尽管公认的事实是地磁极与地理极不重合，但这种现象的重要后果并未得到充分认识。这种不重合现象对地球有什么影响，对自然有什么危害么？

在2002年9月的暴风雨中，研究人员使用了广义的极风模型来模拟极地电离层。在春分期间，太阳能终结器以昼夜振荡的方式移动越过极圈。

科学家发现，终止子振荡在从电离层进入磁层的极风总半球通量中产生了昼夜振荡，北半球流出的昼夜振荡与南半球相差12小时，H +离子流出通量接近其极限值，因此振荡大于非周期性影响（地磁活动），O +离子通量小于其极限值，因此日振荡与非周期性效应相当。该模拟表明，总离子流出的半球不对称性和周期性，也就是平常说的地磁极与地理极不重合，这会“晃动磁层尾部”，并可能有助于引发风暴。

春分期间地磁极的日变化，地磁北极位于82.8°N和275.6°E的地理纬度，而南极位于74.3°S和126.0°E的地理纬度，磁性南极在中午，而磁性北极在午夜。由于地球绕地理轴自转，大约12小时后，磁性南极移入午夜区，而磁性北极移入中午区。在地磁坐标中，终止子绕极振动24小时。

由于电离层高纬度驱动因素的变化，如极光降水和极地对流等，高频率变化叠加在主要的假正弦变化上。由于H +离子处于通量限制状态，因此不受高海拔地区发生的通电机制的影响。因此，H +通量主要由O +光电离和随后的电荷交换过程决定，它们继而随终止子相对于地磁极的位置而变化。H +的非周期性特征主要是由于暴风雨演变而导致的。

来自北半球的总H +通量具有与南半球相似的特征。由于地理与地磁极的偏移，总通量的变化主要由昼夜准正弦振荡决定。由于H +离子的通量限制条件，与地磁活动相关的非周期性变化相对较小。但是，H +之间有两个重要区别，区别于两个半球的总流出流量。

首先，总通量之间存在约12 h的相移。即当一个半球的总通量达到最大值时，来自另一半球的总通量几乎达到其最小值。其次，H +总通量在较窄的范围内变化，比南半球的总通量范围大。这是因为北半球的地理与地磁极偏移（7.2°）小于南半球的地磁极偏移（15.7°）。因此，北半球阳光照射区的日变化小于南半球阳光照射区的日变化。

在地磁活动期间，南半球和北半球的O +流出量的会发生变化。来自南半球的总O +通量在1.0×10 -26次方和4.0×10 -26次方每秒之间变化。这些积分通量的值是平均经验值的2至4倍。O +积分通量与H +相似，因为总通量中存在一个昼夜振荡成分，并且由于其它地球物理参数的变化而存在非周期性变化。O +通量的非周期性变化和静止日变化比H +通量更显着。

O +非周期性变化为什么更明显呢？由于O +离子通量通常小于其极限值，因此O +流出通量对高海拔很敏感。因此，非周期性地磁条件可以将电离层下边界（100至1000 km）加热到极风，因此在控制O +流出通量中起着重要作用。北半球的O +总通量显示出与南半球相似的特征，除了12 h相移和昼夜分量的振幅稍小。

极点偏移对离子流出量产生很大影响，每个半球中电离层离子流出通量的非对称日变化可能导致磁球质量加载发生类似变化，可能会周期性的“摇动磁层尾”，随后引发风暴。

在地质历史时期，地球磁场的方向发生了巨大变化。科学家已经使用CMIT模型研究了偶极倾角变化对磁层车载净化器，电离层和热层的影响。

偶极子倾斜角通过影响地磁角度的日变化来调节太阳风，这会影响地球高纬度下的热量。偶极子倾斜角还控制焦耳加热的地理分布，因为它决定了磁极的地理纬度。焦耳加热的数量和分布随倾斜角度的变化而产生温度和中性风的进一步变化。

它们会影响氧原子和氮气分子的占比，进而改变大气中氟的峰值和电子密度。当行星际磁场（IMF）向南时，所有这些影响最为重要，而在北向IMF下几乎可以忽略不计。但是，偶极子倾斜的变化也会改变磁场的倾斜度，这会影响电离层等离子体沿磁场的垂直扩散分量，而与IMF方向无关。

地球内部磁场的方向变化很大，平均每几十万至几百万年发生一次完整的磁场反转，在完整反转之间，偶尔会发生地磁偏移，在较短的时间范围内（约10到1000年），磁场的变化往往更加微妙。例如，地磁偶极子的倾斜度（地磁偶极子与地球旋转轴之间的夹角）从1960年的约11.7°降至2005年的10.5°。

