天然电磁场特点

发布网友发布时间：2022-04-23 13:38

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热心网友时间：2023-09-24 15:10

在很大地区范围内观测到的地球天然交变电磁场称为大地电磁场。它是以地球的电场和磁场分量的变化形式表现出来的。电场部分与称为大地电流的地球区域电流的存在有关,而磁场部分与地磁变化或大地电流的变化特点有关。

关于大地电磁场的起源问题目前研究得还不够充分。但是,多数人认为它是一种宇宙现象。根据这一认识,一次场源是由太阳微粒辐射（太阳风）作用下形成的地球磁层和电离层的变化形成的。太阳风的微粒辐射流具有相当高的导电能力,所以地球的正常偶极磁场不能穿过它而受到畸变（图3-9）。在导电的电离层中形成很强且变化迅速的电流。这些电流主要集中在靠近地极70°纬度带附近,即大地电磁场的场源位于100km左右的高空处,在地球表面上的有限区域内可视为似平面波。这种平面电磁波在铅直方向上穿透地层过程中,在导电地层内激发出涡旋电流,其传播深度主要依赖于振动频率或者场的变化周期。

图3-9 地球磁层结构

1—地球偶极磁场磁力线；2—地磁场磁力线；3—磁层界线；4—过渡带；5—太阳风带

除与宇宙现象有关的低频场外,在地球上还有相对高频（3～1000Hz）的电磁场。其源可能是由工业漏电、超长波无线电台、大气电现象及地磁场的变化形成的。然而,这一频段电磁场主要来源于雷电现象。以闪电形式的放电是典型的大功率电偶极子源。观测表明,每一秒钟向地球冲击100个左右的闪电。故雷电的电磁场实际上可认为是连续的,其电磁场的强度主要依赖于放电中心的位置及电磁场传播条件的变化。

对大地电流场频谱的多年观测结果表明,其中含有多种不同频率的振动成分。场强变化与频率的关系如图3-10所示。可见频率为1Hz的变化具有最小的振幅,向高、低频段振幅均明显增加。一般认为频率低于1Hz的大地电磁场主要来源于太阳风有关的电磁场。其中,短周期振动的强度除昼夜变化外,还与季节和太阳活动状态有关。大地电磁场的最大振幅一般出现在夏季。在中纬度地区,大地电流振幅一般不超过几毫伏每千米,而磁场振幅为10^－3～10^－1A/m。

图3-10 天然电磁场振幅与频率关系

由于大地电磁场场源主要来自远离地面的电离层,在相当大的范围内大地电磁场的振幅、频率都是相似的,所以具有对比性。图3-11是西西里岛与撒哈拉两地同时测出的大地电磁场曲线。由图可见,尽管两地相距约2000km,但其大地电磁场的特性相似,所以说,大地电磁场在几百平方千米或更大的范围内,振幅、频率均保持一定,且能够同时相互对比,即具有对比性的特点。

图3-11 大地电磁场的特性