海水運(yùn)動感應(yīng)電磁場的理論研究

徐燕　唐春梅

摘 要：在三維地球?qū)щ婓w模型的基礎(chǔ)上，利用積分方程法，計(jì)算了潮流感應(yīng)的電磁場，并討論了電導(dǎo)率的變化對感應(yīng)電磁場的影響。

關(guān)鍵詞：電磁感應(yīng)；麥克斯韋方程；潮流；電導(dǎo)率

在過去的幾年中，海洋運(yùn)動引起的感應(yīng)電磁場信號得到了大量關(guān)注。當(dāng)導(dǎo)電海水穿過環(huán)繞的電磁場時，產(chǎn)生了二次感應(yīng)的電場和磁場。論文在三維地球?qū)щ婓w模型的基礎(chǔ)上，利用積分方程法，計(jì)算了潮流感應(yīng)產(chǎn)生的電磁場，并討論了電導(dǎo)率對感應(yīng)電磁場的影響。

1 地球?qū)щ婓w模型

海洋電磁感應(yīng)的數(shù)值模擬需要建立一個三維的地球?qū)щ婓w模型，模型包括地球表面的球形導(dǎo)電薄層S（？茲，？漬）和表面以下的徑向?qū)ΨQ的球形導(dǎo)電體？滓（r）。導(dǎo)電薄層S（？茲，？漬）的導(dǎo)電性主要是因?yàn)楹Ｋ统练e物，海水的電導(dǎo)率數(shù)據(jù)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(chǔ)上利用啟發(fā)式算法計(jì)算了導(dǎo)電率隨沉積巖厚度的變化。對電導(dǎo)率取對數(shù)后的結(jié)果：說明了不僅海洋的電導(dǎo)率隨著深度變化的，陸地的電導(dǎo)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(nèi)（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(dǎo)電的地殼下，根據(jù)上述方法模擬的不同分潮潮流產(chǎn)生的電場和磁場數(shù)值模型。圖1為不同分潮產(chǎn)生的磁場，可以看出M2、S2、K1、O1潮流產(chǎn)生的磁場強(qiáng)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(jì)算結(jié)果，因?yàn)樗鼈兪翘柊肴辗殖焙吞柸辗殖钡闹饕獌蓚€潮流。

4 結(jié)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(dǎo)率非均勻的三維介質(zhì)模型中收斂速度都是非?？斓?。根據(jù)此方法，計(jì)算了不同分潮產(chǎn)生的磁場，得出M2、S2、K1、O1潮流產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度明顯的大于其他的分潮流的結(jié)論。

參考文獻(xiàn)

[1]A.Farina，F(xiàn).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(xué)及其應(yīng)用[J].海洋科學(xué)，1992，3（2）.

[3]P.Halley，陳蕓，張復(fù)立.中國大百科全書（海洋科學(xué)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(xué)，講師，博士學(xué)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(xué)，副教授，博士學(xué)歷，研究方向：材料物理。