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地球空间电场2014分析

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《地球物理场论》课件

《地球物理场论》课件

地热仪：用于测量地热场，了解地球内 部热源分布
电磁波探测仪：用于测量电磁波，了解 地球电磁场变化
遥感仪器：用于测量地球表面特征，了 解地球表面变化
PART FIVE
地震波法：通过地震波传播速度和方向来反演地球内部结构 电磁法：通过测量地球电磁场来反演地球内部结构和地壳构造 重力法：通过测量地球重力场来反演地球内部结构和地壳构造 地热法：通过测量地球内部温度和压力来反演地球内部结构和地壳构造 地磁法：通过测量地球磁场来反演地球内部结构和地壳构造 地壳构造法：通过测量地壳构造来反演地球内部结构和地壳构造
地震层析成像：通过地震波传播速度、振幅等信息， 反演地球内部结构，并形成图像
地震波：通过地震波传播速度和方向，可以推断地下岩石的性 质和结构
地磁：通过地磁异常，可以推断地下岩石的磁性特征和地质构 造
重力：通过重力异常，可以推断地下岩石的密度和地质构造
地热：通过地热异常，可以推断地下TS
PART ONE
PART TWO
地球物理场论是研究地球物理现象的科学 包括地球磁场、重力场、电场、磁场等 研究地球物理场的形成、分布、变化和相互作用 应用于地球科学、地质学、气象学等领域
地球物理场的基本概念和分类 地球物理场的形成和演化 地球物理场的观测和测量方法
电磁波：通过电磁波传播速度和方向，可以推断地下岩石的电 性特征和地质构造
放射性：通过放射性异常，可以推断地下岩石的放射性特征和 地质构造
PART SIX
地球物理场：包括重力场、磁场、电场等 矿产资源勘探：通过地球物理场探测地下矿产资源 应用实例：利用重力场、磁场、电场等探测地下矿产资源 技术方法：包括重力测量、磁法测量、电法测量等 应用效果：提高了矿产资源勘探的准确性和效率 发展趋势：地球物理场在矿产资源勘探中的应用将越来越广泛

地球物理勘探(电法)附答案及部分解析

地球物理勘探(电法)附答案及部分解析

，R=UI ,则为同步变化，不受电流大小影响7.在可控源电磁测深中，反映物性的电磁参数主要是哪个？（B）A. 直立的低阻矿体B. 直立的高阻矿体C. 处于山谷的低阻矿体D. 水平的高阻矿体19. MT中浅部电性不均体主要影响哪个量的测量：(A)A.电场振幅B.电场相位C.磁场振幅D.磁场相位20. 下列条件中，对岩矿石电阻率无影响的是（B）A 岩矿石结构与岩矿石成分B测量装置 C 温度 D 岩矿石的孔隙度21.下列哪些情况可视为远区工作的有（D）A.观测场为平面波B.发收距大于趋肤深度C.CSAMT工作法D.MT工作法22. 下列地球物理勘探方法中，属于电磁法勘探的是（D）A.充电法B.频率测深法C.激发激化法D.对称四极测深法23. 下列条件中，对岩矿石电阻率无影响的是（B）A 岩矿石结构与岩矿石成分B测量装置 C 温度 D 岩矿石的孔隙度三、填空题1.在电法勘探中已被利用的岩（矿）石的电学性质有岩（矿）石的电阻率，极化率，介电性以及介电常数。

2. 目前用于煤田的勘探方法主要包括MT、 AMT、CSAMT以及TEM等3.电法勘探按观测的场所分海洋电法、地面电法、航空电法、以及井下电法。

4.大地电磁测深曲线中，高视电阻率对应低相位。

5.中间梯度法理论上在寻找直立的高阻体和水平的低阻体能产生明显的异常。

6.作为边界条件，在两种岩石分界面上，连续的参数有电流密度的法向分量及电场的法向分量。

7. 自然电场法的测量方式有电位梯度测量、电位观测法以及追索等位线。

四、简答题1、瞬变电磁勘探存在一个最小勘探深度，即盲区，为什么？因为无论是发送线圈还是接收线圈，自身有一个过渡过程，在激励关断瞬间，接收线圈接收到的信号既有地下电磁感应信号，又有线圈本身的自感及发送线圈的自感信号，在早期，自感信号大于感应信号。

