地球电磁场系统构成和运行机制

地球电磁场是一个大系统,其构成物理要素有:引力常数减小条件下核素放射性衰变所产生的地电荷、地球的旋转运动、地磁场、太阳黑子活动、磁暴、大气电场和雷电等,文中对这诸多的物理要素作了系统的定位,以及它们在系统中的作用进行了分析,并阐述了地球电磁场系统构成和运行的多样性、关联性、层次性、互补性和统一性的特点,由此而建立起了一个新地球电磁场系统运行机制.     

地电荷的电容结构发电机制研究

由地电荷与地球自转运动发电原理及国际参考地磁场(IGRF)标准模型所确定的地球磁场能量的分布,经分析、推论,建立了地电荷的电容结构发电机制,并由此而建立了全球电磁场结构和等效电路.此电磁场发电机制由磁场和电路双正交结构组成,磁场正交结构为偶极子场和非偶极子场,电路正交结构为地电荷运动的等效发电环电流和电源及负载电阻组成的全球等效电路.电荷运动的等效发电环电流产生的是偶极子场;电源及负载电阻组成的全球等效电路产生的是非偶极子场.地电荷的电容结构发电机制所确定的地磁场结构模型,与现地磁场结构模型完全不同,特别是极区拱形地磁场及其双向地磁场边界特性.此模型对极光、极光椭圆区、极区双向电集流和极区离子上行,对大气电场、大地自然电位的形成和变化趋势,对行星际磁场BZ及其南、北分量BS和BN的生成,及行星际南向分量BS与磁暴的关系,以及对地震与偶极子场、非偶极子场之间的关系等,都作出了较合理的阐释.     

陨星碰撞对地磁场的影响

在固体地球的假设下,从电子在转动参照系中的Newton运动方程出发,运用经典的电子气模型,指出了地球在自转发生变化时将产生惯性电流,从而影响地球磁矩.由此推论:地磁场有可能因短暂时间内地球自转角动量的变化而受到影响,而小行星、陨星等与地球的天体碰撞,对地磁场有着重大的直接影响,包括地磁场的反向.     

关于建立涡旋引力场及“水星进动”与“岁差”运行机制的统一

依据引力场与电磁场应具有的对称性,以及引力场理论应具有的完备性,即以库仑力静电场与万有引力场的对称性,以及电流产生磁场与运动物体产生涡旋引力场的对称性,建立了涡旋引力场.将万有引力与涡旋引力对行星运动的综合作用,对水星进动和地球岁差运行机制的统一性作了论证;对静止卫星轨道摄动作了分析;对太阳系多个行星的岁差作了推算;对章动的物理意义和定义作了新的探讨;并解释了涡旋引力场与旋涡星系蝶形结构形成的关系.经对涡旋引力场理论建立及与实际结合的一致性的论证表明:运动物体将产生涡旋引力场,以万有引力和涡旋引力场组成的引力系统更符合太阳系行星运行的实际,以及本文涡旋引力场理论的建立过程及结论的合理性.并在此基础上,建立了由万有引力和涡旋引力综合作用下的行星轨道模型.     

三维地电体的静电场数值计算

为解决直流电法中三维地电体静电场的计算问题,通过静电类比,把稳定电流场的计算换为相应的静电场计算,再利用模拟电荷法求解.采用模拟电荷法建立了可以模拟稳定电流场的方程组,利用点电荷作为模拟电荷解决了三维地电体静电场数值模拟问题,编制了模拟计算程序.对球体这一典型的地电模型进行了模拟,结果与理论值相比较理想.该算法解决了以往求解静电场算法复杂、剖分困难等问题,可为电法勘探的正反演理论研究提供依据.     

