地球空间电场2014分析

空间电场特性及探测技术研究马勉军;雷军刚;李诚;宗朝;李世勋;刘泽;崔阳【摘要】Space electric field is an important parameter in the study of space physics,space weather and space envi-ronment. In this paper,the essential origin and manifestation of space quasi DC and AC electric field in the ionosphere are discussed,and its characteristics offrequency,amplitude and so on are also narrated. Then,it is pointed out that the double probe type of space electric field detection technology is the main method at the present,and the electronic drift type can be used as the verification and the complement of the double probe type. Based on the above,the operational principle, mathematical model,and physical essence of double probe and electronic drift space electric field detection technology are described respectively.%空间电场是研究空间物理、空间天气学和空间环境的重要参量.论述了电离层空间准直流电场和交流电场的本质来源、表现形式及其频率和幅值等特性;指出了双探针式空间电场探测技术是目前主要采用的方法,而电子漂移式可作为对双探针式的验证与补充;在此基础上,阐述了双探针式和电子漂移式空间电场探测原理、数理模型以及物理本质.【期刊名称】《真空与低温》【年(卷),期】2017(023)001【总页数】6页(P25-30)【关键词】空间电场;探测技术;双探针;电子漂移;数理模型【作者】马勉军;雷军刚;李诚;宗朝;李世勋;刘泽;崔阳【作者单位】兰州空间技术物理研究所真空技术与物理重点实验室,兰州 730000;兰州空间技术物理研究所真空技术与物理重点实验室,兰州 730000;兰州空间技术物理研究所真空技术与物理重点实验室,兰州 730000;兰州空间技术物理研究所真空技术与物理重点实验室,兰州 730000;兰州空间技术物理研究所真空技术与物理重点实验室,兰州 730000;兰州空间技术物理研究所真空技术与物理重点实验室,兰州 730000;兰州空间技术物理研究所真空技术与物理重点实验室,兰州 730000【正文语种】中文【中图分类】V419+7空间电场是研究空间物理、空间天气学和空间环境的重要参量。

，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。

«地球空间环境»讲稿第六章高纬电离层现象§6.1 极区F层§6.1.1 F层环流在F层，离子与中性粒子的碰撞频率小于磁旋频率，等离子体沿磁力线运动，因此，磁力线可以看作为等势线。

