03第四章、大气电流.ppt

佘会莲 第四章晴天大气电流与大气电平衡 §4.1 晴天大气电导率 一、晴天大气电导率 1、定义 ：单位电场作用下，因大气离子产生运动而形成的大气电流密度值。单位为Ω-1?cm－1 大气电导率取决于大气离子电荷、大气离子浓度和大气离子迁移率。 大气电导率包括大气正极性电导率λ＋，和大气负极性电导率λ－. 2、影响大气电导率的因素 大气轻离子:大气电导率主要取决于大气轻离子，大气轻离子对大气电导率的贡献95％左右 大气气溶胶:气溶胶浓度减小电导率增加 太阳活动：太阳黑子引起宇宙射线减弱，导致电离率减 小，从而导致电导率减小 宇宙射线对大气电导率的影响：几千米以上大气中，宇宙射线随地磁纬度增加，因而轻离子浓度增加，电导率也增加 二、晴天大气电导率的时空分布特征 1、取决于晴天大气轻离子浓度的时、空分布特征。 2、晴天大气电导率随高度的变化 晴天大气电导率随高度的分布，与晴天大气轻离子浓度和大气轻离子迁移率随高度的分布有关，其总效果是晴天大气电导率随高度单调递增。 海洋上低层大气晴天大气总电导率(实) 和晴天大气正重离子浓度(虚)随高度的分布 晴天大气总电导率随高度分布与晴天大气正重离子浓度随高度分布的情况相反。 3、晴天大气电导率日变化 表现为单峰单谷和双峰双谷多种变化。 峰值位于下半夜到黎明前 谷值位于上午至下午 晴天大气电导率的日变化，主要取决于大气气溶胶含量的日变化. 大陆上晴天大气电导率的日变化较海洋上明显 4、 睛天大气电导率年变化 变化规律较为复杂，一般具有单峰单谷等多种变化 峰值—春季 谷值—冬季 双峰双谷型 峰值—春季和秋季，谷值—夏季和冬季。 对于中纬度多数地点而言， 夏季冬季 §4.2 晴天大气体电荷 在一定条件下由于大气电场力、重力和大气对流等因子的作用，使这些带正、负电荷的粒子分离开，从而使一定体积的大气携带有净正电荷或净负电荷 一、大气体电荷密度的定义 一定体积大气携带的净正电荷或净负电荷，称为大气体电荷。 大气体电荷密度：定量描述大气体电荷的状况 单位：C/cm一3. 若体积为 的大气中携带总的正电荷为Q+，总的负电荷为Q-，则大气体电荷密度ρ定义为： 二、晴天大气体电荷密度的时空分布特征 对应第一类和第二类晴天大气电场随高度的分布类型 睛天大气体电荷密度随高度的分布虽存在起伏变化，但其总的变化趋势具有随高度单调递减的分布特征，而且其值为正。 对应第三类晴天大气电场随高度的分布类型 晴天大气体电荷密度开始随高度递增，其值由负变为正，达极大值后其值随高度的分布虽存在起伏变化但其总的变化趋势具有随高度单调递减的分布特征，除偶然出现负值外，其值为正 §4.3 晴天大气电流 晴天大气电流主要包括： 晴天大气传导电流：是晴天大气离子在晴天大气电场作用下产生运动而形成的大气电流。 晴天大气对流电流：是晴天大气体电荷随气流移动而形成的大气电流 晴天大气扩散电流：则是晴天大气体电荷因湍流扩散输送而形成的大气电流。 jc为晴天大气传导电流密度: jw为晴天大气对流电流密度: jt为晴天大气扩散电流密度: 晴天大气中的位移电流 由电动力学可知，变化的电场可产生位移电流，当晴天大气电场随时间变化时，也会产生大气位移电流.大气位移电流密度jd可表示为 晴天大气电流密度的时空分布特征 晴天大气电流密度不仅随地点而异，还具有明显的日变化、年变化和脉动起伏变化。 观测表明晴天大气电流密度约为10-16A·㎝-2量级， 陆地面平均为2.3×10-16A·㎝-2， 海洋表面为3.3×10-16A·㎝-2 全球平均为3.2×10-16A·㎝-2。 晴天大气电流密度有明显的日变化 大陆上变化复杂，具有明显的日变化，有的地方表现为单峰单谷型，清晨和上午出现峰值，傍晚至夜间出现谷值； 海洋上变化较小。 由于大气电场的作用产生大气电流，它的流动使得电场以时间常数 而衰减，因而，地球电荷由于大气传到将以600秒左右的时间而中和。 观测表明，地球电荷并未被中和，而是以与传导损失相同的速率得到补充。 ——大气电平衡 （1）大气电流使负电荷要减少； （2）降水电流使负电荷要减少； （3）尖端放电使负电荷增加； （4）雷暴活动使负电荷增加。（这是地球表面负电荷维持恒定值的必不可少的条件） 动态平衡，维持恒定值 。 降水输送的电荷 低空中具有正电荷，到达地面的降水就带正电荷 当云中起电减弱，地面电场改变方向，在云下形成负电荷层，不久后达到地面的降水就带负电荷。 降水粒子通过