEPc
英国地质调查局的全球地磁模型，地球磁环境模型（MEME），是计算地球磁场的重要工具，地球磁场是不断变化的。虽然从地面观测站和卫星收集数据的能力已经增长，但代码的内存限制性质已经证明了现代科学所需的建模问题大小的限制。在本文中，我们描述的工作取代定制的，顺序的，本征解算器与SLEPc软件包求解系统的正常方程。这项工作有双重目的，突破代码的内存限制，从而通过支持在分布式机器上执行来支持更大系统的建模，并提高性能。但是当采用SLEPc时，它不仅仅是求解正规方程，而且从根本上讲，我们如何构建和分发数据结构。我们描述了一种方法，用于建立对称矩阵的方式，提供了良好的负载平衡，避免了需要密切协调的进程之间或复制的工作。我们还研究了代码的内存限制性质，并结合详细的分析软件缓存预取显着优化。性能和伸缩性的探索ARCHER，一个Cray XC30，在那里我们实现了294倍的速度，通过替换模型的定制方法与SLEPc的求解器。这项工作还提供了对更大的系统尺寸建模的能力，高达100，000个模型系数。这种大规模的建模系统的一些挑战进行了探讨，并缓解，包括混合MPI+OpenMP以及使用迭代求解器也被认为是。这项工作的结果是一个现代MEME模型，不仅能够模拟最先进的地磁学所要求的问题大小，而且还可以作为SLEPc库实用性的进一步证据。
2020-10-01 cs.DC physics.geo-ph
Revisiting the Biological Ramifications of Variations in Earth's Magnetic Field
一个类似地球的行星磁场已被广泛援引为可居住性的一个要求，因为它据称可以减轻到达表面的电离辐射通量以及中性粒子和离子从大气中逃逸。最近的古地磁证据表明，地球的内核的成核，随后可能是地磁场强度的增加，可能发生在埃迪卡拉纪附近。受这一假定发现的启发，我们探索了地球发电机的增长或逆转所产生的后果。通过审查和综合新出现的定量模型，提出在这些情况下，生物辐射剂量率和大气逃逸率的变化都不会超过$\sim 2$的系数。因此，我们认为，试图通过地球磁场强度的变化来解释寒武纪辐射或质量波动的假说可能是不可能的。我们还简要地讨论了行星磁场的变化可能会影响早期火星，并可能影响系外行星轨道M-矮星。
2019-04-11 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.geo-ph