第 4 页共6 页这个点采集时间需要1/0.0001，也就是10000s，但是半分钟不可能得到如此低频的数据；2.“通过软件直接反演电道磁道数据而无需阻抗数据”不合理，对于人工源，我们是可以知道频谱的，但是对于天然源，我们是无法知晓的，因此天然源只能反应阻抗差，不能直接反演电道磁道数据。

(好题)高中物理必修三第九章《静电场及其应用》测试卷(含答案解析)

(好题)高中物理必修三第九章《静电场及其应用》测试卷(含答案解析)

一、选择题1．(0分)[ID ：125588]有关电场的理解，下述正确的是（ ）A ．电场强度的方向就是放入电场中电荷所受电场力的方向，且其大小F E q =B ．只有当电场中存在试探电荷时，电荷周围才出现电场这种特殊的物质，才存在电场强度C ．由公式2kQ E r =可知，在离带电体很近时，r 接近于零，电场强度达无穷大 D ．电场强度是反映电场本身特性的物理量，与是否存在试探电荷无关2．(0分)[ID ：125576]均匀带电的球壳在球外空间产生的电场等效于电荷集中于球心处产生的电场。

如图所示，半球面AB 上均匀分布着正电荷，总电荷量为q ，球面半径为R CD ，为通过半球顶点与球心O 的直线，在直线上有M N 、两点，2OM ON R ==。

已知N 点的场强大小为E ，静电力常量为k ，则M 点的场强大小为（ ）A ．22kq E R -B ．24kq RC ．24kq E R -D ．24kqE R+ 3．(0分)[ID ：125569]如图，某位置Q 固定一带正电的点电荷，A 、B 、C 是斜而上间距相等的三个点，Q 、B 连线垂直于斜面，在A 点无初速度释放一带有恒定电荷的小物块，已知小物块沿绝缘的斜面运动到C 点时停下。

下列说法正确的是（ ）A ．小物块一定带正电B ．小物块运动过程，电势能先增大后减小C ．小物块运动过程经过B 点时的滑动摩擦力最大D ．小物块从B 点运动到C 点过程机械能不断减少4．(0分)[ID ：125558]关于电场线，以下正确的说法是（ ）A ．电场线是实际存在的曲线，人们通过实验把它们找出来B ．电场线在任一点的切线方向，就是电荷在该点所受电场力的方向C ．电场线与电荷的移动轨迹是一致的D ．电场线有起点和终点，不是一条闭合的曲线5．(0分)[ID ：125557]如图所示，当一个金属球A 靠近一个带正电的验电器上的的金属小球B时，验电器中金属箔片的张角增大，下列关于A的带电情况判断正确的是（）A．可能不带电B．一定带正电C．可能带正电D．一定带负电6．(0分)[ID：125556]关于电场线的下列说法中正确的是（）A．电场线上每点的切线方向都跟该点的场强方向一致B．电场线就是电荷在电场中的轨迹线C．在电场中电场线密集的地方场强小D．点电荷电场在同一平面内的电场线是以点电荷为中心的一簇同心圆7．(0分)[ID：125541]为探测地球表面某空间存在的匀强电场电场强度E的大小，某同学用绝缘细线将质量为m、带电量为+q的金属球悬于O点，如图所示，稳定后，细线与竖直方向的夹角60θ=︒；再用另一完全相同的不带电金属球与该球接触后移开，再次稳定后，细线与竖直方向的夹角变为30α=︒、重力加速度为g，则该匀强电场的电场强度E大小为（）A．3E=B．mgqE=C．3mgE=D．3mgE=8．(0分)[ID：125540]把试探电荷q放在某电场中的A点，测得它受到的电场力为F；再把它放到B点，测得它所受的电场力为nF。

