第三章、大气电场
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
性普遍变化机制，其变化规律与 世界时有关，主要与全球雷暴活动的日变化 有关.
二是：地方性局地变化机制，其变化规律与 地方时有关，主要与局地大气状况的日变化 所导致大气电导率和大气体电荷等大气电学 量的日变化有关.
陆地主要受地方时影响，海洋受世界时影响
3、大气电场的类型：
大气相对于地球的电位
大气相对于地球的电位V，一直到20km左右都随高 度而增加，往上不再有明显的变化，约为3×105V；
在20km以上的大气中存在很小的电位梯度，这些高 度上的空气是高度导电的，空间电荷密度随高度增加 而减小。
注意
晴天大气电场强度（或电位梯度）总体随高度减小 晴天大气相对于地表的电位，一直到20km左右都随 高度而增加
大陆上由于各处局地条件的差异及其对晴天大气 电场的影响较大，因此，地面晴天大气电场随纬 度的变化并不明显.
海洋上因各处的局地条件相近，所以海面上晴天 大气电场随纬度的变化规律较为明显
0～20°的海面晴天大气约为120Vm－1; 20～40°的海面晴天大气电场约为125V·m－1， 40一60°的晴天大气电场明显增大，约155v.m－1。 再往两极，大气电场减小
1、海洋： 由于下垫面条件相近，所以各处晴天大气电场之 间的差异较小，而且其变化规律多与全球性影响 机制有关。
就全球而言，全球表面的晴天大气电场平均值约为130V·m－1 全球海面晴天大气电场的平均值也接近于130V·m－1。
2、陆 地：
因局地条件差别较大，所以各处晴天 大气电场之间的差异也较大
观测表明，晴天大气电场与气溶胶含量呈正相关
思考题
晴天大气电场与阴天大气电场相比，哪 个比较强？试说明理由。
谢谢
日变化
根据各地地面和海面晴天大气电场日变化的观测结 果，可将晴天大气电场日变化归纳为三种基本类型
a、大陆简单型 b、大陆复杂型 c、海洋极地型
a、大陆简单型：
单峰、单谷，峰值出现在下午至傍晚（地方时13-19 时），谷值出现于早晨（地方时2-6时），远离城市的 乡村多为此类型。
b、大陆复杂型
对于人口密集的大城市、工业区和离气溶胶自然 源较近的地区等，其地面晴天大气电场往往大于 130V·m－1 而小城镇和离气溶胶自然源较远的乡村地区等， 其地面晴天大气电场往往小于130V·m－1
地面与海洋的晴天大气电场
下表列举了世界各地地面睛天大气电场的平均值
3、晴天大气电场具有随纬度变化的分布特征。
二、大气电场随高度分布
1、近地层大气电场的高度分布
通常，晴天大气电场具有随高度增加近似呈 指数规律递减的分布特征.
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.
晴天大气电场随高度的分布
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
随高度增加而急剧递减 的变化特征
§3.4晴天大气电场和气象条件
气象条件与晴天大气电场之间的关系，往往是通 过其他大气电学量，如大气电导率和大气体电荷 密度对晴天大气电场产生间接影响的结果
由于晴天大气电场与晴天大气电导率之间关系较 为直接，并呈负相关
对晴天大气电导率产生影响的气象条件，都将间 接影响晴天大气电场.如大气中气溶胶含量与晴天 大气电场之间的关系
大地电极效应影响晴天 大气电场的高度范围为 几米至几十米，晴天大 气电场愈大，影响的高 度范围也愈大
第一类：指数型，
晴
适用于地 面到高度2-3km
天
大
第二类：所高度单 调递减，低层为正，
气
在高度3-4km左右
电
改变符号
场
第三类：500-
的
700m电场达到最大 值，然后随高度单
类
调递减
型
第四类：晴天大气
度的 三倍 左右时，
地形和地物对晴天大气等电位面畸变的影响便可忽略
晴天大气电场的符号
在静电学中，电场的方向从正电荷指向负电 荷，即为正电场，反之为负电场
大气电场垂直向下为正，与坐标轴z方向正好 相反
§3.2大气电场的空间分布
一、地理分布 二、 随高度分布
一、大气电场的地理分布
晴天大气电场因时因地而异，与气溶胶 浓度有密切的关系