这样，太阳风横切磁层运动生成的电场可以沿等势的磁力线投影到F层。

对于F层等离子体，由此生成的极盖电场起驱动力的作用。

电场的积分给出横跨极盖的总电势。

这个电势的大小几乎和横跨磁层晨昏侧的总电势相等。

其大小约60kV，对于磁层和电离层的行为特性，这都是一个重要的参数。

很显然,横跨磁层的电势依赖于镶嵌在太阳风中的行星际磁场的磁通量密度B和太阳风速度v的乘积vB。

根据卫星测量结果，发现极盖电势变化服从下列方程，φ = a+bvBsin2(θ/2)（kV）式中θ是从地球看行星际磁场的角度（参见右上图）。

为了确定系数a和b采用了各种方法。

一个典型的结果是，如果用kV作φ的单位，km/s作v的单位和nT作B的单位，观测数据给出a～0和b～0.04。

直至φ达到120kV，上述公式都得到验证，它在高太阳活动和低太阳活动的条件下都成立。

图6.1 高纬等离子体对流。

(a) 不考虑共转效应时的极区对流图像；(b) 同时考虑磁层所致电场和共转时，北半球300km高度上等离子体对流路径示例。

大黑点表示计算路径的出发点。

每一条路径都是等势线，它们的量值在图中已标出。

极盖是中心位于离磁极午夜一侧5︒，半径15︒的园。

极盖电场驱动的等离子体流图非常简单：在极的上空，等离子体直接从中午扇面到午夜扇面流动，如图6.1a所示。

典型的速度是每秒几百米。

在极盖的低纬边缘存在一个回流，在极光卵附近，回流对应于磁层侧面闭合力线的向阳流动。

不过，共转效应应该计入。

共转效应可以方便地用共转电场来代表，结果使流图发生畸变，如图6.1b所示。

计入共转效应后，两个对流单元是不同的，黄昏单元有显著的畸变，在那儿回流和共转作用在相反的方向。

一些场线跟随长而复杂的路径，另一些则可能在一个小的涡流中不断地环流。

地球科学中的地磁场与地电场地球是一个磁化的行星，其磁场分为地磁场和地电场。

地磁场
是地球固有的磁场，由地球核心中的液态外核运动产生的电流引起。

地电场则是由太阳活动、地球电离层和电离层下部的电性变
化引起的电场。

地磁场是地球保护层的重要组成部分，它能够阻挡来自宇宙空
间的带电粒子，形成辐射带，使地球表面的生物得以生存。

地球
磁极是磁场的强度最强的部分，地球有南、北两个磁极，其中南
磁极位于南极洲上方，北磁极在加拿大的关岛附近。

地磁场对人类也有一定的应用，比如在地磁感应导航系统中，
利用地磁场对铁磁体的磁性进行控制，使飞机、火车等交通工具
能够稳定地行驶。

除了地磁场，地球还有地电场。

地电场是由磁场的变化引起的
电场，主要由太阳产生的高能带电粒子与地球磁场相互作用产生。

由于太阳活动的周期性变化，地电场也会随之变化，导致电离层
电流的变化。

地电场同样对人类具有一定应用。

在电力传输方面，地电场是导致电力系统发生故障、引起电磁环境污染的主要原因之一。

在油田勘探和水文地质研究方面，地电场也常常被用作测量工具。

例如，在地下水资源勘探中，我们可以通过分析地电场变化来推断地下水分布情况。

地球科学中的地磁场与地电场是一个复杂而重要的领域，涉及到多学科的知识，包括物理学、地球物理学、空间物理学、气象学等。

随着科技的不断发展，对地磁场和地电场的认识也在不断加深，对人类生产生活的发展起到越来越重要的作用。

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。

近地空间电场中电离层扰动特性分析电离层是大气层中高空区域的电离气体层，它主要由被太阳光子电离的大气分子组成。

电离层是一个普遍的自然物理现象，它对许多方面的无线电通信和导航技术都有着重要的作用。

但是，近年来一些异常现象的出现，如电离层扰动，给这些技术造成了一定的影响。

本文将探讨近地空间电场中电离层扰动的特性分析。

一、电离层扰动的定义和原因所谓电离层扰动，是指电离层中存在一些与平时不同的异常电波传播现象。

具体表现为：电离层中的电子分布不规则，在空间位置上和时间上有很大的变化，使得电波传输过程中被散射、折射、吸收等；导致通信信号质量下降，甚至无法传送或者误差很大。

那么，什么原因会引起电离层扰动呢？主要是以下三个方面：1、太阳活动度的变化。

太阳活动度的变化与电离层的扰动程度具有密切关系。

太阳活动高时（如太阳黑子活动高峰期），大量日冕物质抛射，会使宇宙辐射增强，进而引起电离层内的电离作用加剧、电离程度提高，变得更加复杂和不确定。

与此同时，高能粒子的轰击也可能损坏人造卫星的电子设备。

2、空间天气。

空间天气是指太空中大气层中的物理现象，比如太阳风、太阳辐射、磁层扰动、宇宙射线等。

这些现象能改变大气的化学、热、动力、电学性质和大气层中磁场分布，从而导致电离层的扰动。

3、地球物理活动。

地球物理活动指的是地震、大气爆炸、火山爆发、气象灾害等自然灾害。

这些活动会引起地球内部物质的物理化学性质变化，从而影响附近的电离层活动。

二、电离层扰动的分类电离层扰动的分类主要依据其波动特性，可分为四大类：1、基础电离层扰动。

基础电离层扰动主要表现为频率在2MHz以下的电波传播变化，也称为短波缓变扰动。

这种扰动由太阳辐射、地球磁场和天气变化等因素引起，时间规律明显，对通信影响不大。

2、大范围离子密度不规则扰动。

这种扰动波长通常为数十到数百公里以上，时间约为几分钟到半小时，主要是由等离子体不稳定性引起。

这种扰动对于中短波通信影响不大，但对于短波通信和导航系统影响很大。

大气电场大气电场也称自然电场，是地球环境中存在的一种自然现象，并对地球环境中的植物生长发育以及病虫害发生与发展产生着一种“无形”控制，它是继光、温度、水分、空气、土壤、肥料之后于上世纪九十年代才发现的新要素。