(J-2014-电自)海上风电场MMC_HVDC并网系统暂态行为分析

(J-2014-电自)海上风电场MMC_HVDC并网系统暂态行为分析
随wfmmc直流电压的上升并保持稳定风电场集电系统交流电压也随之升高风电场有功功率输出增加全功率换流器直流电压下降最终达到稳mmchvdc发生正极直流接地故障时负极直流电压会降到200kv对设备系统的绝缘提出了很高的要求因此在发生正极直流接地故障时海上风电场mmchvdc系统已无法继续运行需要退出运行进行相应检修消除故障后才可投入运结语本文对基于frcpmsg对海上风电场通过mmchvdc并网进行研究提出wfmmc通过双维度单环直接控制集电系统电压的方法分别针对风速变化风电场集电系统故障电网故障mmchvdc直流单极接地故障等几种情况进行暂态特性分析
第 ３８卷 第 １２ 期 ２０１４年 ６ 月 ２５ 日
ＤＯＩ：１０．７５００／ＡＥＰＳ２０１３０６２４０１６
Ｖｏｌ．３８ Ｎｏ．１２ Ｊｕｎｅ ２５，２０１４
海上风电场 ＭＭＣ－ＨＶＤＣ 并网系统暂态行为分析
陈 鹤 林 ，徐 政 ，唐 庚 ，薛 英 林
（浙江大学电气工程学院，浙江省杭州市 ３１００２７）
角 频 率 ，即 风 电 场 集 电 系 统 交 流 母 线 电 压 角 频 率 。
根据 该 换 流 站 的 暂 态 数 学 模 型，可 以 进 一 步 推
导出 ＷＦＭＭＣ 换流站 对 于 海 上 风 电 场 集 电 系 统 母 线交 流 电 压 的 控 制 方 式，即 通 过 控 制 ＷＦＭＭＣ 换 流阀侧交流电压来达到稳定海上风电场集电系统母 线 交 流 电 压 的 目 的 ，具 体 控 制 器 为 ：
ＰＳ（ｔ）＝
３ ２Байду номын сангаас
（ｖＭｔ ｄ
（ｔ）ｉＭｄ
（ｔ）＋ｖＭｔｑ（ｔ）ｉＭｑ（ｔ））
（６）
ＱＳ（ｔ）＝
３ ２
（－ｖＭｔ ｄ