无限长线模型的电磁场相对性与等效性探讨

文章运用爱因斯坦相对论的电磁场变换,根据真空中无限长均匀带电直线的静电场及无限长均匀载流直导线的静磁场,从理论上分别推出了两种无限长直线模型沿长度方向匀速运动时的电磁场．对两种电磁场各自的相对性及彼此之间的等效性作了探讨,并得出特殊结论：在低速条件下,线电荷密度为λ的无限长均匀带电直线,沿长度方向以匀速υ^→运动时的电磁场,等效于它的静电场和它的电流I=λυ的静磁场的叠加;电流为I的无限长均匀载流直导线,沿长度方向以匀速υ^→运动时的电磁场,等效于它的静磁场和它的线电荷密度λ=（υ/c^2）I的静电场的叠加．     

天体运动与地球灾害链研究

地球灾害链的研究是地学前缘,“共旋”地球灾害链物理模型认为星球运动(包括月地系统运动)是“因”,地球灾害链时空分布是“果”.不同地球灾害链的产生机制是由不同天体的周期运动所引发,因此地球灾害的预报及预防是能够实现的.     

地磁暴感应地电场的大地电性结构建模方法

探明磁暴期间地面感应电场的分布情形是正确计算地磁感应电流(GIC)和预测磁暴次生灾害影响的前提。根据电磁场唯一性定理,从求解磁暴感应地电场的角度出发,提出了一种复杂大地电导率结构的建模方法;该方法的特点是只建大地导体区模型,通过模型的边界条件反映地磁场的变化情况及感应地电流在地下的流通情形。采用有限元法求解了典型地电结构下的磁暴感应地电场,通过对比数值方法和解析方法求得的地面电场结果,验证了建模方法的可靠性。进一步采用该方法研究了无法解析求解的复杂地电结构的磁暴感应地电场问题,建模思路和方法为评估磁暴和GIC的管网效应提供了分析工具。     

地球磁场中任意投掷角的带电粒子运动轨迹

磁暴和亚暴过程中等离子体片带电粒子的注入严重影响了地球空间环境,导致环电流的增强或衰减,形成质子极光,影响中高层大气的物理化学过程。本研究利用UBK方法计算了穿越子夜(MLT=0)不同能量和投掷角的质子和电子漂移轨道,分析了粒子的来源区域和后续轨道特征。研究结果表明,穿过L=7的投掷角为90°的质子,能量低于~2keV时会逆时针绕地球作漂移运动,能量高于~4keV时则会顺时针绕地球作漂移运动。能量高于15keV的质子的漂移轨道形成闭合轨道。穿过L=7的投掷角为90°的电子均绕地球逆时针漂移,且能量高于5keV时形成闭合轨道。穿过L=4的质子,除了10keV左右的质子,轨道都呈现闭合状态,说明从等离子片来的10keV左右的质子可以更靠近地球;穿过L=4的电子都处在闭合轨道上。投掷角越小的质子越偏向于向晨侧运动,能量越高的质子受投掷角变化影响越小,投掷角的变化对电子的轨道几乎没有影响。Kp指数较大时,粒子的运动方向随能量变化不明显,但是轨道更难闭合,并更接近地球。     

不同地震台站地电场观测资料频谱特征分析

运用快速傅里叶变换通过对四平台和榆树台地电场2015年部分静日及1、4全月分钟值与长春台地磁X、Y分量、分量应变资料进行频谱对比分析,结果显示:总体上两台地电场NS与EW向的优势周期主要以12h、8h为主,但不同月份,不同测向,优势周期也不尽相同;两台EW向的优势周期成分都多于NS向。与同时段分量地磁场、分量应变的优势周期对比,两台地电场NS向与地磁场Y分量较为对应,地电场EW向与地磁场X分量较为对应。12h优势周期同时存在于地电场、地磁场和分量应变,此对应结果解释了两台地电场生成的重要机制。     

地磁场能量在地球内部的三维分布及其长期变化

 利用Bloxham&;Jackson地磁场模型(BJ)和国际地磁参考场模型(IGRF)资料,计算并分析了1690年以来地磁总能量、北向、东向和垂直向分量的能量从CMB到地表的分布和时间变化.结果表明,地磁场总能量以及北向和垂直向分量的能量在地表和地球内部的变化一致,1690年以来减小,东向分量的能量变化以波动形式增大,偶极子磁场能量持续减小.非偶极子磁场的能量1690~1770年减小,1770年以后增大.磁能密度在CMB附近增大较快,地表的磁能密度只有CMB的1.6%.从地表向下至CMB,偶极子和非偶极子的磁能密度的变化相反,偶极子减小,非偶极子增大.     

