连续两次特大粒子沉降对南极甚低频传播影响的观测和分析

通过观测1991-07-19~1991-07-20连续发生两次特大粒子沉降时,Omega导航系统G台与南极中山站之间甚低频(VLF)信号传播的相位变化情况,比较正常情况下G台-中山站的相位变化曲线;分析出VLF信号相位出现的异常变化。再与NGDC发布的GOES卫星观测的高能粒子流量作对比,研究连续两次特大粒子沉降对南极VLF信号传播造成的影响。结果表明高能粒子沉降与VLF信号相位异常超前现象之间存在着很好的相关性。     

中纬度地区粒子沉降和太阳耀斑对甚低频传播的影响分析

通过观测俄罗斯Alpha甚低频导航台到中纬度地区(新乡)之间的甚低频(VLF)信号的相位变化数据,发现在2002-07-17-2002-07-20期间,VLF信号发生了多次相位超前现象,观测到在2002-07-19和2002-07-20发生了高能粒子沉降事件,并分析出此次事件是由2002-07-17和2002-07-18发生的太阳耀斑引起.通过与美国发布的GOES卫星数据进行对比,发现两者的数据有很好的一致性.粒子沉降和太阳耀斑都会使甚低频信号的相位发生相位超前.粒子沉降大多数情况发生在极区,本次在新乡地区观测到高能粒子沉降,是一次极为宝贵的观测数据,对研究中纬度地区的高能粒子沉降有很大的作用.     

基于实测冰芯数据的南极海冰厚度的数值模拟

根据我国第22次南极科学考察现场观测数据以及现场采集的冰芯分析数据,考虑太阳辐射、云量等因素对南极海冰厚度变化的影响,利用最小二乘法辨识气温与冰表面温度之间的关系,并以辨识结果所得到的冰表面温度作为上边界条件,依据实测情况取结冰点-1．81℃作为下边界条件,对一维热传导方程采用Crank-Nicolson格式进行离散,对南极中山站内拉湾附近海域海冰厚度变化进行了数值模拟,并与现场观测的海冰厚度数据进行了对比。     

1997-03-09日全食的甚低频观测与分析

在1997-03-09发生日全食期间,在河南省新乡市对Alpha甚低频(VLF)信号的观测试验发现,日全食对VLF信号传播特性有很大的影响,明显引起VLF相位滞后.讨论了日全食对VLF信号传播影响的机理,并用"波导模"理论对这种影响进行了理论计算.计算结果表明:VLF传播路径穿越日全食主食带的情况下,VLF相速比正常情况减小的最大值约为0.101%~0.118%;VLF传播路径穿越80%日偏食带的情况下,该值约为0.064%~0.082%.     

甚低频法预报“神舟”三号发射期间的太阳耀斑爆发情况

太阳发生耀斑时,辐射出大量的X射线和高能粒子等,使得电离层的物质瞬间被大量电离,电离层的电子浓度急速变化,电离层的等效反射高度随之变化,从而引发甚低频信号相位异常现象。基于在河南新乡用甚低频接收机监测到的“神州”三号发射和返回期间的甚低频信号的相位异常情况,对相位异常的数据用最小二乘法进行了处理分析并给出了预测的耀斑级别,和美国的GOES卫星观测到的数据进行比较,结果吻合恰好,验证了此方法的可行性。     

北京师范大学着手在南极建立气候变化观测网络

正2012年,全球变化与地球系统科学研究院教师惠凤鸣随中国第28次南极科学考察队远赴南极,与科考队员一起,对第27次科考队在南极内陆冰盖安装的两架"极端环境无线传感器网络观测平台"进行了维护改造,并将安装两台新的观测仪器,在南极形成一个加密观测网络系统,获取更多的地面数据,用于验证遥感数     

复合波相对相位频率谱异常区分法

研究了复合波激电精密相干检测法.该方法采用复合波电流场源,对复合波信号进行精密相干检测,使待测信号频率与参考信号频率完全相同,它们之间的相位差严格固定;同时通过精确的多次叠加,提高信噪比,准确检测出复合波信号中各主频率的振幅和相位,并计算出各主频率之间的相对相位差,获取激电复合波相对相位频率谱信号;根据谱的低频段相对相位变化特征和高频段相对相位变化特征的差异,判别地下异常极化体的性质,达到区分激电异常性质的目的.此外,给出了多种地质体的激电复合波相对相位频率谱异常特征.应用结果表明:利用这些特征可实时、快速、直观地区分激电异常性质;该方法的观测系统轻便,观测精度高,抗干扰能力强,适用于快速普查和详查矿体,以及在生产矿山以高分辨率勘探深部矿体.     

无线电信号传播的多相位屏数学模型及数值模拟

采用多相位屏的数学模型,数值模拟无线电信号在大气中的传播过程.利用高分辨率探空气球提供的折射率数据,采用三次样条插值,得到地球大气参数的剖面.在大气球对称假设下,把GPS无线电信号看成是平面波,采用多相位屏数学模型,通过每个相位屏上的输入和输出复信号之间的关系,用快速Fourier变换和快速逆Fourier变换得到复信号在相位屏之间的传播,数值模拟无线电信号在大气中传播过程,最后得到观测屏上的相位角和振幅.在Matlab环境下进行编程和数值计算,对模型进行求解.在低对流层中,由于水汽的增加,电磁波传播条件复杂,超折射和衍射现象逐渐严重,信号难以锁定,大气传播的研究比较困难.多相位屏模型的数值模拟对此区域无线电信号传播较为有效,从而对GPS掩星技术的理论研究和物理反演的实现具有一定的价值.     