空间环境物理学研究的综合实验

空间环境物理学研究的综合实验

空间环境物理学研究的综合实验在如今科技高速发展的时代，人类对宇宙的探索和研究愈发深入。

空间环境物理学即是其中之一。

空间环境物理学涉及的范畴广泛，主要研究地球周围的空间环境及其变化，这些变化对地球环境的影响，以及地球的磁场、电场、卫星通信等方面的物理性质。

为了深入了解这些变化及其对地球环境的影响，科学家们需要通过实验来验证和分析。

本文将介绍关于空间环境物理学研究的综合实验。

一、综合实验的概括综合实验通常被定义为通过实验室、模拟、数值实验等多种方式，对一个工程、技术或科学领域中的问题进行分析和验证的方法。

在空间环境物理学中，综合实验也是一种重要的研究手段，可以模拟和验证空间环境及其对地球环境的影响。

综合实验可以分为三种类型：实验室实验、模拟实验、数值模拟。

实验室实验主要是在实验室里直接进行基础科学实验，如磁场、电场、辐射等，来验证某个假说是否正确。

模拟实验则是通过一些简单的设备，将某种环境模拟出来，以便实验人员能够在某种环境下进行测试。

数值模拟则是用计算机来模拟空间环境的各种物理过程，以分析和探究某些现象的发生机理。

二、空间环境物理学综合实验研究作为研究地球周围空间环境的学科，空间环境物理学综合实验的研究范畴也相对较广。

本文从以下几个角度来逐步展开讨论：1. 空间环境对地球的影响地球的磁场、电场、辐射环境等都受到外界空间环境的影响，空间环境物理学研究正是从这些影响入手。

经过一系列实验，科学家们发现，太阳活动周期的改变会对地球的电离层和磁层产生巨大的影响。

由于高能粒子的作用，对卫星和人造飞行器电子设备都会造成损害。

此外，地球磁场的变化还会对人类生活造成一定的影响。

因此，了解空间环境对地球的影响，对于人类的生活和科学研究至关重要。

2. 实验室实验在空间环境物理学研究中，实验室实验是最常见的一种方法。

科学家们可以在实验室中通过恒定电场和磁场等条件下，进行磁场、电场、辐射环境等方面的实验研究。

此外，在实验室中还可以进行对流层和电离层的基础科学研究。

《2014年风能太阳能资源年景公报》（风资源部分）

《2014年风能太阳能资源年景公报》（风资源部分）

《2014年风能太阳能资源年景公报》（风资源部分）2014年，全国地面10米高度年平均风速较近10年平均风速(2004-2013年)偏小3.8%，为近10年来各年平均风速的最小年份;全国陆面70m高度年平均风速约5.5m/s，年平均风功率密度约为219.6W/m2，除了新疆中西部、青藏高原等地区外，多数地区比常年偏小。

冷空气频次偏少、强度偏弱是全国平均风速偏小的主要原因。

一风能资源(一)10m高度年平均风速利用全国气象台站2004-2014年地面观测资料，统计分析2014年我国陆地10米高度的风速特征，得到以下结论：2014年，全国地面10米高度年平均风速较近10年(2004-2013年)均值偏小3.8%，是2004年以来的年平均风速最小值(图1)。

与各省(区、市)近10年平均风速相比(图2)，2014年有16个省(区、市)年平均风速偏小5%以上，其中华东沿海省(区、市)和宁夏偏小达10%左右;偏大的区域主要集中在我国西南地区、青藏高原和新疆地区，新疆和云南略偏大，西藏、重庆则显著偏大，其中西藏总体平均偏大达16%。

(二)70m高度风能资源依据中国气象局风能太阳能资源中心最新发布的“全国风能资源高分辨率数值模拟数据(2014)”给出的我国近30年风能资源评估成果，采用全国风能资源专业观测网2014年测风塔观测数据，利用格点化统计订正技术，得到2014年全国陆地70m高度层水平分辨率1km×1km的风能资源数据，用于评估2014年全国陆地70m高度层的风能资源年景。

1、 70m高度风能资源的地域分布2014年，风速和风功率密度地区差异大(图3)，各省(区、市)陆面70m高度平均风速在3.7m/s 至6.5m/s之间，平均风功率密度在65.9W/m2至324.6W/m2之间。

有14个省(区、市)年平均风速超过5.0m/s;有13个省(区、市)年平均风功率密度超过150W/m2，其中8个省(区、市)年平均风功率密度超过200W/m2;内蒙古、西藏全区年平均风速达6.4m/s，但只有内蒙古的全区年平均风功率密度超过300W/m2，新疆和西藏的全区年平均风功率密度也超过了250W/m2，为2014年我国风能资源的大值区;有18个省(区、市)年平均风功率密度小于150W/m2，其中，福建、重庆湖南、湖北等4省(区、市)年平均风功率密度小于100W/m2，为2014年我国风能资源的小值区。