晴天大气电场的表达式可改写为标量形式的
表达式
E
Ez
V z
（2）起伏地表
晴天大气等电位面因地表起伏和畸变而成为 曲面，单位法向量n亦不再与坐标轴z轴重合. 因此，晴天大气电场不仅存在垂直分量Ez， 还存在水平分量Ex和Ey。
若观测点离山丘、洼地等地物的距离大于其垂直尺度的
五倍 左右，
或观测点离诸如电线杆等细长地物的距离大于其垂直尺
双峰双谷
第一峰值出现在上 午7-10时，
第二峰值出现在 18-21时
第一谷值出现在早 晨2-6时
第二谷值出现在 13-16时
大城市和工业区表 现为此类型
c、海洋极地型：
单峰单谷型，它与世 界时有关，峰值出现 在世界时18～21时， 谷值出现于2～6时。 一年内变化较小 广阔的极地海洋和冰雪 覆盖区为此类型
三、晴天大气等电位面
大气中相 同大气电 位各点相 联而成的 连续曲面
晴天大气等电位面平行于地面，并随高度递增 高度愈低，睛天大气等电位面的电位值愈小 高度愈高，晴天大气等电位面的电位值愈大
大气电场和等势面与地表曲率的关系
（1）对于平坦地面
晴天大气等电位面为平行与地面的平面，
单位法向量n垂直向上，晴天大气电场只存 在垂直分量Ez，水平分量Ex ＝Ey ＝0。
电场随高度变化很
小，其值为正
§3.3大气电场的时间变化特征
日变化
1、表征参量： 变化波形：指晴天大气电场日变化出现峰、谷的多
少以 及峰、谷出现的时间。 日变化的幅度则多用其日较差来表示。
指晴天大气电场相对值E/E’， E为某时段的晴天大气电场平均值 E’为晴天大气电场日平均值。
晴天大气电场具有明显日变化，其变化规律因地.因 季节而异。各地地面晴天大气电场日较差的平均值 可从20％变化至170％左右，平均为67％。
二是：地方性局地变化机制，其变化规律与 地方时有关，主要与局地大气状况的日变化 所导致大气电导率和大气体电荷等大气电学 量的日变化有关.
陆地主要受地方时影响，海洋受世界时影响
3、大气电场的类型：
大气相对于地球的电位
大气相对于地球的电位V，一直到20km左右都随高 度而增加，往上不再有明显的变化，约为3×105V；
在20km以上的大气中存在很小的电位梯度，这些高 度上的空气是高度导电的，空间电荷密度随高度增加 而减小。
注意
晴天大气电场强度（或电位梯度）总体随高度减小 晴天大气相对于地表的电位，一直到20km左右都随 高度而增加
大陆上由于各处局地条件的差异及其对晴天大气 电场的影响较大，因此，地面晴天大气电场随纬 度的变化并不明显.
海洋上因各处的局地条件相近，所以海面上晴天 大气电场随纬度的变化规律较为明显
0～20°的海面晴天大气约为120Vm－1; 20～40°的海面晴天大气电场约为125V·m－1， 40一60°的晴天大气电场明显增大，约155v.m－1。 再往两极，大气电场减小
1、海洋： 由于下垫面条件相近，所以各处晴天大气电场之 间的差异较小，而且其变化规律多与全球性影响 机制有关。
就全球而言，全球表面的晴天大气电场平均值约为130V·m－1 全球海面晴天大气电场的平均值也接近于130V·m－1。
2、陆 地：
因局地条件差别较大，所以各处晴天 大气电场之间的差异也较大
观测表明，晴天大气电场与气溶胶含量呈正相关
思考题
晴天大气电场与阴天大气电场相比，哪 个比较强？试说明理由。
谢谢
日变化
根据各地地面和海面晴天大气电场日变化的观测结 果，可将晴天大气电场日变化归纳为三种基本类型
a、大陆简单型 b、大陆复杂型 c、海洋极地型
a、大陆简单型：
单峰、单谷，峰值出现在下午至傍晚（地方时13-19 时），谷值出现于早晨（地方时2-6时），远离城市的 乡村多为此类型。
b、大陆复杂型
对于人口密集的大城市、工业区和离气溶胶自然 源较近的地区等，其地面晴天大气电场往往大于 130V·m－1 而小城镇和离气溶胶自然源较远的乡村地区等， 其地面晴天大气电场往往小于130V·m－1
地面与海洋的晴天大气电场
下表列举了世界各地地面睛天大气电场的平均值
3、晴天大气电场具有随纬度变化的分布特征。
二、大气电场随高度分布
1、近地层大气电场的高度分布
通常，晴天大气电场具有随高度增加近似呈 指数规律递减的分布特征.
