電離層中的發電機效應
正文
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,致使電流主要分布在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布特徵的電流體系。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=σ0E//+σ1E寑+σ2E×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 發電機電流主要分布區域。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Ep，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 
。
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布，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布。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周日分量為主（見電離層運動），其水平風速分布所對應的電流體系，可由地磁場的周日變化推算出來。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，其變化有半周日特性。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：
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