空间环境第三章

第三章地球空间中的磁场和电场§3.1 空间磁场近地空间磁场，大致像一个均匀磁化球的磁场，它延伸到地球周围很远的空间。

在太阳风的作用下，地球磁场位形改变，向阳面被压缩，背阳面向后伸长到很远的地方。

地磁场存在的空间就是磁层。

磁层处于行星际磁场的包围之中，并受其控制。

地球磁层以内的空间磁场和太阳与地球之间的行星际磁场是本章描述的内容。

近地空间磁场是地球空间环境的重要参量之一。

空间磁场对地球空间环境的影响主要表现在两个方面：对带电粒子运动的影响和对电磁波传播的影响。

在宇航工程应用方面，对航天器的主要影响是作用在航天器上的磁干扰力矩，它会改变航天器的姿态。

当航天器有剩余磁矩或有包围一定面积的回路电流时，会受到磁力矩的作用而改变姿态；具有导电回路的自旋卫星在磁场中旋转时，回路中会产生感应电流，地磁场对感应电流的作用会使卫星消旋。

在低地球轨道，由于磁场较强，磁干扰力矩有时可与大气动力矩及重力梯度力矩相比，往往不可忽视。

但是，磁性物质或电流回路在地磁场中受到磁干扰力矩的原理对于宇航工程也有有利的一面，它使我们可以用来控制航天器姿态。

此外，在几个地球半径以内，磁场方向几乎是一定的，因此可以用它来定向。

火箭和各种航天器上安装磁强计，利用地磁场方向确定姿态已经有几十年的历史。

磁层中大部分气体处于电离状态，地球空间磁场及其扰动对电离气体的分布及其行为常常有决定性影响并起控制作用。

例如，等离子体的分区边界几乎都是磁力线相重合的。

大气、宇宙线、太阳质子、辐射带、空间等离子体等重要航天环境参量均有明显的磁暴或亚暴效应。

磁暴发生期间，人造卫星工作异常事件明显增多，磁暴还会使供电系统的电压和频率发生偏离，造成供电系统工作异常，在极端情况下地磁感应电流会导致供电中断；磁暴还会使电离层电子浓度变化并引起无线通信中断。

磁场的变化灵敏地反映近地空间环境的变化，它是近地空间环境状态的重要指标。

行星际磁场虽然很小，但对整个磁层状态起控制作用。

地球空间电场2014分析


地球外层空间中 电场的特征
❖ 地球空间中的极化电场
电离层极化电场主要由电离层发电机产生。原理如下： 在 80 至 160km 高度之间，由于太阳辐射电离的作用，白天存 在一个平行于地表的良导电层。垂直于磁力线的电流只能在 这个平行于地表的导电层中流动。考虑磁赤道附近的情况， 地磁场和垂直于地磁场的电场如果都平行于这个导电层，则 产生的电流垂直于这个导电层。在这个导电层之下是电绝缘 的中性大气，不能形成电流回路。因此，垂直于这个导电层 的电流将在导电层的上下界面积累电荷，从而产生极化电场。 平衡时，极化电场使得垂直导电层的总电流为零。
电流密度 j 表征空间电流，电导率 表征地球空间介质的导电性能。
电流密度与电导率一起，通过欧姆定律， j E ，也能表征空间电场。 带电粒子密度是描述空间环境电特性的一种关联参量，通过带电粒子间及带电 粒子与中性大气分子间的碰撞，它决定空间介质的电导率。 下面主要讨论电场强度、电流密度和电导率的有关性质。
黎明指向黄昏的电场，通常称作晨昏电场。其值为，ET V B / B2 ， 因为这一电场驱动着电离层和磁层等离子体的对流运动，通常称作
对流电场。
对流电场的大小随太阳风的速度和行星际磁场的变化而变化。 在磁静日和磁扰日，对流电场分别可取为，
Eo (静日) 0.4mV / m 2.6 kV / RE Eo (扰日) 1.0mV / m 6.4 kV / RE
B
/
t
0使
E
0
，因此，
E
为静电场，存在
•
位势， E V B
上式表明，等离子体漂移速度V
与磁场
B
均在等位面内，而电场沿
等位面的法线方向。
❖ 磁层中的大尺度电场

地球物理勘探重点总结

电法勘探概念：电法勘探是根据岩石和矿石导电性的差异，在地面上不断改变供电电极和测置电极的位置，观测和研究所供直流电场在地下介质中的分布，了解测点电阻率沿深度的变化，达到测深、找矿和解决其他地质问题的目的场源稳定电流场：点电源电场、两异极性点电源电场、偶极子源电场。

