電離層電場與電流

電離層電場與電流1.電離層電流的重要性和特點2.Sq的形態(tài)學特征和發(fā)電機理論4.L的形態(tài)學特征和發(fā)電機理論5.高緯度地磁變更和電流體系全部材料由徐文耀教授供應(yīng)，誠意感謝徐教授的支持！1.電離層電流與電場的重要性和特點重要性：電離層電流最接近地面（90-150公里高度），是大多數(shù)地面地磁變更的干脆緣由。主要電流：(1)電離層發(fā)電機電流產(chǎn)生了Sq和L；(2)場向電流注入電離層，驅(qū)動西向和東向極光帶電集流，形成亞暴；(3)赤道電集流產(chǎn)生“洪伽約現(xiàn)象”，它起源于赤道特殊的磁場位形。電離層特點（與磁層比較）（1）密度大，粒子自由程小，碰撞效應(yīng)不行忽視（而磁層是無碰撞等離子體），碰撞引起動量傳輸，于是電導(dǎo)率和焦耳加熱就有意義了。（2）中性粒子占優(yōu)勢，所以，帶電粒子與中性粒子的碰撞是主要的。中性風對電離層等離子體的運動起著限制作用。反之，離子曳力對中性風也有重要作用。（3）因地磁場存在而呈現(xiàn)各向異性，其程度和表現(xiàn)隨高度而變，所以，同樣的電場在不同高度引起的電流體系有很大差異。

（4）耦合困難，上面通過場向電流與磁層耦合，下面通過動力學和熱力學過程與中層大氣耦合，中間與熱層耦合。考慮到這些特點，探討電離層問題須要運用廣義歐姆定律和電導(dǎo)率張量。廣義歐姆定律歐姆定律描述電流、電場和電導(dǎo)率的關(guān)系。（1）電離層是磁化等離子體，電流不確定沿電場方向流淌，因而標量電導(dǎo)率需代之以張量電導(dǎo)率。（2）電離層介質(zhì)處于運動狀態(tài)，因此，除了因電荷積累而產(chǎn)生的靜電場外，導(dǎo)電介質(zhì)在磁場中運動會產(chǎn)生感應(yīng)電場。為此，必需把簡潔歐姆定律擴展為MHD流體中的廣義歐姆定律

兩個重要因素：電場和電導(dǎo)率廣義歐姆定律考慮等離子體中的靜電場和感應(yīng)電場，廣義歐姆定律可寫成

zxy電離層電導(dǎo)率電離層電導(dǎo)率和層電導(dǎo)率

zxy皮德森電導(dǎo)率

霍爾電導(dǎo)率平行電導(dǎo)率

確定電離層電導(dǎo)率的5個因素粒子密度n——測量粒子電荷q——測量磁場B——偶極子模型有效碰撞頻率——用測量值計算回旋頻率——計算電離層電子密度的底部和頂部探測反射頻率等離子體頻率等離子體密度電離層成分的火箭衛(wèi)星和遙感測定中性成分密度大的多E層主要成分是O2和NO離子F1F2層主要成分是O離子圖6.23中緯度夏季正午電離層電導(dǎo)率的高度變化層電導(dǎo)率電離層的異樣結(jié)構(gòu)之一

赤道電集流和極光帶電集流N赤道電集流柯林電導(dǎo)率B極光帶電集流和場向電流BB在電導(dǎo)率增大的通道內(nèi)（極光帶），初始西向電場驅(qū)動北向Hall電流，該電流在高導(dǎo)通道北邊緣積累正電荷，南部邊緣積累負電荷。這些電荷一部分被場向電流帶走，剩余部分產(chǎn)生南向極化電場，驅(qū)動南向極化電流，它和沒有與場向電流構(gòu)成回路的那一部分電流抵消。由初始電場和二次極化電場產(chǎn)生的西向電流迭加在一起，形成了強大的西向Cowling電流。電離層的異樣結(jié)構(gòu)之二

噴泉效應(yīng)和赤道電離層異樣電離層發(fā)電機區(qū)的高度范圍由于磁力線一般并不垂直于電離層，所以須要由和計算出沿電離層面的水平電導(dǎo)率：柯林電導(dǎo)率2.Sq的形態(tài)學特征和發(fā)電機理論

單臺Sq的形態(tài)和付氏分析Sq的緯度特點3個臺站Sq的年變更Sq三要素強度的緯度-LT分布Sq電流體系示意圖Sq電流體系的季節(jié)變更3月6月9月12月不同作者的結(jié)果ChapmanandBartelsSugiuraandHeppner1965Matsushita1967Matsushita19694個低緯臺站的H太陽日變更曲線——洪伽約現(xiàn)象磁緯5度以內(nèi)的3個臺站磁緯大于5度的3個臺站極區(qū)Sq電流體系與全球電流的關(guān)系Sq內(nèi)外源電流體系內(nèi)外源電流焦點在一天中的變更二維電離層的廣義歐姆定律

Sq的發(fā)電機理論假定電離層上下表面沒有電流進或流出，則有電流連續(xù)方程滿足連續(xù)方程的電流函數(shù)是其重量形式是已知電導(dǎo)率、運動速度和磁場，可以在給定邊界條件下求解上面發(fā)電機方程，得到電流函數(shù)和靜電位

兩種解法：

（1）用電流函數(shù)表示的發(fā)電機方程電離層有效電阻率（2）用靜電位表示的發(fā)電機方程

Sq發(fā)電機電流

對Sq貢獻最大的潮汐風重量是(1，-1)模，哈夫函數(shù)可以用締合勒讓德函數(shù)表示S(1，-1)模發(fā)電機電流體系(a)、電流矢量(b)、靜電場(c)和總電場(d)3、L的形態(tài)學特征和發(fā)電機機制用100個地磁臺反演的L等效電流體系L的發(fā)電機機制對L貢獻最大的潮汐風重量是(2，2)模L(2,2)太陰時09時發(fā)散太陰時15時匯聚21時發(fā)散03時匯聚從地面磁場得到的L等效電流體系(左)與發(fā)電機電流體系(右)的比較不同作者的結(jié)果ChapmanMatshushitaandXu19844、高緯度日變更Maeda認為：高緯度太陽日變更=中緯度Sq向高緯度的延長+(即DP2)起源：磁層對流，也就是說，其