理论教育 电离层与大气电路-全球大气电路成果

电离层与大气电路-全球大气电路成果

时间:2023-11-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:发生在中层大气的蓝色喷流和红精灵是雷暴云层与电离层通电的现象。电离层的高度在60~1000公里,范围涵盖了中层大气的上层、热层和外逸层,上接磁层和行星际空间。图8.7全球大气电路地球大气层里有一部分充满着带电的粒子,称为“电离层”。电离层的高度在60~1000公里。电流可以在电离层内流通,然后以晴天电流形式下传到地面,再通过地球本身的传导而形成一圈电路。电离层亦是全球大气电路的主要一环。

电离层与大气电路-全球大气电路成果

图8.6 雷暴闪电、蓝色喷流和红精灵

发生在对流层的雷暴闪电是雷暴云层与地面的通电现象。发生在中层大气的蓝色喷流(blue jet)和红精灵(sprite)是雷暴云层与电离层通电的现象。

地球大气还包含带电粒子[离子 (ions)和自由电子(free electrons),合称“等离子体”(plasma)]的部分,称为“电离层”(ionosphere)。电离层的高度在60~1000公里,范围涵盖了中层大气的上层、热层和外逸层,上接磁层(magnetosphere)和行星际空间。电离层的离子由太阳高能辐射产生,带电粒子对无线电波(radio wave)的远程传送有重要的影响。电离层包含D、E、F三层。D层高度为60~90公里,主要由原子莱曼系列α线(Lyman-alpha,121.6 nm)使NO离子化产生,中频(MF)与高频(HF)无线电波在此传播会有所衰减。此处离子复合为中性分子的速度相当快,D层在晚间几乎消失。E层高度为90~150公里,主要由软X射线(soft X-ray,波长1~10 nm)和远紫外辐射(far UV,122~200 nm)使O2离子化产生,在晚间也会变弱。F层高度为150~500公里,主要由极紫外辐射(extreme ultraviolet radiation,10~121 nm)使O原子离子化产生,此处电子密度最高,日夜都存在,能够反射高频电波,是无线电短波长程传播的基础。频率在30兆赫(MHz)以上的甚高频电波(VHF)则可以穿越电离层而进入太空

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图8.7 全球大气电路

地球大气层里有一部分充满着带电的粒子,称为“电离层”(ionosphere)。电离层的高度在60~1000公里。电离层形成了全球大气电路(global atmospheric electric circuit)里的重要一环。通过雷暴闪电、蓝色喷流和红精灵等现象,电离层会把其带负电的电流下传到地面(等于把带正向的电流从地面上传到电离层)。电流可以在电离层内流通,然后以晴天电流形式下传到地面,再通过地球本身的传导而形成一圈电路。

电离层亦是全球大气电路(global atmospheric electric circuit)的主要一环。雷暴闪电(雷暴云层与地面通电)、蓝色喷流(blue jet)和红精灵(sprite,雷暴云层与电离层通电)把电流上传,通过电离层,以晴天电流形式下传,再通过地球本身而形成一圈电路(约1000安培)。其中雷暴提供了所需的电力来源(电动势,electromotive force),雷暴云层在-20~10℃中的软雹(grauppel)、雪珠和冰雹因下坠时与细小的冰粒摩擦而带上负电,不同高度的云层间于是产生了电位差(electric potential difference)。中下层的雷暴云带负电,与地面的电压达1亿伏特(Volt),足以克服空气的高电阻,电子经闪电由云层传至地面,云层中带着正电的小冰粒因为较轻而可以随着气流上升,两者都形成向上的电流。

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