大地电磁场的一般性质
kuaidi.ping-jia.net 作者：佚名 更新日期：2024-07-11
大地电场与地球变化磁场紧密相连（克拉耶夫 A Π，1955；孙振江，王华俊，1984；石应骏等，1985；朴化荣，1990；陈乐寿，王光锷，1990），两者的场源均源自地球外部的各种电流体系，因而展现出相似类型的变化。此类变化的电场和磁场被统称为大地电磁场。本文将通过探讨大地电场，来深入了解大地电磁场的一般特性。大地电场的变化可分为两类：一类是地电场的平稳变化，另一类是地电场的干扰变化。平稳变化是持续出现的，并具有确定的周期性。其变化周期为11年的，与太阳黑子周期相吻合；存在年变化周期，与太阳公转周期一致，并关联季度变化，夏季场强较大，冬季场强较小；存在月变化周期，与月球绕地球转动周期一致；还有静日地电日变化，与地球自转周期一致。其中，静日地电日变化最为重要。干扰变化则是偶然发生的，包括高频地电变化，周期为10^-4至1秒；地电脉动，周期为0.2至1000秒；地电湾扰，无固定周期，持续时间为1至3小时；扰日地电日变化，周期为1天；以及地电暴，变化持续时间为1至3天。此外，大地电场不仅在幅度上随时间变化，其方向也在不断改变。如果在一定时间内，将南北和东西两个方向测得的电场合成矢量端点连成的曲线，如图1-2-1所示，若该曲线近似为一条直线，则称为线性极化；若曲线不规则，则称为非线性极化。
图1-2-1展示了大地电场的极化情况。地电日变化中的静日地电日变化和扰日地电日变化具有相同的周期，两者叠加形成的地电变化称为地电日变化。地电日变化的场源是分布于电离层中的电流系，其中静日地电日变化的电流系主要分布于中、低纬度区的上空，大约100公里的高度。地电日变化的形态和幅度如图1-2-2所示，其幅度主要随纬度的变化而变化。利用全球各地电台站同一时间的大地电流观测值，可以绘制出大地电场或大地电流在地面上的分布。如图1-2-3所示，O.Gish等人利用全球18时的资料编制的大地电流分布图。由于全球地电台站数量有限且分布不均，南半球主要是海洋，因此此图仅能提供一个大地电流分布的概览。图中可见，南半球和北半球各有8个涡旋电流（南半球仅展示4个），地球赤道是这些涡旋电流的对称面。赤道两侧的8个涡旋电流与静日地电变化相对应，白天的电流强，夜晚电流弱。高纬度处的涡旋电流与扰日地电变化相对应。地电日变化的整个过程有两次起伏，平均幅度约为10 mV·km^-1。
图1-2-2 地电场与地磁场的日变化对比图
地电微变化由于高频地电变化幅度较小，常被称为地电微变化，其频率如图1-2-4所示。E和H分别代表电场和磁场，二者的频谱一一对应。从图中可以明显看出变化幅度与变化频率的关系：在1 Hz附近，幅度最小；高于或低于这个频率，变化幅度增大，并在某些频段上幅度达到极值。
图1-2-3 世界时18时的全球大地电流分布图
由雷电引起的高频地电变化的频率为1至10^4 Hz。按照无线电波的分类，这是低频（ELF）。地电脉动P的频率为10^-3至1 Hz，其中又可细分为多个小频段。频率10^-4至10^-3 Hz的变化已属于地电湾扰。1.高频地电变化有一种局部的天电系统称为雷暴系统，主要产生于赤道上空约8公里处，它产生的电磁噪音影响几乎遍布全球。雷暴的数目在时间上有一定的统计规律，通常最大值出现在世界时20点左右，最小值在04点左右。这种时间规律与阳光照射地表的性质有关。世界时20点左右，阳光直射太平洋，海水的蒸发作用最大，大气对流最激烈，同时赤道两侧的地下电流也最强。这时，水蒸气携带的电性粒子最多，电荷的积累与释放作用最强烈，因此雷电暴的数目最多。相反，当世界时04点时，太阳直射干燥的非洲大陆，水蒸气最少，雷电数目因此最少。雷电的数目还有一对次极大和次极小，分别出现在10点和02点左右。图1-2-5记录了利用极距为1公里的电极捕捉到的雷电信号，8 Hz的地电变化明显可见。所记录的低空闪电产生的电磁噪声的频谱与闪电的距离有密切关系。图1-2-6展示了闪电产生的电磁脉冲：当距离很近时，单个闪电产生单个脉冲（a）；当距离很远时，由于电磁波的反射，单个闪电可以产生多个脉冲（b）。图中还附有多个雷暴对应多个脉冲的例子（c）。