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.
晴天大气电场随高度的分布
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
随高度增加而急剧递减 的变化特征
§3.4晴天大气电场和气象条件
气象条件与晴天大气电场之间的关系，往往是通 过其他大气电学量，如大气电导率和大气体电荷 密度对晴天大气电场产生间接影响的结果
由于晴天大气电场与晴天大气电导率之间关系较 为直接，并呈负相关
对晴天大气电导率产生影响的气象条件，都将间 接影响晴天大气电场.如大气中气溶胶含量与晴天 大气电场之间的关系
大地电极效应影响晴天 大气电场的高度范围为 几米至几十米，晴天大 气电场愈大，影响的高 度范围也愈大
第一类：指数型，
晴
适用于地 面到高度2-3km
天
大
第二类：所高度单 调递减，低层为正，
气
在高度3-4km左右
电
改变符号
场
第三类：500-
的
700m电场达到最大 值，然后随高度单
类
调递减
型
第四类：晴天大气
度的 三倍 左右时，
地形和地物对晴天大气等电位面畸变的影响便可忽略
晴天大气电场的符号
在静电学中，电场的方向从正电荷指向负电 荷，即为正电场，反之为负电场
大气电场垂直向下为正，与坐标轴z方向正好 相反
§3.2大气电场的空间分布
一、地理分布 二、 随高度分布
一、大气电场的地理分布
晴天大气电场因时因地而异，与气溶胶 浓度有密切的关系
晴天大气电场的表达式可改写为标量形式的
表达式
E
Ez
V z
（2）起伏地表
晴天大气等电位面因地表起伏和畸变而成为 曲面，单位法向量n亦不再与坐标轴z轴重合. 因此，晴天大气电场不仅存在垂直分量Ez， 还存在水平分量Ex和Ey。
若观测点离山丘、洼地等地物的距离大于其垂直尺度的
五倍 左右，
或观测点离诸如电线杆等细长地物的距离大于其垂直尺
双峰双谷
第一峰值出现在上 午7-10时，
第二峰值出现在 18-21时
第一谷值出现在早 晨2-6时
第二谷值出现在 13-16时
大城市和工业区表 现为此类型
c、海洋极地型：
单峰单谷型，它与世 界时有关，峰值出现 在世界时18～21时， 谷值出现于2～6时。 一年内变化较小 广阔的极地海洋和冰雪 覆盖区为此类型
三、晴天大气等电位面
大气中相 同大气电 位各点相 联而成的 连续曲面
晴天大气等电位面平行于地面，并随高度递增 高度愈低，睛天大气等电位面的电位值愈小 高度愈高，晴天大气等电位面的电位值愈大
大气电场和等势面与地表曲率的关系
（1）对于平坦地面
晴天大气等电位面为平行与地面的平面，
单位法向量n垂直向上，晴天大气电场只存 在垂直分量Ez，水平分量Ex ＝Ey ＝0。
电场随高度变化很
小，其值为正
§3.3大气电场的时间变化特征
日变化
1、表征参量： 变化波形：指晴天大气电场日变化出现峰、谷的多
少以 及峰、谷出现的时间。 日变化的幅度则多用其日较差来表示。
指晴天大气电场相对值E/E’， E为某时段的晴天大气电场平均值 E’为晴天大气电场日平均值。
晴天大气电场具有明显日变化，其变化规律因地.因 季节而异。各地地面晴天大气电场日较差的平均值 可从20％变化至170％左右，平均为67％。