海洋背景磁場(chǎng)數(shù)值模擬及東中國(guó)海上層海流磁場(chǎng)分布.pdf

1、海水是一種弱導(dǎo)電介質(zhì)，海洋中海浪、海流、內(nèi)波等各種海洋現(xiàn)象的海水運(yùn)行變化會(huì)切割地球磁場(chǎng)，并生成微弱的電場(chǎng)，進(jìn)而就會(huì)在海洋內(nèi)部和周圍空間激發(fā)感生的電磁場(chǎng)，這就是約為地球磁場(chǎng)一萬至十萬分之一的微弱海洋電磁場(chǎng)。在航空探測(cè)中，當(dāng)由各種海況所引起的綜合的感應(yīng)磁場(chǎng)噪聲和與檢測(cè)的目標(biāo)噪聲量級(jí)、頻帶相近時(shí)，這些噪聲都是不可忽略的干擾源；在潛艇進(jìn)行水下的目標(biāo)檢測(cè)、識(shí)別時(shí)，以及用于船艦本身消磁來抵消因地球磁場(chǎng)作用而產(chǎn)生的磁異常時(shí)，海洋的磁場(chǎng)噪聲更是不可以忽

2、視。因此建立海洋背景磁場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算模型，分析海洋磁場(chǎng)的分布規(guī)律，為用磁異常探測(cè)飛機(jī)和潛艇等目標(biāo)檢測(cè)識(shí)別技術(shù)提供海洋背景磁場(chǎng)的理論參考是十分必要的。 一般來說，海洋中的磁場(chǎng)是多種磁場(chǎng)的疊加和相互作用造成的，其成分包括四個(gè)部分，即：(1)地球外核場(chǎng)；(2)地殼場(chǎng)；(3)地球電離層電流引起的磁場(chǎng)變化；(4)海水運(yùn)動(dòng)(海浪、海流、內(nèi)波等)引起的電磁場(chǎng)等。其中第(1)、(2)、(3)部分組成地球磁場(chǎng)，第(4)部分通稱為海洋背景磁場(chǎng)，主要是

3、由于海水運(yùn)動(dòng)在地球磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生感應(yīng)電流而引起的磁場(chǎng)。以速度V在地磁場(chǎng)B中運(yùn)動(dòng)的海水會(huì)產(chǎn)生傳導(dǎo)電流J，利用安培環(huán)路定律和法拉第電磁感應(yīng)定律，結(jié)合海水運(yùn)動(dòng)的速度分布V，即可計(jì)算感應(yīng)磁場(chǎng)H。對(duì)運(yùn)動(dòng)海水的感應(yīng)磁場(chǎng)H的計(jì)算主要難點(diǎn)在于對(duì)海水運(yùn)動(dòng)速度V分布的模擬和計(jì)算，對(duì)應(yīng)不同的海洋現(xiàn)象，例如海浪、海流和內(nèi)波，其V的運(yùn)動(dòng)方式不同，感應(yīng)磁場(chǎng)也不同，因而需要分別加以討論。 對(duì)于簡(jiǎn)單的海面波浪來說，任意點(diǎn)上的波面相對(duì)于時(shí)間呈簡(jiǎn)諧形式的周期性升

4、降，而任意時(shí)刻的波面相對(duì)于空間呈現(xiàn)余弦或正弦形式的起伏，利用此特性可以對(duì)海浪運(yùn)動(dòng)進(jìn)行建模，從而推導(dǎo)海浪的感應(yīng)磁場(chǎng)。內(nèi)波是海水出現(xiàn)躍層后在外力擾動(dòng)下發(fā)生的重力波，海水以躍層面為平衡位置波動(dòng)，根據(jù)內(nèi)波的速度分布可以推導(dǎo)出內(nèi)波的感應(yīng)磁場(chǎng)。對(duì)于海流感應(yīng)磁場(chǎng)建立以下模型：首先將海流塊分成若干不同的薄層，每一層可以看作由若干細(xì)長(zhǎng)的海流細(xì)條聯(lián)合而成；如同導(dǎo)線在地磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)一樣，細(xì)條海流在地磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)引起電場(chǎng)，從而產(chǎn)生了感應(yīng)磁場(chǎng)。在水平方向和垂直方向

5、上對(duì)感應(yīng)磁場(chǎng)進(jìn)行積分，即可得到海流塊在地磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)的感應(yīng)磁場(chǎng)。海浪、內(nèi)波和海流的感應(yīng)磁場(chǎng)組成了海洋背景磁場(chǎng)。 本論文針對(duì)海洋背景磁場(chǎng)的生成機(jī)制及近幾十年來對(duì)海洋背景磁場(chǎng)的理論研究，結(jié)合世界磁場(chǎng)模型WMM2005，模擬計(jì)算了三種典型的海洋運(yùn)動(dòng)--海浪、海流、內(nèi)波所產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)，建立了海洋背景磁場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算模型，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)開發(fā)了海洋背景磁場(chǎng)的模擬計(jì)算軟件。最后用衛(wèi)星多傳感器資料驅(qū)動(dòng)普林斯頓海洋動(dòng)力學(xué)模式(POM)得到的東中