图1-2-4 短周期电磁脉动频谱图
图1-2-5 雷电信号记录图
2.地电脉动太阳辐射的带电粒子一方面绕着地磁场的磁力线运动，另一方面还沿着磁力线方向在两极之间往返振荡，带电粒子的这种运动所产生的电磁效应是电磁脉动的场源。地电脉动和地磁脉动具有相同的周期和成因，其周期为0.2至1000秒。根据脉动形态又分为规则脉动Pc型和不规则脉动Pi型。Pc型脉动的幅度较稳定，形态较规则，持续时间从几分钟到8小时不等。Pi型脉动幅度不稳定，形态不规则，持续时间一般为10分钟左右。电磁脉动主要是高纬度地区的电磁现象，夜间出现较多，季节变化复杂。在地电学研究中，电磁脉动占据重要地位。
（三）地电湾扰由太阳辐射产生的高速太阳风（带电粒子流），在电磁场作用下，在约300公里高的极区电离层形成电流系，并在距离地心约5至7个地球半径的远处形成一个赤道电流环，它们分别是地电湾扰和地电暴的场源。地电湾扰是形态规则而无周期的电磁扰动，因其形如湾扰而得名。一般在高纬度地区湾扰幅度较大。
（四）地电暴地电暴和地磁暴几乎在全球同时发生，在地磁赤道处变化幅度最大，持续时间可长达1至3天。随着纬度升高变化幅度逐渐减小。它与太阳活动有关，在电磁暴过程中往往叠加着电磁湾扰和电磁脉动，因此电磁暴的形态十分复杂。关于大地电磁场的起源问题虽然目前研究的还不够充分。但是，多数人认为它是一种宇宙现象。根据这一认识，天然电磁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。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（见图1-2-7）。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100公里左右的高空处，在地球表面上的有限区域内可视为似平面波。这种平面电磁波在垂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。
电磁场的本质是什么?
答：综上，物质因释能时，所低释的阳能与阴能的强度存在差异，而呈现出的性质，是为电性。二、磁性（一）如欲明白磁的本质，须先知晓低释与运动的关联：1、任何物质，都必须低释且运动。2、低释和运动，是物质进行能量消减、仅有的两种方式。3、能量的消减，可使物质更为稳定。4、在封闭的系统中，...
地磁场与电磁场的区别
答：随时间变化的电场产生磁场 ， 随时间变化的磁场产生电场，两者互为因果，形成电磁场。电磁场可由变速运动的带电粒子引起，也可由强弱变化的电流引起，不论原因如何，电磁场总是以光速向四周传播，形成电磁波。电磁场是电磁作用的媒递物，具有能量和动量，是物质存在的一种形式。电磁场的性质、特征及其...
磁场中对场的性质和物理描述是什么
答：在现代科学技术和人类生活中，处处可遇到磁场，发电机、电动机、变压器、电报、电话、收音机以至加速器、热核聚变装置、电磁测量仪表等无不与磁现象有关。甚至在人体内，伴随着生命活动，一些组织和器官内也会产生微弱的磁场。磁场方向：规定小磁针的北极在磁场中某点所受磁场力的方向为该电磁场的方向。...
