基于三维海浪模型的海浪感应磁场模型研究

究工 作 。 国外 Ｌ ｏ ｎ ｇ ｕ ｅ ｔ — Ｈ ｉ ｇ ｇ ｉ ｎ 等 人对 海 洋 中感应 电 流 的 确 定 问题 进 行 了详 细 的研 究 ， Ｃ ｒ ｅ ｗ ｓ 、 Ｆ ｕ ｔ ｔ ｅ ｒ ｍａ ｎ 计算 了风浪在海平 面上方产生 的磁场 ， Ｊ ． Ｔ ． Ｗｅ ａ ｖ ｅ ｒ 给 出 了一 个 海 浪 产 生 电磁 场 的理 论 模 型 Ⅲ ； 我 国海 洋学 家针对海 洋 中的磁场 也进行 了深人 的研究 ， 比如 中 国海洋 大 学 的吴 晋 声 和 陈芸 结合 Ｌ ｏ ｎ ｇ ｕ ｅ ｔ — Ｈ ｉ ｇ ｇ ｉ ｎ
海浪谱模型得 出了复杂 的随机海浪感应磁场பைடு நூலகம்算 方法 ， 用感生电磁场的磁场强度 的时间序列估计海 浪 的 能量谱 ［ ２ １ 。而 Ｌ ｏ ｎ ｇ ｕ ｅ ｔ — Ｈ ｉ ｇ ｇ ｉ ｎ ｓ 模 型 假设 海 浪 只 沿 一 个 固定 方 向传 播 ， 且 假 设其 波 峰 和波 谷 线相 互
声量级 、 频带相近时 ， 这些噪声都 是不可忽略的干 扰源 ； 在潜 艇 进行 水 下 的 目标 检测 、 识别时 ， 以及 用
于船 舰本身消磁来抵消 因地球磁场作用而产生的 磁异常时 ， 海洋的磁场噪声更是不可忽视。因此建 立海浪感应磁场 的数值计算模 型， 分析海浪磁场的 分布规律 ， 为航空磁异常探测技术和潜艇 目标检测 识 别 技术 提供 了十分 必要 的海 浪磁 场理 论参 考 。 数 十年 来 ， 许 多 学 者对 海 浪磁 场 进 行 了大 量 研
平行 且 垂直 于 前进 方 向［ ３ ］ 。实 际上 ， 海 面上 的波浪不
导率 ， 其取值一般在 ３ ～ ５ Ｓ ／ ｍ 。海浪磁场计算中 ， 由 电离 层所 引起 的磁 场仅 占地 球 主磁 场 的 ５ ％或 者更
少， 作为近似 ， 可忽 略这部分微弱磁场 的影响 。另 外， 为方便计算 ， 可 认 为海 水 运 动 为 海 洋 的局 部情
波产 生 的磁场 。为 了更 好地 分析 三维海 浪感 应磁 场 的空 间分 布规 律 ， 本 文基 于 三维 不 规则 短 峰 波海 浪 模型， 从 电磁 场基 本 理论 出 发 ， 推 导 出 了海 浪 矢 量 感应 磁 场模 型 ， 并 在 该模 型 的基 础 上 ， 仿 真 分 析 了 海 浪感应 磁场 空 间分布 特性 。
形， 而不是全球大范围的运动 ， 进 而 假 设 主 磁 场 在 数 十千米 内是个 稳 定 的局部 常量 。在 典型 的海水 波
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ５ — ０ １ — ０ ６ 基金项 目： 国防基础科研计划 资助项 目（ Ｂ ２ ０ １ ２ ０ １ ３ ２ ０ ０ ５ ）
作者简 介 ： 高胜峰（ １ ９ ８ ７ 一 ） ， 男， 博 士研究生 ， 主要从 事潜艇航行环境分析与保护研究 。Ｅ － ｍａ ｉ ｌ ： ｇ ａ ｏ ｓ ｈ ｅ ｎ ｇ ｆ ｅ ｎ ｇ ２ ０ ５ ＠１ ２ ６ ． ｃ ｏ ｎ ｒ
