1）不同季节的电磁场

季节的变化可以对海洋环境电磁场的低频信号产生影响，图1.4、图1.5是在2～3级海况下，选取四个季节的典型样本对比分析的结果。数据取自黄海海域定点观测设备，夏季典型样本选用2010年8月20日的测量数据，海况2～3级；秋季典型样本选用2010年11月6日的测量数据，海况2级；冬季典型样本选用2010年12月29日的测量数据，海况2级；春季典型样本选用2011年3月12日的测量数据，海况3级。

图1.4　不同季节海洋环境电场频谱图

图1.5　不同季节海洋环境磁场频谱图

海水运动的周期主要集中在几秒到几十秒的范围内，所以在海洋中环境电磁场低频信号频谱能量主要集中在1 Hz以下。由图1.4和图1.5可见，在分析频段（0.02～1 Hz）内，不同季节变化对于环境电磁场频谱的影响并不明显，幅值一直比较稳定，频点也没有明显的规律性，由此说明海洋环境电磁场的低频信号对四季变化并不敏感，主要仍是海水运动的情况主导了低频信号频谱的强弱。当然，四季变化对海洋环境电磁场的影响还是存在的，主要体现在磁场的垂直分量上，从图1.5可以看出，夏季垂直磁场最强，秋季和春季垂直磁场分布情况类似，冬季最弱。其原因是垂直分量的场源主要与电离层感应产生的磁流体波有关，其规律与空中电磁场观测结果一致。

2）不同海况的电磁场

不同海况主要体现在波浪的波高，表1.8给出了海浪波高与海况之间的关系。

表1.8　海浪波高与海况关系

绘出不同海况下海洋环境水下电场时域曲线和频谱特性曲线，数据仍然取自黄海海域定点观测设备（图1.6、图1.7）。通过频谱分析可发现，高海况下的海洋环境水下电场在0.1 Hz以下频段能量整体上要大于低海况，垂直分量表现尤为明显；高海况下海洋环境水下电场在0.029 Hz和0.054 Hz频点附近处存在明显谱峰，而低海况水下电场谱峰呈现向高频移动的特征，幅值要小于高海况。由1.4.4节所述可知，海水运动产生的电场幅值与海水速度呈正相关，并且在相同海水深度情况下，海浪谱的峰值频率随着风速的增加向低频方向移动。高海况下海水运动速度较快，因此该情况下水下电场幅值相对较大，且频谱峰值频率较低。

图1.6　不同海况下海洋环境水下电场幅频曲线

图1.7　不同海况下海洋环境低频磁场幅频曲线

3）工频干扰

图1.8是不同时间段的海洋环境水下电场信号时频谱图。从图中可发现，海洋环境水下电场在工频50 Hz及其高阶谐波能量最强，其次是2 Hz以下的低频带，该频段信号主要是海水运动产生的感应电场。工频电场在整个时间段内能量分布较为平稳，表明该时段工频干扰较为稳定；而2 Hz以下低频部分能量则随时间发生一定的变化，表明海水运动产生的电场存在一定的时变性。由图1.8b还可发现，环境电场的时频谱图在某些时间段还存在类似人字形的条纹。

在排除了仪器设备本身存在的问题后，说明测试数据中存在频率时变的场源，分析认为该现象应是岸上工业设施由于接地不良泄漏到海水中的多个电流相位差造成的。海水中存在大量工业用电的泄漏电流，泄漏电流相位的波动造成海洋环境水下电场出现周期性调频现象。为了验证上述假设的合理性，设计一个简单的模型，假设接地点A和接地点B的电势如下：(www.daowen.com)

式中　UA——接地点A的电势；

UB——接地点B的电势；

A1——接地点A电势幅值；

A2——接地点B电势幅值；

f——信号频率。

接地点B电势信号在相位上存在一定的扰动，则泄漏到海水的电流为

式中　R——两点之间的散流电阻。

由于工业设备电流频率一般为50 Hz，令f=50 Hz，R为常数，利用式（1.14）可计算出接地电势差产生的泄漏电流。采样频率为1 000 Hz，模拟信号时间长度为4 000 s，模拟信号的时频谱图如图1.9所示。观察图1.9可发现，模拟信号频谱图与实测信号频谱图较为相似，均存在人字形条纹，表明工业干扰产生的频率范围远超50 Hz，产生了很宽的频率成分。

4）雷电产生的水下电场

图1.10是在海水中的观测点附近雷电产生的电场时域曲线。由图可看出雷电产生的水下电场信号在时域上呈短暂脉动形式，持续时间长度约为0.6 s。图1.11是雷电产生的水下电场信号时频谱图，雷电产生的水下电场信号频带较宽，覆盖1 Hz～1 k Hz，但是能量主要集中在100 Hz以下低频频段。

图1.8　海洋环境水下电场信号时频谱图

图1.9　实测信号与仿真信号时频谱图

图1.10　雷电产生的水下电场时域曲线

图1.11　雷电产生的水下电场时频谱图