光磁共振实验中水平磁场及扫场水平分量的测定

对光泵磁共振实验中水平方向的磁场进行了讨论,指出了在进行光抽运信号观察时所用方波扫场含有一稳恒直流分量,并对这一直流分量进行了测定.同时对用光抽运法测得的地磁场进行了分析,指出不能用水平磁场线圈产生的磁场来估算地磁场水平分量的大小.     

加速电荷辐射原理求解雷击水平导体辐射场

雷击电力和通信线路或建筑物水平金属时,雷击点处或导体弯曲处会辐射出较强电磁场,分析雷击水平导体周围电磁场对于周边物体雷电防护具有重要意义。根据经典电动力学中加速电荷产生辐射场的原理,将雷击水平导体辐射电磁场分成通道产生电磁场和导线产生电磁场两部分,两者因传播速度不同分别建立不同运动电荷辐射场模型。实例以地面上水平导体受雷击及90°直角折弯导线流经雷电流后电磁场作分析,并绘出对应的辐射电场波形。分析结果表明雷击导体附近辐射电场主要由雷击点和弯曲点处电荷加速与减速引起。加速电荷辐射场分析法与偶子极等方法有异曲同工之妙,且更有助于理解雷击处电磁辐射物理机制。     

GEOSS条件下固体地球灾害的广义遥感监测

地质灾害、地震灾害与矿山灾害是中国的主要固体地球灾害,地壳运动变化与岩石受力灾变是固体地球灾害发生的根源。通过分析岩石受力灾变辐射异常实验研究及固体地球灾害遥感监测实践研究的国内外现状,提出了综合多种电磁与非电磁手段,构建全方位、多层次的卫星-航空-地表-地下四位一体、立体协同的广义遥感监测体系。论述了突破经典遥感信息融合的局限,从时间、空间和物理尺度研究和挖掘广义遥感信息中多种物理量之间及岩石灾变前兆之间的内在机理与关联规律的必要性。为提高固体地球灾害前兆识别的可行性与可靠性,分析了在GEOSS条件下构建固体地球灾害广义遥感监测体系的有利契机和若干前沿问题,包括广义遥感信息融合理论、固体地球灾害前兆识别模型等。     

关于两电流元之间相互作用的探讨

一般情况下,两电流元间相互作用力是不满足牛顿第三定律的,从而两运动的带电粒子在电磁力相互作用下,它们的机械动量是不守恒的.在考虑到运动的带电粒子的机械动量的同时,也考虑到电磁场的能量和动量,从而证明了,在运动的带电粒子和电磁场组成的系统中动量仍然是守恒的.     

A-C效应产生的物理机制及其理论诠释

利用电磁对偶原理与洛伦兹力矩的交叉耦合形式,重新对阿哈罗诺夫-凯什(Aharonov-Casher)效应产生的物理机制进行了解释.计算出了运动磁矩与电场之间的交叉耦合力矩、电磁系统的拉氏函数及正则动量.由此推出了带有磁矩的原子(属于中性粒子)在电场中的等效势能,该势能影响到了微观粒子波函数的位相,使得粒子的德布罗意波的衍射图样发生变化.因此从理论上得出:A-C效应中几何位相的移动,还存在物理来源,即交叉耦合力矩.     

论全球巨变的银河旋臂成因

通过对银河系旋涡结构和地史资料的研究表明,距今大约6亿年以来,地球上曾先后四次重复发生的各类全球巨变事件——大冰期、生物大量灭绝和地磁倒转等,同日地系统相继穿越银河系四条主旋臂的运动有较好的相关性:当地球跟随太阳绕银心运行到旋臂内部时,生物灭绝百分率、地磁转向速率和全球平均温度等均普遍增高;而当它们穿出旋臂后,生物灭绝百分率和地磁转向速率则明显降低,地球也随之进入大冰期。本文认为,旋臂内较为密集的众多的小行星、彗星、星际气体和尘埃等天体对地球的直接撞击或间接影响是产生上述全球巨变的重要原因。在此基础上,进一步分析了各类巨变的区别和联系,解释了巨变的全球性、准周期性、相位关系和产生方式等特性,并讨论了同类巨变在不同阶段的若干特点。