海水 是 一 种弱 电介 质 ， 海洋 中海 浪 的运 行 变 化 会 切 割地 球 磁 场 ， 并生成微弱的电场 ， 进 而就 会 在 海 洋 内部 和周 围空间激 发感 应磁 场 。在 航空 探测 中 当 由 海 浪 所 引起 的 感 应 磁 场 噪声 与 检 测 的 目标 噪
仅波高不同、 频率不同 ， 还会 向各个方向传播 ， 因此 现有 的 海 浪磁 场模 型不 能描 述 主海 浪 以外 扩 散 谐
第 ３ ４卷 第 ６期 ２ ０ １ ５年 １ ２ 月
海 洋 技 术 学 报
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ０Ｆ ＯＣＥ ＡＮ Ｔ Ｅ Ｃ ＨＮ０Ｌ ＯＧ Ｙ
基 于三维海浪模 型 的海浪感应磁场模型研究
高胜峰 ， 朱 海 ， 郭正东 １ ， ２ ， ３ ７ 蔡 鹏
（ １ ． 海军潜艇学院 ， 山东 青岛 ２ ６ ６ ０ ４ ２ ； ２ ． 中国科 学院海洋环 流与波动重点实验室 山东 青岛 ２ ６ ６ ０ ７ １ ：
７ｘ Ｈ＝ ／ ｚ ｏ Ｊ （ ３ ）
式 中： ＆ ， 为短峰波海浪 的方 向波谱。通常 认为波能的方向和频率是无关 的， 则短峰波海浪方 向波谱可用两个独立 函数的卷积来表示 ， 即：
，
３ ． 中国科学 院研究生大学 ， 北京 １ ０ ０ ０ ４ ９ ）
摘 要： 目前 海浪 磁 场模 型 大都是 基 于 Ｌ ｏ ｎ ｇ ｕ ｅ ｔ — Ｈｉ ｇ ｇ ｉ ｎ ｓ 海浪模 型 推 导 的 ， 不 能描 述主 海 浪 以外扩 散 谐 波产 生 的磁 场 。为 了更好地 分析 三 维 海浪感应 磁 场 的空 间分布规 律 ． 文 中基 于三 维不规 则短 峰 波海 浪模 型 ， 从 电磁 场基 本理 论 出发 ， 推 导 出 了海浪 矢量感 应磁 场模 型 ． 并 在该 模 型 的基 础 上 ， 仿 真分析 了海 浪感应磁 场空 间分布 特性 关键 词 ： 海浪 ； 感 应磁 场 ； 三维 海浪模 型 ： 数 值仿 真 中 图分类 号 ： Ｐ ７ ３ ３ ． ６ 文献标 志码 ： Ａ 文 章编 号 ： １ ０ ０ ３ — ２ ０ ２ ９ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ６ — ０ ０ １ ９ — ０ ４
１ 海浪感应磁场模型
１ ． １ 运 动海 水感 应磁 场模 型
在 海洋 中 ，以速度 在地 磁 场曰 中运 动 的海水
会产生传导 电流ｔ ， ， 其表达式为 ：
÷ —÷ ＿÷ —
‘ ， ＝ ＋ Ｖ ｘ Ｂ ）
（ １ ）
式 中： Ｅ 为感 应 电磁 场 的电 流强 度 ； 盯为海 水 电
海 洋 技 术 学 报
第３ ４卷
动频率上 ，位移电流相对于传导电流来说很小 ， 可
以忽略 ， 故公式 可 以简化 为 ： Ｊ ＝ ｏ ＇ Ｖ ｘ Ｂ （ ２ ）
ｋ ｉ ｙ ｓ ｉ ｎ ￣ 一 ∞ ＋ ）
Ｌ ６ ）
根 据安 培定律 ， 则感 生 电磁场 满足 以下公 式 ：