地磁暴感应地电场的大地电性结构建模方法

探明磁暴期间地面感应电场的分布情形是正确计算地磁感应电流(GIC)和预测磁暴次生灾害影响的前提。根据电磁场唯一性定理,从求解磁暴感应地电场的角度出发,提出了一种复杂大地电导率结构的建模方法;该方法的特点是只建大地导体区模型,通过模型的边界条件反映地磁场的变化情况及感应地电流在地下的流通情形。采用有限元法求解了典型地电结构下的磁暴感应地电场,通过对比数值方法和解析方法求得的地面电场结果,验证了建模方法的可靠性。进一步采用该方法研究了无法解析求解的复杂地电结构的磁暴感应地电场问题,建模思路和方法为评估磁暴和GIC的管网效应提供了分析工具。     

长距离输电系统电压对磁暴感应地电场敏感性研究

提出了分析长距离输电系统电压对磁暴感应地电场大小、方向敏感性的方法。首先建立了变电站接地磁感应电流计算模型,指出了输电线路走向、接地点间的距离和接地点间的相对位置之间的关系,然后通过计算地磁感应电流所产生的变压器集群无功损耗,分析变压器无功需求对系统电压影响,最后建立了系统电压越限指标与磁暴感应地电场大小与方向的灵敏度模型。以西北750kV系统为例,仿真分析了地电场幅值从1V/km~10V/km、方向从正东(0?到正西(180?时750kV系统电压分布状况和电压越限指标,结果表明采用本文方法可以反映长距离输电系统节点电压对地电场大小及方向的敏感性。     

磁暴在单回交流输电线中的感应电流的验证计算

准确计算磁暴期间交流电网中的地磁感应电流(geomagnetically induced current,GIC)对评估磁暴对交流电网的影响至关重要。在研究磁暴对交流电网的影响时所应用的现有模型的基础上,以单回交流输电线为研究对象,将交流输电线、接地体和大地进行统一建模;并采用有限元法(FEM)进行求解。这种新模型既可以处理电导率复杂分布的大地模型,又可以将交流输电线及接地体对地表感应地电场分布的影响考虑在内。均匀选取磁暴期间地磁场变化频率0.000 1~0.1 Hz之间的特定频点,分别采用现有模型和新模型计算交流输电线中的GIC,通过对比验证,表明现有模型在频率0.000 1~0.1 Hz之间计算磁暴期间交流电网中GIC时是适用的。     

磁暴扰动对长距离输电高压系统电压影响分析

提出了分析长距离输电系统电压对磁暴感应地电场大小、方向敏感性的方法。首先建立了变电站接地磁感应电流计算模型,指出了输电线路走向、接地点间的距离和接地点间的相对位置之间的关系。然后通过计算地磁感应电流所产生的变压器集群无功损耗,分析变压器无功需求对系统电压影响。最后建立了系统电压越限指标与磁暴感应地电场大小与方向的灵敏度模型。以西北750 kV系统为例,仿真分析了地电场幅值从1 V/km～10 V/km、方向从正东(0°)到正西(180°)时750kV系统电压分布状况和电压越限指标,结果表明采用本文方法可以反映长距离输电系统节点电压对地电场大小及方向的敏感性。     

地磁感应地电场时频变换快速计算方法

随着我国特高压输电线路的建设,我国电网建设遭受地磁感应电流（geomagnetically induced current , GIC）影响的风险将大大增加。基于大地电阻模型利用有限元计算地磁扰动感应地电场（geomagnetic disturbance, GMD）地电场的方法,建模复杂,利用有限元法计算感应地电场成本过高。地磁测深数据得到的视电阻率综合反映了大地的电性结构,文中提出基于视电阻数据及地磁台实测数据直接计算GMD地磁感应地电场的方法。仿真实验表明,该方法可以极大缩短计算时间,减小计算成本,对我国电网应对地磁暴侵害提供了有效算法。计算结果表明地磁暴对各地地电场的影响不均匀,与当地的地质电性结构有很大的关系,同时南北走向的电网将产生更大的GIC,更易受到地磁暴的侵害,应作为主要的关注对象。     

基于时域有限差分法的浮顶油罐感应雷防护分析

为分析在雷击浮顶油罐附近地面时油罐感应的强电磁过程,建立了基于时域有限差分法的油罐感应雷分析模型,计算了雷击浮顶油罐附近地面时浮顶与罐壁间空气间隙的电场强度分布和雷电电场的辐射强度,分析了雷电流幅值、雷击距离和土壤电阻率对电场强度的影响.结果表明,浮顶与罐壁间空气间隙的感应电场强度随雷电流幅值和土壤电阻率的增加而增大,随雷击距离增加而减小;对于幅值30kA的雷电流,当雷击距离小于30m时油罐将隐含起火爆炸的可能性,当雷击距离小于1.2km时将可能损坏安装于油罐的电子设备.     