偶极子倾角的变化会改变太阳风与磁层之间耦合效率的时间变化。反过来，更强的太阳风磁层耦合将通常导致极性电离层的更强的磁层驱动，这与更强的离子流和更多的焦耳热有关，这也会对地球电离层和热层系统的其余部分产生影响。

偶极子倾角变化也导致磁极的地理位置发生变化，并且极圈的位置也将随之变化，极圈的范围可以根据太阳风磁层耦合的变化而变化，但是它们通常以磁极为中心。因此，偶极子倾斜角不仅可以调节电离层磁层驱动的强度。

在给定足够大的倾斜角的情况下，通常与高纬度相关的诸如极光的现象可能发生在低得多的纬度上。极光现象与低纬度背景热层和电离层的相互作用也可能不同。此外，极圈与磁极所在的特定纵向扇区相关联，这可能导致电离层热层系统的纵向变化更大。

空气净化器 磁场的方向对电离层很重要，因为电离层等离子体沿着磁力线移动要比跨越它们容易得多。因此，磁场倾斜度的变化会改变等离子体传输的垂直分量，这很可能会影响电离层的关键参数。磁偏角与地理北向之间的夹角的变化也会影响等离子体的传输。

偶极子倾斜角的变化不仅影响高层大气的时间变化，而且影响其空间结构。随着偶极子倾斜度的变化，这种变化与磁坐标到地理坐标的不同映射相关。

焦耳热主要发生在高纬度地区，因为它与磁层驱动的极圈上方强电离层对流有关。当磁极的位置发生变化时，就会发生焦耳热。地磁变化导致焦耳加热的量变化，进而会导致地球温度结构发生变化。磁极位置附近的温度升高，在该位置处焦耳热增加，而在磁极远离的区域中温度降低。不过，在焦耳热增加的相同区域中，温度的升高并不完全相同，这可能是由于地球动态调节和中性风的运输所致。

而中性风的变化会改变大多数温度变化发生的位置。相对于两个半球中焦耳热增加的区域，温度升高的区域向赤道偏东。这是由于赤道风相对较强，西风较弱。

实际上，地球的磁场并不是纯粹的偶极子，当磁场发生变化时，通常变化的是偶极子分量。因此，南磁极和北磁极不一定会连贯运动，因此倾斜可能会局部发生。但是仍然不可忽略这对地球电离层和地球温度结构的影响。

地球磁场的非偶极部分构成了两个半球之间的实质差异。除了北半球和南半球的磁通量密度和模式不同，南极中的不变磁极和地理极之间的偏移也比北极大。科学家使用全局数值模拟研究了这种磁场不对称对高纬度热层和电离层的影响。

尽管磁场的不对成称性对高纬度等离子对流的影响很小，但对中性风循环的影响却很大。北极中的交叉极中性风和离子漂移速度通常大于南极，并且半球差显示出半日变化。北极中的中性风涡度同样比南极中的大，随着太阳活动的增加，中性风的涡度可能变大。相反，南极区中性风的空间变化很大，而北半球显示出很强的半日变化。

离子漂移和中性风强度的半球差异很可能部分是由北极的近极区域中较大的磁通量密度引起的，部分是由北极的不变极和地理极之间的较大偏移引起的，而空间方差的差异可能只是后者造成的，于是乎磁场在强度和方向上都是不对称的。

地球磁场在近地空间环境和高层大气中起着重要作用。通过其扩展的磁层，它起到了屏蔽高能宇宙和太阳粒子通量的作用，同时确定了任何穿过的粒子进入地球高层大气的位置。磁层还与太阳风携带的行星际磁场（IMF）相互作用，并且这种相互作用驱动高纬度电场和高层大气中的等离子体对流，这也导致热层的焦耳热。

这些不对称导致等离子体对流，中性风，总电子含量，离子流出，电离层电流和极光降水的差异。

当太阳风等离子体中的行星际磁场（IMF）具有向南分量时，日间磁层顶上的磁重新连接会改变磁场拓扑，从而使闭合的地面磁场线变为与太阳磁场相连，从而形成极帽。极帽是在两个半球中带有相等数量的开放磁通量的区域。

磁层中的开放磁场线与太阳风相连，被逆向运输，并折成磁尾中的两个所谓的波瓣。在此过程中，太阳风的动能被转换为驻留在波瓣中的磁能，直到夜间的磁重联产生新的封闭磁场线。当这些新闭合的磁场线从高度拉伸的结构中放松时，磁能被转换回动能，并在封闭的磁场线上发生大规模的向阳等离子流。

每个半球的场强和太阳辐照度的差异导致磁层扰动出现不同的电离层表现，如果磁场是对称的，则不可能出现这种情况。