场的定义
答：三、场的性质：1、连续性：场是一种连续的介质，填充了整个空间。2、空间分布：场在空间中具有分布性质，它可以描述不同位置上的强度和方向。3、时间变化：场可以随时间变化，例如电磁场可以在时间上发生变化。4、相互作用：场能够传递和影响物体之间的相互作用，引力场可以对物体施加引力作用。5、能量...
自然电场法
答：前者与太阳风、电离层的扰动以及雷雨放电有关,称为大地电磁场。后者与电子导电矿体的电化学作用、地下水中电离子的扩散或过滤作用 有关,一般称为自然电场。 (一)自然电场的成因 1. 金属导体自然电场的成因 金属导体(电子导体)的氧化还原作用产生了自然电场,只有当导体处在特殊的水文 地质条件下才能观测到。如图4-...
均匀大地表面上谐变偶极子场源的电磁场
答：对于赤道装置，理论上可采用下述五种方法来确定均匀大地的电阻率或非均匀大地的视电阻率。由（1-3-168）式有 地电场与电法勘探 上式第四式与平面电磁波情况相同。这是偶极场的远区具有不均匀平面波性质的较好证明。在实际工作中用的交流电阻率公式，仍然是 地电场与电法勘探 考虑到ΔUω=Eω·MN...
电磁场和重力场是同种物质吗
答：是物质存在的一种形式.电磁场的性质、特征及其运动变化规律由麦克斯韦方程组确定.也就是说有电源,微观上一个电子,宏观上一个带电体（如一个铁球带电）,或是电流,都可以产生电磁场.我高中记的：周期性变化的电流产生周期性变化的磁场.恒定的电流产生恒定的电磁场.周期性变化的磁场产生恒定的电流.恒定的...
磁场的基本性质
答：磁场的基本特征是能对其中的运动电荷施加作用力，即通电导体在磁场中受到磁场的作用力。磁场对电流、对磁体的作用力或力距皆源于此。而现代理论则说明，磁力是电场力的相对论效应。磁场的作用：电磁场是电磁作用的媒递物，是统一的整体，电场和磁场是它紧密联系、相互依存的两个侧面，变化的电场产生磁场，...
磁场中对场的性质和物理描述是什么
答：在现代科学技术和人类生活中，处处可遇到磁场，发电机、电动机、变压器、电报、电话、收音机以至加速器、热核聚变装置、电磁测量仪表等无不与磁现象有关。甚至在人体内，伴随着生命活动，一些组织和器官内也会产生微弱的磁场。磁场方向：规定小磁针的北极在磁场中某点所受磁场力的方向为该电磁场的方向。...
电磁场是什么东西。?
答：推测五：极性粒子正极的电磁子流呈喷泉状；负极的电磁子流呈漏斗状。【极性粒子移动定律】质子在电磁子的反作用力推动下，向电流的反方向移动；而电子则顺着电流的方向移动。（王静波2020）【电极定律】同种电极相斥，异种电极相吸。（王静波2020）电磁场 电磁场是电流与磁场的统一体。电磁场的运动形式是...
