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[拼音]：dianliceng zhong de fadianji xiaoying

[外文]：ionospheric dynamo effect

在電離層中，橫越地球磁力線的電離層運動產生感應電流，這和發電機中轉子切割磁力線產生電流的原理十分相似，故稱為發電機效應。所驅動的電流愈大，表示發電機效應愈強。電流的大小主要由電離層電導率和運動速度決定。電離層電導率是各向異性的，又隨高度而變化，致使電流主要分佈在80～150公里的高度範圍，即發電機區之中。不同形式的電離層運動，會產生具有不同時空分佈特徵的電流體系。發電機效應不僅帶來地磁場的各種規則變化(如太陽日變化和太陰日變化等)，而且還會改變電離層特別是F層的運動狀態和形態特徵，例如產生赤道地區F層的雙駝峰現象（見電離層形態）。

電離層電導率

由於電離層是部分電離的，所以電離層是導電的，其電導率同電子密度、離子密度、帶電粒子同中性粒子的碰撞頻率以及地磁場有關。在磁場作用下，不僅沿電場方向有電流出現，而且還會形成垂直於電場方向的電流。這樣，電離層中的電流按流動方向可分為3種形式：第一種是平行於磁場的電流，稱為場向電流；第二種是平行於電場，但垂直於磁場的電流，稱為佩德森電流；第三種是既垂直於電場又垂直於磁場的電流，稱為霍爾電流。設磁場為

B

，平行於磁場的電場分量為

E

//，垂直於磁場的電場分量為

E

寑，則按廣義歐姆定律，電流密度

j

可表為：

j

=σ0

E

//+σ1

E

寑+σ2

E

B

/B ，

式中B 為磁場強度，σ0、σ1和σ2分別為平行電導率、佩德森電導率和霍爾電導率。

發電機區

發電機電流主要分佈區域。在電離層中，電場由兩部分組成。一部分是極化電荷產生的極化場

E

p，另一部分是電離層運動引起的感應場（或稱發電機場）。

，

v

為運動速度，c為光速。於是電場強度

。

由於發電機場總是同磁場垂直，所以電流的強弱主要決定於垂直磁場方向的電導率，即σ1和σ2。在80公里以下，σ1和σ2都很小，這是因為帶電粒子同中性分子的碰撞頻率太高的緣故。在150公里以上，碰撞頻率極低，磁場對帶電粒子的運動起控制作用，垂直於磁場的電場很難產生垂直於磁力線方向的電流，以致σ1和σ2也很小。而在80～150公里之間，離子因碰撞頻率高主要受碰撞控制，電子則因碰撞頻率低主要受磁場控制，二者運動方式截然不同，從而有垂直於磁場的電流產生，表現為σ1和σ2在這一區間為最大值。這一區域即稱為發電機區。由於碰撞頻率隨高度增加而不斷減小，所以σ0總是隨高度增加而增加，後果是沿磁力線電位降隨高度的增加愈來愈小，以致磁力線可近似地看做等位線。這樣，發電機區的電場可以沿磁力線輸送到電離層上部區域，帶來各種動力學效應，例如在赤道地區就可引起F層的雙駝峰現象。

電流體系

當發電機效應達到穩定平衡時，電流應滿足穩恆條件墷·

j

=0。已知地球磁場、電離層運動速度和電導率的分佈，對廣義歐姆定律和穩恆條件聯立求解，即可求出電離層中的電流分佈。另外，根據地面地磁場的規則變化也可以推出電離層中的電流體系。

各種形式的電離層運動都具有發電機效應。在電離層中的潮汐風以週日分量為主（見電離層運動），其水平風速分佈所對應的電流體系，可由地磁場的週日變化推算出來。發電機電流主要集中在 110公里附近的區域（這一結論得到火箭直接探測的證實）。由太陽引潮力和熱潮力引起的大氣潮汐運動產生的電流體系稱為Sq電流系，它隨著電離層電子密度的變化而有周日、季節等變化，並受太陽耀斑和日食的影響。月球引力產生的大氣潮汐運動在電離層中形成的電流體系稱Lq電流系，其變化有半週日特性。Sq電流系和 Lq電流系分別引起地磁場的太陽日變化和太陰日變化，幅度分別為幾十納特和幾納特。

在白天赤道附近 110公里高度上電流密度很大，這一強電流稱為赤道電急流。這是因為在赤道附近的電離層中，地磁場基本沿水平方向，並且電導率隨高度變化呈現一峰值，在峰值上面和下面電導率很快下降，該處的霍爾效應使得上下邊界積累異號電荷，產生鉛直方向極化電場。該電場所產生的霍爾電流大大地加強了水平電流，從而產生了赤道電急流。赤道電急流所對應的電導率稱為柯林電導率，記為σ3，它同佩德森電導率σ1和霍爾電導率σ2有如下關係：