有限水深海流感应电磁场数值模拟

发布时间：2021-09-09 08:17

　　海水是一种高电导率的流体。不停运动的海水因切割地磁场而产生感应电流,从而产生感应电磁场。本文从麦克斯韦方程出发推导了地磁场三分量作用下一维海流感应磁场表达式,并分析了地磁场水平分量对海流感应电磁场的影响。计算表明地磁场水平分量的影响随纬度变化。在高纬度地区地磁场水平分量对海流感应电磁场影响很小,而在低纬度地区它会对海流感应电磁场产生明显的影响。本文还分析了变化的海水电导率对海流感应电磁场的影响。 

【文章来源】：中国海洋大学学报(自然科学版). 2020,50(08)北大核心CSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

海流-地电模型

利用上一节所述计算方法及公式,计算北极附近某点(90°00′00″N,110°00′00″E)的海流感应电磁场。基于国际地磁场模型WMM2015,计算得到该点地磁场水平分量为-543.2 nT,垂直分量为56 718.4 nT。利用本文方法可以得到该点地磁场三分量作用下的海流感应电磁场振幅随深度变化曲线,如图2所示。为了验证前述方法和程序的正确性,图2中也绘出了地磁场垂直分量作用下的海流感应电磁场曲线[10]。图中红色曲线为地磁场垂直分量作用下的海流感应电场和感应磁场振幅随深度变化曲线,蓝色曲线为地磁场三分量作用下的海流感应电场和感应磁场振幅随深度变化曲线。由图2可知:

假定计算点的经纬度为(20°00′00″N,110°00′00″E)。利用国际地磁场模型WMM2015计算得知,该点地磁场值水平分量为27 489.6 nT,垂直分量为28 335.5 nT。图3绘出地磁场三分量作用下海流感应电磁场振幅随深度变化曲线。为了比较起见,图3中也绘出了地磁场垂直分量作用下的海流感应电磁场曲线。由图3可知,两种情形下感应电磁场随深度变化曲线的形态类似,但幅值相差较大。地磁场三分量作用下的海流感应电场和磁场的最大值分别为2.271 5 μV/m和4.405 5 nT,但地磁场垂直分量作用下的海流感应电场和磁场的最大值分别1.488 7 μV/m和2.880 1 nT,电场和磁场最大值降低了大约35%。可见,研究低纬度地区海流感应电磁场时,地磁场水平分量的影响不应被忽略。地磁场水平分量随纬度增大而逐渐减小,其对海流感应电磁场的影响也随之减少。沿110°E经度线,从赤道到北极,纬度每增加10°选取一个计算点,分别计算每个点处地磁场垂直分量作用下和地磁场三分量作用下的海流感应电磁场。首先利用国际地磁场模型WMM2015计算得到各观测点的地磁场值,然后分别计算地磁场三分量和地磁场垂直分量作用下各个深度处的海流感应磁场,选取各观测点两种情形下感应磁场最大值,并计算其相对差。图4为沿经度线上地磁场三分量和地磁场垂直分量作用下的海流感应磁场最大值相对差与地磁场三分量作用下海流感应电磁场最大值之比。

【参考文献】：
期刊论文
[1]海洋背景磁场模拟计算及东中国海表层磁场分布[J]. 李洪平,张海滨.  海洋技术. 2008(03)
[2]海流感应电磁场的分析与计算[J]. 林春生,任德奎.  海军工程大学学报. 2003(04)
[3]典型海流磁场的数值模拟[J]. 陈标,祝传刚,张铁军,赖忠干.  青岛大学学报(自然科学版). 2001(02)

博士论文
[1]海洋电磁场的理论及应用研究[D]. 张自力.中国地质大学（北京） 2009



本文编号：3391753