大气电场的形成是由带负电荷的地球和带正电荷的电离层组成的类似于球形电容器产生的，因此，大气电场的方向指向地面，其强度随时间、地点、天气状况和离地面的高度而变。

按天气状况可分为晴天大气电场和讯变大气电场。

图2-18给出了全球大气电过程的球形电容器模型，其中E0为大气电场的电场强度。

图2-18全球大气电过程的球形电容器模型（图片设计：韩大鹏刘滨疆）2.2.4.1 晴天大气电场晴天大气电场为正电场，具有空间分布特征。

其电场强度可随纬度、气溶胶含量、地面高度、局地特点、时间变化而变化。

1）晴天大气电场局地特点与植物的多样性相关大陆上地面晴天大气电场随地点的变化较为复杂，就全球平均而言，电场强度E0在陆地上为120伏/米，在海洋上为130伏/米。

我国广州的大气电场的平均值为87 v·m-1，日较差为11%，而伊宁则为56 v·m-1，日较差为129%，各地区大气电场的不同会导致植物生长变化的多样性。

2）晴天大气电场场强也因时因地而异通常，晴天大气电场随高度增加近似呈指数规律递减的分布特征。

然而，即使在同一时刻，晴天大气电场在不同高度范围内随高度的分布规律也不尽相同，在贴近地面的大气层中，晴天大气电场将受大地电极效应的影响。

由于大地带负电荷，因而在贴近地面的一薄层大气中积累了大量符号相反的正电荷，而且体电荷密度在该气层中很不均匀，具有随高度增加而急剧递减的变化特征，于是该气层中便形成了较强的大气电场。

晴天大气电场受大地电极效应影响而增大1倍的高度分别为1m和5m左右，高度为零处的晴天大气电场为未受大地电极效应影响的晴天大气电场的2.8倍。

根据静电学感应原理，贴近地面的晴天大气电场强度的增加，其植物体表层将感应出更多的荷负电的离子。

大气电场知识点总结导言大气电场是指地球大气中的电场，它是地球大气与地球表面之间存在的一种电势差。

大气电场是大气电动力学的研究对象，它的存在对地球气象环境和天气现象都有重要的影响。

本文将从大气电场的形成机制、影响因素和应用方面进行详细的介绍，希望能够对大气电场有一定的了解。

一、大气电场的形成机制1.电离层的存在地球的大气由不同层次组成，其中最外层是电离层。

电离层是由太阳辐射照射大气分子而产生的自由电子和离子组成的，这些自由电子和离子的存在构成了大气电场的基础。

2.地球与电离层的电势差由于地球表面与电离层之间存在电离层，使得地球表面与电离层之间形成了一定的电势差。

这种电势差会导致大气电场的存在，形成大气电场的基础物理过程。

二、大气电场的影响因素1.太阳活动太阳活动对大气电场有着显著影响，太阳活动的变化会导致电离层电子和离子的丰度变化，从而影响大气电场的强度和分布。

2.地球自转地球的自转也会对大气电场产生影响，地球自转会导致地球表面上任意位置的局部时间和位置的电场强度和方向都会发生变化。

三、大气电场的应用1.气象预报大气电场的存在对天气环境和天气现象都有着一定的影响，因此可以利用大气电场分布的变化来进行天气的预测和预报。

2.电磁波传播由于大气电场会对电磁波传播产生影响，因此可以利用大气电场信息来进行无线电通信和电波传播的预测和优化。

3.大气环境监测大气电场也可以用来监测大气环境的变化情况，如大气中的变化和污染情况等。

总结大气电场是地球大气与地球表面之间存在的一种电势差，它的存在对地球气象环境和天气现象都有着重要的影响。

大气电场的形成机制、影响因素和应用方面都有着广泛的研究和应用价值。

希望通过本文的介绍，可以对大气电场有一定的了解，并且鼓励更多的人们去关注和研究大气电场，为人类社会的发展和进步做出更大的贡献。

地球电场强度
地球表面附近的电场强度约为100V/m。

电场中某一点的电场强度在数值上等于单位电荷在那一点所受的电场力。

试验电荷的电量、体积均应充分小，以便忽略它对电场分布的影响并精确描述各点的电场。

场强是矢量，其方向为正的试验电荷受力的方向，其大小等于单位试验电荷所受的力。

场强的单位是伏/米，1伏/米=1牛/库。

场强的空间分布可以用电场线形象地图示。

电场强度遵从场强叠加原理，即空间总的场强等于各电场单独存在时场强的矢量和，即场强叠加原理是实验规律，它表明各个电场都在独立地起作用，并不因存在其他电场而有所影响。

以上叙述既适用于静电场也适用于有旋电场或由两者构成的普遍电场。

电场强度的叠加遵循矢量合成的平行四边形定则。

电场强度的大小，关系到电工设备中各处绝缘材料的承受能力、导电材料中出现的电流密度、端钮上的电压，以及是否产生电晕、闪络现象等问题，是设计中需考虑的重要物理量之一。

