我國空間電離層中的低頻電力線諧波輻射研究

《我國空間電離層中的低頻電力線諧波輻射研究》是依託北京航空航天大學，由吳靜擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：我國空間電離層中的低頻電力線諧波輻射研究
• 依託單位：北京航空航天大學
• 項目負責人：吳靜
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

大量地基觀測和天基探測實例表明，電力線的諧波輻射不僅會對公用電網及其它地面系統造成危害，在一定條件下還會對空間電離層和磁層造成擾動。作為空間環境的一種人為污染源，電力線諧波輻射（PLHR）的地基觀測、天基探測、形成機理、擾動效應等在國外頗受關注，但國內尚未開展專門的研究。本項目利用法國國家空間中心DEMETER地震電磁衛星探測數據研究近年來我國空間電離層中是否存在PLHR現象，以及其產生的可能原因與可能造成的影響；還將利用電磁場與電磁波理論研究電力線的諧波輻射在由地球、中性層、各向異性電離層等構成的空間中的傳播模型及其解。本項目對於深入認識PLHR現象及其形成機理、PLHR對電離層環境的影響，以及辨識地震電磁衛星記錄的低頻電磁效應等，具有重要的科學價值。隨著我國電網的發展，以及相關探測衛星的發射，本項目的開展具有重要的現實意義和長遠意義。

結題摘要

根據大量地基和天基探測實例可知，空間電離層中存在500Hz~4kHz以內、強度高於背景強度10dB及以上（最高可達50dB）、中心頻率間隔為50Hz/100Hz或60Hz/120Hz的諧波輻射現象。國外學者普遍認為這種輻射與地面電力系統有關，並將其稱為電力線諧波輻射（Power line harmonic radiation，PLHR）。作為空間環境的一種人為污染源，PLHR的地基觀測、天基探測、形成機理、擾動效應等在國外頗受關注，但國內尚未開展專門的研究。 本項目利用法國國家空間中心DEMETER電磁衛星探測數據研究了我國空間電離層中存在的PLHR現象。通過所編制的PLHR事件自動識別程式，結合人工肉眼識別的方法，從覆蓋我國空間的5532個軌道數據中，在500Hz~5kHz範圍內發現了151例PLHR事件，其中132例事件的輻射源有可能來源於我國地面電力系統。分析結果表明，這些事件呈現增多的趨勢，2010年和2009年明顯多於2008年和2007年，而2008年和2007年又明顯多於2006年和2005年；它們發生前後地磁水平並無太大變化；它們的地理分布具有較強的地域聚集特徵，即在某些地區可以探測到較多事件，而在其它地區則較少甚至沒有；它們的中心頻率分布與地磁緯度有密切關係，中緯度的頻率較高；它們在冬季、白日的出現率明顯高於夏季、黑夜；它們的頻率間隔並非恰為50Hz的整數倍，而是具有一定偏差，夜晚呈現上偏趨勢，白日呈現下偏趨勢；它們發生前後13天內電離層電漿各成分的密度和溫度的變化無規律可循。 為了探究PLHR在電離層中的傳播特點，利用解析方法求解了理想導電大地上方由無限長載流導線產生的電磁波在各向異性均勻電離層中的傳播模型，結果表明這種輻射源產生的電磁波在電離層中以右旋圓偏振波的方式傳播，在某些頻率處可能出現導波模；還利用改進的全波求解方法求解了非理想導電大地上方電偶極子源在水平分層各向異性電離層中的傳播模型，並分析了不同大地電導率、不同電離層狀態（白天和夜晚）、不同地磁場大小和方向對電磁波傳播的影響。 本項目已取得的成果有利於進一步解釋PLHR的輻射源及其形成的機理，對於深入認識電離層和磁層中的各種動力學過程以及特殊的電磁效應具有重要的科學價值。