第四章晴天大氣電導(dǎo)率、大氣體電荷和大氣電流晴天大氣電導(dǎo)率、大氣體電荷和大氣電流是描述大氣電特性的三個(gè)重要物理量，它的時(shí)第一節(jié)晴天大氣電導(dǎo)率由于大氣中存在大氣正、負(fù)離子，從而使大氣具有微弱的導(dǎo)電性能，大氣的導(dǎo)電性能可大氣電導(dǎo)率取決于大氣離子電荷、大氣離子濃度和大大氣正極性電導(dǎo)率取決于大氣正離子，大氣正極性電導(dǎo)率表示為λ1，負(fù)極性電導(dǎo)率表示為λ2，則總的電導(dǎo)率表示為λ=λ1+λ2(4.1)λ=e(n1k1+n2k2λ1=k1B1(k1)dk1+K1B1(K1)dK1λ2=k2B2(k2)dk2++K2B2(K2)dK2(4.3)λ1=ek1n1λ2=ek2n2(4.5)式中n1和n2為大氣正負(fù)離子濃度，而k1和k2為大氣正負(fù)離子的遷移率?？梢钥闯?，大氣電導(dǎo)率與大氣輕離子濃度間呈正相關(guān)。1PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep加。所以大氣電導(dǎo)率較大時(shí)，大氣輕離子濃度也增大。上，由于太陽黑子引起宇宙射線強(qiáng)度減弱，導(dǎo)致大氣電離率減小，從而導(dǎo)致電導(dǎo)率減小。在幾公里高度以上的大氣中，大氣的電導(dǎo)率主要磁緯度增加而遞增，因此晴天大氣輕離子濃度隨地磁緯度增加而增加。間可以用弛豫時(shí)間t表示，定義為大氣電學(xué)量衰減到1/e時(shí)電過程的時(shí)間尺度遠(yuǎn)大于弛豫時(shí)間，則可近似認(rèn)為大氣電豫時(shí)間t可表示為t=ε/λ(4.6)式中ε是大氣介電常數(shù)，λ是大氣電導(dǎo)率。據(jù)觀測，全球大氣總電導(dǎo)率的平均值為2.3x10一16Ω一1.cm一1,其變化范圍從導(dǎo)率之比為λλ2λ1λ2k2n2天大氣負(fù)輕離子遷移率與晴天大氣正輕離子遷移率之比。通常由于率，可見到,對于工業(yè)區(qū)四周，大氣污染較重，電導(dǎo)率小；對于污染很小的山區(qū)，電導(dǎo)率較表4.1不同污染地區(qū)晴天大氣的電導(dǎo)率地區(qū)類別工業(yè)區(qū)周圍城市郊區(qū)遠(yuǎn)離大氣污染源的陸地近海和小島0.5~12~3232PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep高度(km高度(km)λλ2(z)λ1(z)2622605101520)圖4.1晴天大氣正負(fù)極性電導(dǎo)率λ1(z)和λ2(z)隨晴天大氣電導(dǎo)度隨高度的分布與晴天大氣輕離子濃度和輕離子遷移率性電導(dǎo)率與正極性電導(dǎo)率之比，隨高度(km)035λ1(z)測量值λ1(z)曲線值λmin(z)λmax(z)42029002000反映了氣溶膠含量隨高度的分布，因此晴天大氣總電導(dǎo)率隨其值隨高度變化不大；至溫合層層頂附近，其值隨高度急劇中，晴天在氣電導(dǎo)率才具有隨高度遞增的普遍分布3PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep高度(高度(km)543210481216200100200300400N1(z)λ(z)子濃度N1(z)隨高度的分布高度分布可以分別表示為到的大氣電導(dǎo)率隨高度分布的平均結(jié)果為17z2+2.3x1017z2異，它與晴天大氣輕離子濃度和遷移率的日變化規(guī)律密切相關(guān)。明前，谷值位于上午至下午。而晴天大氣輕離子濃度和遷移率又溫壓溫對大氣輕離子遷移率有影響，特別是氣溶膠的影響更為明顯。的春季和秋季，谷值位于每年的夏季和冬季。氣污染狀況不同，各地的電導(dǎo)率也不同，大氣污染小的地區(qū)，電導(dǎo)率的變化小。4PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep則大氣體電荷密度定義為1Q2=q+q(4.12)重離子的濃度。晴天大氣電場是晴天大氣體電荷響晴天大氣體電荷分布的結(jié)果。如由于大地的電極效應(yīng)，式中ε是大氣介電常數(shù)。也可得大氣電勢與體電荷密度的關(guān)系為ε▽2j=r(4.14)式得高度為z處的體電荷密度與電場和電勢的關(guān)系為r(z)=3.26x10一18exp(4.25z)+1.28x1019exp(0等氣象因子的影響，使晴天大氣體電荷密度隨高度的分布在常在逆溫層中晴天大氣體電荷密度出現(xiàn)較大的負(fù)值，而在緊氣電場情況下大氣體電荷密度的高度分布，從圖中可見，對5PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep高度（km）高度（km）5432154321-0.500.51.01.5p(z)(×10-18C·cm)布(相應(yīng)圖3.2a的大氣電場分布)-0.500.51.01.52.0p(z)(×10-18C·cm)高度(km)543211.51.00.500.51.01.52.0(c)晴天大氣體電荷密度p(z)隨高度的分布(相應(yīng)圖3.2圖4.3晴天大氣體電荷密度的高度分布情況表4.310m高度以下貼地氣層中的電荷分布6PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finepr(x10一r(x10一17C/cm3)r(x10一17C/cm3)均值溶膠含量等氣象要素的高度分布有明顯的日變化，導(dǎo)致晴40402000123503.00502.51002.01501.5244.54.053.50612182406121824地方時(shí)（小時(shí)）地方時(shí)（小時(shí)）21202424246666第三節(jié)晴天大氣電流7PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep大氣中正、負(fù)電荷的輸送便形成大氣電流。方式，所以晴天大氣電流可由不同性質(zhì)的晴天大氣場作用下產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)而形成的大氣電流。晴天大氣對流電流則動(dòng)而形成的大氣電流。晴天大氣擴(kuò)散電流是晴天大氣體電荷氣電流密度可以表示為wt(4.18)沿晴天大氣電場相反方向移動(dòng)。晴天大氣傳導(dǎo)電流密度表示為jc方向也垂直向下，用標(biāo)量形式表示為jc=λE(4.20)如果將（4.2）式代入（4.20）式可得jc=Ee(n1k1+n2k2+N1K晴天大氣體電荷隨氣流移動(dòng)形成的大氣對流電荷密度表示為jw 只考慮晴天大氣對流電流密度的垂直分量，它的標(biāo)量形式為jw=rw(4.23)jw=1016A.cm2，其值與地面晴天大氣傳jt=k▽r(4.24)8PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.finep式中k是大氣湍流擴(kuò)散系數(shù)，從上式可以看出，晴天大氣擴(kuò)散電流密度方向與晴天大氣體電荷密度梯度方向相反，通常晴天大氣體電荷密度在水平方向變化較小，而在垂直方向的變化較大，因此可以近似認(rèn)為jt在強(qiáng)湍流條件下，取k=106cm2.s一Ccm1，由此可求得jt=1.5x1016A.cm2，其值與地面晴天大氣傳導(dǎo)電流密度相當(dāng)。流，大氣位移電流密度表示為jd 式中t是時(shí)間變量。大氣位移電流方向與大氣電場方向相同或相反。其標(biāo)量形式為jd 晴天大氣電流密度和晴天大氣體電荷密度滿足電流的連續(xù)性方程，表示為在近地面層中，由于受大氣湍流影響，晴天大氣傳導(dǎo)電流密度隨高度分布較為復(fù)雜。