变化电流场：电磁场装置类型：对称四极、三极、偶极计算的电阻率，不是某一岩层的真电阻率，而是在电场分布范围内、各种岩石电阻率综综合影响的结果。

我们称其为视电阻率，并用ρs来表示:)1.3.5(IUK MNs∆=ρ高密度电阻率法的测量过程高密度电法野外工作方法:1）测区的选择和测网的布设2）装置形式及参数的选择a装置的选择b极距的确定c测点的分布高密度电法工作原理：高密度电阻率法是集测深和剖面法于一体的一种多装置、多极距的组合方法，它具有一次布极即可进行多装置数据采集以及通过求取比值参数而能突出异常信息的特点。

自然电场：由地球表层内矿体、地下水和各种水系间的物理化学作用产生的电场。

自然电场的形成原因:氧化还原：地下水溶液与矿石间的电化学作用。

过滤作用（吸附）：地下水的渗流和过滤作用。

接触扩散：矿化溶液的离子在岩石交界面上的扩散和岩石骨架对离子的吸附作用。

自然电场分类:1、电化学活动形成的自然电场2、过滤电场3、扩散电场激发极化法（简称激电法）是以不同岩、矿石激电效应之差异为物质基础，通过观测和研究大地激电效应，来探查地下地质情况的一种分支电法。

电子导体的激发极化机理电子导体（包括大多数金属矿和石墨及其矿化岩石）的激发极化机理一般认为是由于电子导体与其周围溶液的界面上发生过电位差的结果。

离子导体的激发极化机理双电层形变形成激发极化的速度和放电的快慢，决定于离子沿颗粒表面移动的速度和路径长短，因而较大的岩石颗粒将有较大的时间常数（即充电和放电较慢）。

这是用激电法寻找地下含水层的物性基础。

充电法：是以岩石电阻率为基础的一种直流电法勘探，根据充电体与围岩电性差异，向充电矿体充电，使充电体变为一等位体或似等位体，研究充电体和其周围电场分布特征，从而解决充电体的形状、大小和产状等地质问题充电法原理:充电法是在被勘探的矿体上或其它良导电性地质体的天然或人工露头接上供电电极（A）进行充电（用直流电源，也可用交流电源），另一供电电极(B)置于远离充电体的地方。

地球电场地球带负电还是正电[宝典]

地球电场地球带负电还是正电[宝典] 地球电场地球带负电还是正电可以这么理解，太阳带正电，所以地球带负电。

太阳系是个原子，太阳是原子核带正电，地球是电子带负电。

根据大气电现象的探测，从静电角度来看，地球和大气近似形成一个漏电的球状电容器。

由大气电测量表明:接近地球表面的电场是垂直指向地球表面，在晴天情况下，其数值约为 E=100V/m，而地球表面上的电荷密度-8.85×10-10C/m2，由此可计算得知，地球表面上携带总负电荷量为4.51×105C，大气的电流密度约为-3×10-12 A/m2。

总电流约为1350安培，大气中消耗的总电功率P=5.2亿瓦。

地面上空频繁的雷电把负电荷带到地球上，维持地面的总负电量不变。

雷雨云的上部一般带正电，下部带负电，云地间放电时，给地球带来负电，据估计在全球范围内，平均每秒约100次雷电，保持地面负电荷的稳定性。

值得指出的是大气电场强度的迅速变化可引起植物的生理生化变化，进而促进作物的生长。

自然界中的植物生长以及病害的发生频度原来还要受到大气电场的控制。

地电是地球内部不稳定的自然电流，在地震发生前会有重大变化。

这可以通过电阻率、自然电位和地电流的观测来研究。

比如在地下相距几十米到百米远的地方，埋放两个铅板，再用导线分别连接到电流表(毫安表)或电压表(毫伏表)的两端，就能从表头上观察到指针的日变化、年变化特征，这种方法是不需外加任何人工电源。