图1-2-1展示了大地电场的极化情况。地电日变化中的静日地电日变化和扰日地电日变化具有相同的周期，两者叠加形成的地电变化称为地电日变化。地电日变化的场源是分布于电离层中的电流系，其中静日地电日变化的电流系主要分布于中、低纬度区的上空，大约100公里的高度。地电日变化的形态和幅度如图1-2-2所示，其幅度主要随纬度的变化而变化。利用全球各地电台站同一时间的大地电流观测值，可以绘制出大地电场或大地电流在地面上的分布。如图1-2-3所示，O.Gish等人利用全球18时的资料编制的大地电流分布图。由于全球地电台站数量有限且分布不均，南半球主要是海洋，因此此图仅能提供一个大地电流分布的概览。图中可见，南半球和北半球各有8个涡旋电流（南半球仅展示4个），地球赤道是这些涡旋电流的对称面。赤道两侧的8个涡旋电流与静日地电变化相对应，白天的电流强，夜晚电流弱。高纬度处的涡旋电流与扰日地电变化相对应。地电日变化的整个过程有两次起伏，平均幅度约为10 mV·km^-1。
图1-2-2 地电场与地磁场的日变化对比图
地电微变化由于高频地电变化幅度较小，常被称为地电微变化，其频率如图1-2-4所示。E和H分别代表电场和磁场，二者的频谱一一对应。从图中可以明显看出变化幅度与变化频率的关系：在1 Hz附近，幅度最小；高于或低于这个频率，变化幅度增大，并在某些频段上幅度达到极值。
图1-2-3 世界时18时的全球大地电流分布图
由雷电引起的高频地电变化的频率为1至10^4 Hz。按照无线电波的分类，这是低频（ELF）。地电脉动P的频率为10^-3至1 Hz，其中又可细分为多个小频段。频率10^-4至10^-3 Hz的变化已属于地电湾扰。1.高频地电变化有一种局部的天电系统称为雷暴系统，主要产生于赤道上空约8公里处，它产生的电磁噪音影响几乎遍布全球。雷暴的数目在时间上有一定的统计规律，通常最大值出现在世界时20点左右，最小值在04点左右。这种时间规律与阳光照射地表的性质有关。世界时20点左右，阳光直射太平洋，海水的蒸发作用最大，大气对流最激烈，同时赤道两侧的地下电流也最强。这时，水蒸气携带的电性粒子最多，电荷的积累与释放作用最强烈，因此雷电暴的数目最多。相反，当世界时04点时，太阳直射干燥的非洲大陆，水蒸气最少，雷电数目因此最少。雷电的数目还有一对次极大和次极小，分别出现在10点和02点左右。图1-2-5记录了利用极距为1公里的电极捕捉到的雷电信号，8 Hz的地电变化明显可见。所记录的低空闪电产生的电磁噪声的频谱与闪电的距离有密切关系。图1-2-6展示了闪电产生的电磁脉冲：当距离很近时，单个闪电产生单个脉冲（a）；当距离很远时，由于电磁波的反射，单个闪电可以产生多个脉冲（b）。图中还附有多个雷暴对应多个脉冲的例子（c）。
图1-2-4 短周期电磁脉动频谱图
图1-2-5 雷电信号记录图
2.地电脉动太阳辐射的带电粒子一方面绕着地磁场的磁力线运动，另一方面还沿着磁力线方向在两极之间往返振荡，带电粒子的这种运动所产生的电磁效应是电磁脉动的场源。地电脉动和地磁脉动具有相同的周期和成因，其周期为0.2至1000秒。根据脉动形态又分为规则脉动Pc型和不规则脉动Pi型。Pc型脉动的幅度较稳定，形态较规则，持续时间从几分钟到8小时不等。Pi型脉动幅度不稳定，形态不规则，持续时间一般为10分钟左右。电磁脉动主要是高纬度地区的电磁现象，夜间出现较多，季节变化复杂。在地电学研究中，电磁脉动占据重要地位。
（三）地电湾扰由太阳辐射产生的高速太阳风（带电粒子流），在电磁场作用下，在约300公里高的极区电离层形成电流系，并在距离地心约5至7个地球半径的远处形成一个赤道电流环，它们分别是地电湾扰和地电暴的场源。地电湾扰是形态规则而无周期的电磁扰动，因其形如湾扰而得名。一般在高纬度地区湾扰幅度较大。
（四）地电暴地电暴和地磁暴几乎在全球同时发生，在地磁赤道处变化幅度最大，持续时间可长达1至3天。随着纬度升高变化幅度逐渐减小。它与太阳活动有关，在电磁暴过程中往往叠加着电磁湾扰和电磁脉动，因此电磁暴的形态十分复杂。关于大地电磁场的起源问题虽然目前研究的还不够充分。但是，多数人认为它是一种宇宙现象。根据这一认识，天然电磁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。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（见图1-2-7）。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100公里左右的高空处，在地球表面上的有限区域内可视为似平面波。这种平面电磁波在垂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。
答：综上，物质因释能时，所低释的阳能与阴能的强度存在差异，而呈现出的性质，是为电性。二、磁性（一）如欲明白磁的本质，须先知晓低释与运动的关联：1、任何物质，都必须低释且运动。2、低释和运动，是物质进行能量消减、仅有的两种方式。3、能量的消减，可使物质更为稳定。4、在封闭的系统中，...