海南地区电离层扩展F现象与Dst变化关系研究

利用2002年2月—2007年12月海南地区DPS-4型测高仪探测数据,统计分析研究了海南地区磁暴期间电离层扩展F现象与Dst指数下降值的关系。主要结果为：在海南地区磁暴期间,如果Dst指数下降最快值出现在白天,午夜前扩展F现象的发生会被强烈地抑制;如果Dst指数下降最快值出现在晚间,夜晚扩展F现象的发生会被激发。这是对海南站电离层观测数据分析,得到的一个新结果。本文还对磁暴期间电离层扩展F现象的发生与电离层扰动发电机电场、磁层渗透电场的关系进行了讨论。     

磁暴对夜间中低电离层影响的数值模拟

从电子连续方程、电子运动方程以及离子运动方程出发,选用IRI-90电子浓度为磁暴初始时的浓度,并采用HEDIN-90剪切时变中性风模式,对中低纬电离层F层在磁暴期间的变化形态进行了数值模拟研究.模拟结果表明:磁暴会引起电离层产生不同程度的扰动,在磁暴时存在的东西方向电场的作用下,电离层F层峰产生垂直漂移.不同情况的模拟表明:不同强度的暴时电场会对电离层F层产生不同的影响,并且纬度越低F层受暴时电场的影响越大,这与磁暴期间观测到的电波实验现象一致.     

基于径向基函数法的特高压直流输电线路地面标称电场计算

输电线路地面标称电场强度的大小是输电线路设计需要考虑的重要参数.针对有限元法在计算中面临的网格剖分和计算时间较长问题,将基于径向基函数(RBF)的无网格法引入到直流输电线地面标称电场的计算中,阐述了RBF的定义和此法的原理、实施步骤,通过编制程序,进行仿真计算,并讨论了不同输电线参数对地面标称电场强度的影响.算例分析表明:运用此法计算的地面标称电场结果和已有文献值较为接近,并与具有解析解的电缆模型电场强度值吻合得很好,说明该方法具有较高的准确性和有效性;导线对地高度和极间距离对地面标称电场强度的影响较大,次导线半径和分裂根数对地面标称电场强度的影响较小.     

轨道电路的GIC监测数据分析

为了研究轨道电路GIC监测数据特征及影响因素,对2015年6月23日京港客运专线鹤壁东站轨道电路GIC监测数据进行统计分析。轨道电路GIC监测数据与子午工程观测台站武汉九峰站地磁场数据有较强的相关性,与地磁场北向分量和东向分量显著相关,从统计学角度论证了轨道电路中监测电流主要由地磁暴产生。本文采用小波去噪法对轨道电路GIC进行降噪处理,可有效提高与地磁数据的相关性,并与平面波模型和分层大地模型的计算感应地电场进行多元回归分析,得到京港客运专线石武段轨道电路GIC的经验模型,研究结果可用于轨道电路GIC预测及特性分析,有助于理解地磁暴对轨道电路信号系统的影响。同时,轨道电路电磁环境复杂易受干扰,对轨道电路的GIC监测及模型建立提出了新的挑战。     

Pb isotopic geochemical study on the crustal structure of Tongbaishan

Pb isotopic composition of the Tongbai complex, distributed in the Tongbaishan to the west of the Dabieshan, ranges between the Dabie core complex and the Dabie ultral-high pressure (UHP) metamorphic complex, the latter having more radiogenic Pb isotopic composition than the former. Granites from the Jigongshan pluton, which intruded mainly into the Tongbai complex, are distinct from the Tongbai complex but similar to the Dabie core complex in Pb isotopic composition, showing that the magma of the Jigongshan granites was derived from the partial melting of the Dabie core complex. According to Pb isotopic compositional variation model in the vertical crustal section and magma source from the Jigongshan pluton, it is suggested that the Tongbai complex was an upper rock serial of the Dabie core complex, which is beneath the Dabie UHP metamorphic complex in the crustal structure of the Tongbai-Dabie orogenic belt. The Tongbai complex was not well preserved in the Dabie area due to the high exhumed crustal section. However, the crustal section in the Tongbai area was exhumed less than that in the Dabie area, and the deep crust in the Tongbai area still contains the basement composition similar to the Dabie core complex. Therefore, the crustal basements from the Dabie to Tongbai areas are united. The present distribution of the basement blocks in different locations of the Tongbai-Dabie orogenic belt reflects different exposure of the crustal section.     