地球经常吸收太阳射来的质子，质子带着正电，所以地球整体应带着正电，我们还知道，地球内部的温度很高，并且是越向中心靠近温度越高，可是还有一个现象鲜为人知，地球内部带着正电，越靠近中心带电量越大，由于地球内部温度约 4000~5000 ?，地球内部带着正电，越靠近中心带电量越大。

整个地球由于自转使正负电荷分开，正电荷分布在地核，负电荷分布在地表，进而在外层产生一个环形电流，电流方向自东向西(电流方向与负电荷运动方向相反)，由此产生了由南相北的地磁。

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1、按照泊松方程，
r E
/
o
，积累的电荷能产生静电场或势场。电荷
积累产生的电场称作极化电场。
2、时变磁场，能产生有旋电场，
r E
r B
/
t
。这种电场称作感应电场。
地球空间环境中还有几种特殊形式的电场。 沿磁力线映射(mapping)产生的电场称作映射电场或投影电场； 引起全球尺度等离子体对流运动的电场称作对流电场； 由于大气的粘性传输作用，地球空间等离子体是与地球共转的。在相对 太阳静止的参照系中测量电场，除对流电场外，还有由于地球自转所引 起的电场，称作旋转电场或共转电场。
➢ 等离子层的电场
环电流在等离子体层顶产生极化电场。其过程是，环电流中的离子 比电子能更深地穿透进等离子体层的内部，从而形成电荷偶极层， 这个电荷偶极层产生极化电场。 等离子体层内的电场有两个源。一是由等离子体层之上的磁层对流 电场向下映射所致，二是由电离层发电机电场向上映射所致。所以， 等离子体层中电场变化很大，尤其是在地磁活动强的时期变化更 大。 ISEE-1 卫星运行在 L=2～6 高度上，1 年观测资料表明，电场的平 均幅度在赤道为 0.2～0.8mV/m。在磁活动剧烈、磁层对流电场成 为主要源时，幅度达 1mV/m，有时可达 2mV/m。
下面主要讨论电场强度、电流密度和电导率的有关性质。
❖ 地球空间电场的源
在地球空间中，产生大尺度、准稳态电场主要的来源有三个， 即：
雷暴电源； 电离层发电机； 磁层顶发电机。 ➢ 雷暴 雷暴是由于地面吸收了大阳光辐射后增温，造成近地面大气 强对流所产生。全球雷暴活动在电离层与地面之间维持 300kV 左右的电位差，约 103 A 的大气垂直电流总量。
击； ➢ 航天器在轨运行期间，防高压充电和高压放电等。
❖ 空间静电环境的特征参量
地球空间内部和外部的电源在地球空间产生空间电场，有时还产生空间电流。 地球空间静电环境，一般可用以下四个参量来描述：
电场强度、电流密度、电导率和带电粒子密度。
电场强度表征空间静电场，是空间电环境最有代表性的参量。由于电位与电场
中性大气中电场的特征
❖ 近地表大气中的电场
大地电极效应对近地表的大气中的电场有显著的影响。 观测表明地表附近存在垂直向下的近地面大气电场。 近地表大气中，体电荷密度分布很不均匀，具有随高度 增加而急剧递减的特征。因此，在近地面大气中的大气 电场，分布不规则，其梯度比较大。 观测表明，平均而言，晴天大气电场随高度指数减少， 而随纬度递增。
地球空间电场
空间电场对空间环境的影响
无论从空间物理和空间环境的基础研究，还是从航天工程应用 的角度看，地球空间电场都是一种重要的空间环境参量。 地球空间电环境研究的重要课题包括： ➢ 在空间等离子体中，电场的形成和时空演化及其效应； ➢ 空间环境中，电流和电导率的时空变化及其效应； ➢ 航天器发射升空和回收着陆期间，防自然雷击与诱发雷
直接关联，很多情况下，空间电场可看作势场，这时，空间电场用电势来表示，
r E
，单位是
V/m。
电流密度
r j