答：随时间变化的电场产生磁场 ， 随时间变化的磁场产生电场，两者互为因果，形成电磁场。电磁场可由变速运动的带电粒子引起，也可由强弱变化的电流引起，不论原因如何，电磁场总是以光速向四周传播，形成电磁波。电磁场是电磁作用的媒递物，具有能量和动量，是物质存在的一种形式。电磁场的性质、特征及其...
答：在现代科学技术和人类生活中，处处可遇到磁场，发电机、电动机、变压器、电报、电话、收音机以至加速器、热核聚变装置、电磁测量仪表等无不与磁现象有关。甚至在人体内，伴随着生命活动，一些组织和器官内也会产生微弱的磁场。磁场方向：规定小磁针的北极在磁场中某点所受磁场力的方向为该电磁场的方向。...
答：三、场的性质：1、连续性：场是一种连续的介质，填充了整个空间。2、空间分布：场在空间中具有分布性质，它可以描述不同位置上的强度和方向。3、时间变化：场可以随时间变化，例如电磁场可以在时间上发生变化。4、相互作用：场能够传递和影响物体之间的相互作用，引力场可以对物体施加引力作用。5、能量...
答：前者与太阳风、电离层的扰动以及雷雨放电有关,称为大地电磁场。后者与电子导电矿体的电化学作用、地下水中电离子的扩散或过滤作用 有关,一般称为自然电场。 (一)自然电场的成因 1. 金属导体自然电场的成因 金属导体(电子导体)的氧化还原作用产生了自然电场,只有当导体处在特殊的水文 地质条件下才能观测到。如图4-...
答：对于赤道装置，理论上可采用下述五种方法来确定均匀大地的电阻率或非均匀大地的视电阻率。由（1-3-168）式有 地电场与电法勘探 上式第四式与平面电磁波情况相同。这是偶极场的远区具有不均匀平面波性质的较好证明。在实际工作中用的交流电阻率公式，仍然是 地电场与电法勘探 考虑到ΔUω=Eω·MN...
答：是物质存在的一种形式.电磁场的性质、特征及其运动变化规律由麦克斯韦方程组确定.也就是说有电源,微观上一个电子,宏观上一个带电体（如一个铁球带电）,或是电流,都可以产生电磁场.我高中记的：周期性变化的电流产生周期性变化的磁场.恒定的电流产生恒定的电磁场.周期性变化的磁场产生恒定的电流.恒定的...
答：磁场的基本特征是能对其中的运动电荷施加作用力，即通电导体在磁场中受到磁场的作用力。磁场对电流、对磁体的作用力或力距皆源于此。而现代理论则说明，磁力是电场力的相对论效应。磁场的作用：电磁场是电磁作用的媒递物，是统一的整体，电场和磁场是它紧密联系、相互依存的两个侧面，变化的电场产生磁场，...
答：在现代科学技术和人类生活中，处处可遇到磁场，发电机、电动机、变压器、电报、电话、收音机以至加速器、热核聚变装置、电磁测量仪表等无不与磁现象有关。甚至在人体内，伴随着生命活动，一些组织和器官内也会产生微弱的磁场。磁场方向：规定小磁针的北极在磁场中某点所受磁场力的方向为该电磁场的方向。...
答：推测五：极性粒子正极的电磁子流呈喷泉状；负极的电磁子流呈漏斗状。【极性粒子移动定律】质子在电磁子的反作用力推动下，向电流的反方向移动；而电子则顺着电流的方向移动。（王静波2020）【电极定律】同种电极相斥，异种电极相吸。（王静波2020）电磁场 电磁场是电流与磁场的统一体。电磁场的运动形式是...