沙尘暴次数和持续时间呈指数关系N=A·10-bt

通过分析中国国家气象局整理的中国沙尘暴资料,发现持续时间大于t的沙尘暴次数N满足：N=A·10^-bt,其中A、b是正的常数。这个规律具有普适性。另外,还发现b值与沙尘暴阈值风速有关,沙尘暴阈值风速较小的地区,如沙漠、沙地以及干旱的黄土高原,b值较小;沙尘暴阈值风速较大的地区,如戈壁、高山等,则b的值较大。     

暴雨强度公式推算方法的研究及应用

根据暴雨强度资料,采用皮尔逊Ⅲ分布模式对暴雨强度频率分布进行拟合,并由此编制反映暴雨强度、历时、重现期三者关系的i-t-T表。在对暴雨强度公式中参数确定时,引入基于非线性最小二乘法原理的数学优化技术,并给出了在Matlab环境下的实现过程。     

Magnetic Storm Effects in the Auroral Ionosphere Observed with EISCAT Radar -Two Case Studies

Storm-time changes of main plasma parameters in the auroral ionosphere are analyzed for two intense storms occurring on May 15, 1997 and Sept. 25, 1998, with emphasis on their relationship to the solar wind dynamic pressure and the IMF Bz component. Strong hard particle precipitation occurred in the initial phase for both storma,associated with high solar wind dynamical pressure. During the recovery phase of the storms, some strong particle precipitation was neither concerned with high solar wind pressure nor southward IMF Bz. Severe negative storm effects depicted by electron density depletion appeared in theF-region during the main and recovery phase of both storms, caused by intensive electric field-related strong Joule/frictional heating when IMF was largely southward. The ion temperature behaved similarly in E- and F-region, but the electron temperature did quite different, with a strong increase in the lower E-region relating to plasma instability excited by strong electric field and a slight decrease in the F-region probably concerning with a cooling process. The field-aligned ion velocity was high and apparently anticorrelated with the northward component of the ion convection velocity.     

对欧姆定律微分形式微小误差的研究

以稳恒载流圆直导线为例，根据保证稳恒电流的电荷分布特点，指出欧姆定律微分形式中的电场强度Ｅ应是总电场在电流方向的分量。同时又指出一般情况下这一分量与总电场方向偏差很小，量值基本相等。     

欧姆定律微分形式微小误差研究

以稳恒载流园直导线为例,根据保证稳恒电流的电荷分布特点,指出欧姆安律微小形式中的电场强度E^→应是总电场的电流方向的分量,同时又指出一般情况下这一分量与总电场方向偏差很小,量值基本相等。     

台风"纳沙"期间广西近岸风暴射流产生与增减水异常现象

利用长度为1年的广西近岸观测站的ADCP数据和有关潮位观测结果,针对2011年"纳沙"台风期间引发的广西沿岸西向风暴射流和增减水变化过程对应关系,分析台风期间广西近岸西向风暴射流产生的主要原因。结果发现:台风登陆期间S1站表、底层实测流速均比无台风期间流速增大将近两倍,余流流速最大值超出正常值3倍以上;台风消退时底层流向恢复最快,表层较慢;广西近岸强劲西向风暴射流的产生,可能是入海径流与台风将海水向北输运两种作用叠加导致的;台风引起的水位增减变化具有先减后增的规律。在距离海岸不到1 km处产生如此大的西向风暴射流实属少见,深入开展台风期广西沿岸西向风暴射流在传入近岸港湾后的变形、分布及衰减的理论问题研究,对于近海生态系统及环境保护具有重要的理论和现实意义。     

甚低频电磁波方法预报地磁暴

通过观察甚低频电磁波的相位变化,预测太阳耀斑的级别.当太阳耀斑爆发时,太阳表面首先会发出大量电磁辐射(主要是X射线),甚低频电磁波能很好地感应到此辐射;其次还喷射出大量带电低能粒子流,这会引起地磁暴,且通常在耀斑爆发1~2d之后到达地球.给出了一个预报地磁暴的实例.两事件的时间间隔约为28h,太阳风的速度约为1 484.1km/s.