表征空间电流，电导率
表征地球空间介质的导电性能。
电流密度与电导率一起，通过欧姆定律，
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，也能表征空间电场。
带电粒子密度是描述空间环境电特性的一种关联参量，通过带电粒子间及带电 粒子与中性大气分子间的碰撞，它决定空间介质的电导率。
➢ 磁层顶发电机 磁层顶发电机是由太阳风驱动的。它产生南北极盖区的晨-昏向 水平电压降，幅度为 30～150kV，在磁层与电离层间产生约 106 A 的电流。磁层顶发电机电场可以几乎无衰耗地通过磁力线而映射 到电离层高度，形成极区电离层电场。
❖ 空间电场的分类
根据麦克斯韦电磁方程组，产生电场的源共有两种：
❖ 平流层大气中的电场
平流层中，大气电场随高度呈较好的指数递减，基本上 不随纬度变化，即不同纬度的电场高度剖面基本一样。 测量表明，尽管纬度相差较大，平流层垂直电场剖面仍 然相当符合。 平流层中大气垂直电场依然受地形影响。 在中纬平流层中，三维电场测量发现，水平电场矢量呈 现半日顺时针旋转，而不是周日变化。
地球外层空间中 电场的特征
❖ 地球空间中的极化电场
电离层极化电场主要由电离层发电机产生。原理如下： 在 80 至 160km 高度之间，由于太阳辐射电离的作用，白天存 在一个平行于地表的良导电层。垂直于磁力线的电流只能在 这个平行于地表的导电层中流动。考虑磁赤道附近的情况， 地磁场和垂直于地磁场的电场如果都平行于这个导电层，则 产生的电流垂直于这个导电层。在这个导电层之下是电绝缘 的中性大气，不能形成电流回路。因此，垂直于这个导电层 的电流将在导电层的上下界面积累电荷，从而产生极化电场。 平衡时，极化电场使得垂直导电层的总电流为零。
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➢ 电离层发电机 电离层发电机主要由潮汐运动(在 E 层)和热层风(在 F 层)驱动， 白天主要在电离层 E 层中产生电场，晚上主要在 F 层中产生电场。 其高度范围约 100～300km，能在 1000km 量级的大尺度范围内产 生幅度约 5～10kV 的水平电位差，总的水平电流约 105 A。
白天中纬电离层计算的电导率高度分布
在中纬电离层中和在中午时段，计算的电导率高度分布如上图所 示。注意，Hall 电导率和 Pederson 电导率的峰值出现在电离层 E 区，纵向电导率随高度上升而不断增大，达到很大的量值。
在电离层发电机区，风场(潮汐风和热层风)是发电机的驱动 力。它们驱动带电粒子运动，生成电场和电流。潮汐风场所 产生的的电场是极化电场。 大尺度风场，如潮汐风场，产生大尺度电流，即 Sq 电流。小 尺度风场即局地风场则产生局地电流。 最有代表性的局地电流结构是赤道电集流和极光电集流。 在印度上空测量得到，对于 5%的电子密度波动，赤道电集流 中电场强度的幅度可达 20mV/m。 理论上，根据热层大气环流的风场可以计算电离层发电机所 产生的电离层电位、电场和电流。
❖ 中层大气中的电场
中层大气电场主要来源于电离层电位和中性大气内部自身的电源， 中层大气内自身的电源主要是雷暴。 电离层电位对全球大气电场的控制作用非常明显。电离层电位垂直 向下几乎可以无衰减地穿透到中层大气。 因为大气电导率向下越来越小，所以电离层大尺度水平电场更容易 垂直向下穿透，100～1000km 大尺度水平电场可以很有效地一直穿 透到地面。1～10km 小尺度水平电场在向下穿透时很快被阻尼损耗 掉。 太阳风/磁层发电机映射到电离层后进一步向下穿透，使高纬的气地电流和地面电场产生约20%的扰动。