扩展资料：
电场中某点的场强方向规定为放在该点的正电荷受到的静电力方向。

对于真空中静止点电荷q所建立的电场，可以由库仑定律得出。

式中r是电荷q至观察点（或q'）的距离；r是由q指向该观察点的单位矢量，它标明了E的方向
静电场或库仑电场是无旋场，可以引入标量电势φ，而电场强度矢量与电位标量间的关系为负梯度关系
E=-▽γφ
时变磁场产生的电场称为感应电场，是有旋场。

引入矢量磁位A并选择适当规范，可得电场强度与矢量磁位间的关系为时间变化率的负数关系，即
感应电场与库仑电场的合成电场是有源有旋场。

空间电场的原理
空间电场的原理是基于电荷分布在空间中产生电场。

电场是指由电荷引起的周围空间中的物理场。

根据库仑定律，电荷之间的相互作用是通过电场来传递的。

在空间中存在着正电荷和负电荷，它们会相互吸引或者相互排斥。

当电荷分布不均匀时，即存在空间电荷分布不对称的情况时，就会形成电场。

电场的产生是因为正电荷和负电荷之间的电荷作用力，这种作用力是以虚拟粒子——光子作为传递介质进行的。

根据电场的定义，电场强度表示单位正电荷所受到的力，可以用于描述电荷之间的相互作用强度。

如果电荷的分布呈现对称性，那么电场也会具有对称性。

而如果电荷分布不均匀且存在电荷的偏向，那么电场将具有不均匀的分布。

空间电场具有以下特点：
1. 电场强度随着距离电荷的远近而逐渐减弱，符合反比关系。

2. 电场力的作用方向与电荷的正负性相反，即正电荷朝外，负电荷朝内。

空间电场的应用非常广泛。

在电子学领域，空间电场用于制造和控制电子器件，如晶体管和集成电路。

在物理学研究中，空间电场被用来解释静电现象和电动力学现象。

在医学领域，空间电场被应用于神经调控技术，如脑电刺激。

总体来说，空间电场是由电荷分布形成的电场，它描述了电荷
之间的相互作用强度和作用方向。

空间电场的研究和应用对于各个领域的科学和技术发展具有重要意义。

空间物理中的电场与磁场分析研究空间物理是研究地球大气层和外层空间环境的科学，其中电场和磁场是两个重要的研究领域。

电场和磁场在空间物理研究中起着至关重要的作用，对于我们理解宇宙中的物质和能量的运动和相互作用有着重要的意义。

本文将从电场和磁场的基本概念、研究方法和应用领域三个方面进行分析和研究。

首先，电场和磁场是空间物理研究中的两个基本概念。

电场是由电荷引起的一种物理现象，可以通过电势差来描述。

电场有正负之分，正电荷会产生正的电场，而负电荷则会产生负的电场。

磁场是由电流、电荷或者磁矩引起的现象，是磁力的一种表现形式。

磁场由北极和南极组成，它们之间的相互作用会产生磁力。

其次，电场和磁场的研究方法也是空间物理中的重要内容。

在电场研究中，研究人员通常采用电位法和电场测量法。

电位法是通过测量电势差的变化来获得电场的信息，可以通过电势仪、电测仪器等设备进行测量。

而电场测量法是通过实验手段直接测量电场的强弱和方向，常用的方法包括静电场分布观测和电场强度测量。

在磁场研究中，一般采用磁力计、磁强计和磁谱仪等设备来进行测量。

研究人员可以通过这些设备获得电场和磁场的数据，以进一步研究其特性和变化规律。

最后，电场和磁场的研究在多个领域中都有广泛的应用。

在空间物理领域，电场和磁场的研究可以帮助我们了解太阳活动、地球磁层和宇宙射线等现象。

在地球科学领域，电场和磁场的研究有助于我们研究地球的内部结构、地磁活动和地震等现象。

在工程应用中，电场和磁场的研究可用于电力工程、无线通信、雷达和导航系统中。

此外，电场和磁场的研究还在医学领域有重要的应用，如核磁共振成像（MRI）技术就是利用磁场的性质来观测人体内部结构。

综上所述，电场和磁场在空间物理研究中具有重要的地位。

通过电场和磁场的分析研究，我们可以更好地理解宇宙中各种物质和能量的运动和相互作用。

电场和磁场的研究有助于推动科学的发展和技术的进步，为人类的生活和工作提供更多的便利和保障。