海水運動感應電磁場的理論研究

徐燕　唐春梅

摘 要：在三維地球導電體模型的基礎上，利用積分方程法，計算了潮流感應的電磁場，并討論了電導率的變化對感應電磁場的影響。

關鍵詞：電磁感應；麥克斯韋方程；潮流；電導率

在過去的幾年中，海洋運動引起的感應電磁場信號得到了大量關注。當導電海水穿過環繞的電磁場時，產生了二次感應的電場和磁場。論文在三維地球導電體模型的基礎上，利用積分方程法，計算了潮流感應產生的電磁場，并討論了電導率對感應電磁場的影響。

1 地球導電體模型

海洋電磁感應的數值模擬需要建立一個三維的地球導電體模型，模型包括地球表面的球形導電薄層S（？茲，？漬）和表面以下的徑向對稱的球形導電體？滓（r）。導電薄層S（？茲，？漬）的導電性主要是因為海水和沉積物，海水的電導率數據來自于Manoj et al.[1-2]，隨著測量方法（全球5×5 NOAA ETOPO地形圖）、海水鹽度、溫度和壓力的變化而變化（2001年的世界海洋地圖集（www.ngdc.noaa.gov））。Laske and Masters （1997）[3]在全球的沉積物一維模型的基礎上利用啟發式算法計算了導電率隨沉積巖厚度的變化。對電導率取對數后的結果：說明了不僅海洋的電導率隨著深度變化的，陸地的電導率也是不一樣的。薄層的厚度比電磁場穿透的深度小的多，這意味著，在短時間內（例如10分鐘或者更短的時間），表面薄殼可以分成多層的模型。

2 麥克斯韋方程

下面我們分析在導電的地殼下，根據上述方法模擬的不同分潮潮流產生的電場和磁場數值模型。圖1為不同分潮產生的磁場，可以看出M2、S2、K1、O1潮流產生的磁場強度明顯的大于其他的分潮流。這里我們主要討論M2和O1潮流的計算結果，因為它們是太陽半日分潮和太陽全日分潮的主要兩個潮流。

4 結束語

論文采用的積分方程法不依賴于模型的離散化，迭代過程總是收斂的，并且任意電導率非均勻的三維介質模型中收斂速度都是非常快的。根據此方法，計算了不同分潮產生的磁場，得出M2、S2、K1、O1潮流產生的磁場強度明顯的大于其他的分潮流的結論。

參考文獻

[1]A.Farina，F.Gini and M.V.Greco.Analysis of sea clutter radar data [J].Radar Proceedings of the CIE International Conference of Radar， 1996，10：115-118.

[2]陳蕓，吳晉生.海洋電磁學及其應用[J].海洋科學，1992，3（2）.

[3]P.Halley，陳蕓，張復立.中國大百科全書（海洋科學卷）[M].中國大百科全書出版社，1983，1（26）.

作者簡介：徐燕（1983-），女，江蘇南京人，河海大學，講師，博士學歷，研究方向：海洋電磁場。

通訊作者：唐春梅（1981-），女，江蘇南京人，河海大學，副教授，博士學歷，研究方向：材料物理。