英鸽台水温异常研究

鸽台水温于2014年9-10月和2016年12月-2017年1月出现了两次明显的不明原因异常,我们首先对观测仪器和观测环境做了调查与研究,然后利用相关分析法研究英鸽台水温与水位资料,认为项鸽台水位与水温相关性非常好,因此2014年与2016年水温出现的不明原因异常可以排除是地震前兆异常。因此研究清楚英鸽水位与水温相关性对其资料的使用有很重要的意义。     

极轨卫星在780km高度上测得的高能粒子辐射事件

对搭载于我国第一颗地球资源卫星上的“星内高能粒子探测器”首批资料进行初步分析表明，在卫星780km轨道高度上所纪录到的所有高能粒子通量事件都只出现在3个地理区域，即两半球的高纬极光带和南大西洋地磁异常区。低能档电子在这3个区域都有出现，而高能档电子和质子在太阳宁静条件下，一般只出现在南大西洋异常区。从统计结果还可看出，南极光带附近的粒子通量大于北半球极光带。而在北极光带，与南大西洋异常区大体相同的经度附近，高能粒子的通量事件有一个明显的空隙区域。另一个观测事实是，0．5—2．0MeV能档的电子通量在极光区远大于2．0MeV以上能档的电子通量，而在南大西洋地磁异常区，两个通道的电子通量差别不大。与现有理论模型和国外大致相同轨道上的空间高能辐射环境直接观测资料对比还表明，卫星舱内的辐射与舱外的空间辐射环境是完全相关的。积累的有关资料不但是航天设计和环境应用研究所需的重要参量之一。也是空间物理基础研究特别是辐射带研究的重要数据。     

Fast acceleration of “killer” electrons and energetic ions by interplanetary shock stimulated ULF waves in the inner magnetosphere

Energetic electrons and ions in the Van Allen radiation belt are the number one space weather threat. Understanding how these energetic particles are accelerated within the Van Allen radiation belt is one of the major challenges in space physics. This paper reviews the recent progress on the fast acceleration of "killer" electrons and energetic ions by ultralow frequency (ULF) waves stimulated by the interplanetary shock in the inner magnetosphere. Very low frequency (VLF) wave-particle interaction is considered to be one of the primary electron acceleration mechanisms because electron cyclotron resonances can easily occur in the VLF frequency range. Recently, using four Cluster spacecraft observations, we have found that, after interplanetary shocks impact the Earth’s magnetosphere, energetic electrons in the radiation belt are accelerated almost immediately and continue to accelerate for a few hours. The time scale (a few days) for traditional acceleration mechanisms, based on VLF wave-particle interactions to accelerate electrons to relativistic energies, is too long to explain our observations. Furthermore, we have found that interplanetary shocks or solar wind pressure pulses, with even small dynamic pressure changes, can play a non-negligible role in radiation belt dynamics. Interplanetary shocks interaction with the Earth’s magnetosphere manifests many fundamental space physics phenomena including energetic particle acceleration. The mechanism of fast acceleration of energetic electrons in the radiation belt responding to interplanetary shock impacts consists of three contributing parts: (1) the initial adiabatic acceleration due to strong shock-related magnetic field compression; (2) followed by the drift-resonant acceleration with poloidal ULF waves excited at different L-shells; and (3) particle acceleration due to the quickly damping electric fields associated with ULF waves. Particles end up with a net acceleration because they gain more energy in the first half of this cycle than they lose in the second. The results reported in this paper cast a new light on understanding the acceleration of energetic particles in the Earth’s Van Allen radiation belt. The results of this study can likewise be applied to interplanetary shock interaction with other planets such as Mercury, Jupiter, Saturn, Uranus and Neptune, and other astrophysical objects with magnetic fields.     

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.     

一种水下电磁测距的新方法

基于电磁波在海水中传播时产生的传播衰竭和传播相移随距离变化的对应关系,提出了将接收的电磁信号的幅度与相位分离处理后利用相位特征量进行比相测距的新方法,还进一步讲座了预先确知信号条件下采用直接比相测距,任意信号条件下采用间接比相测距的两种方式,通过推算与水池试验的验证,利用电磁辐射源在水下运行时伴随的传播相移不仅可以实现单站被动测距,并且可以获得较高的距离分辨率与测距精度。     

甚低频远程遥控信号传输特性分析及接收方法

分析甚低频电磁波传播路径与方式,给出场强的计算公式。推导了海水中的基本电磁波方程,分析了电磁波的入水深度和入水后相位的变化,特别是电场和磁场分量从水面传播到水下时场强的衰减,并初步估算了甚低频遥控信号的入水深度。采用正交天线,不论信号来自任何方向,它接收到的都是最大值。     

基于直接力浸入边界法的线形排列多球颗粒沉降特性研究

本文运用直接力浸入边界法对低雷诺数的单个及线形排列的两个和多个球形颗粒自由沉降的特性和过程进行了数值模拟,首先通过单个球形颗粒自由沉降模型验证了该方法的准确性,同时研究了颗粒刚体假设(RBA)对结果精确性的影响,然后,在不同的颗粒间距分布条件下对竖直排列的不同数量的球形颗粒沉降进行了直接数值模拟。模拟结果表明,相对间距在一定范围内的线形排列双球和多球颗粒都可发生相继的牵引、触碰、翻滚过程;当线形排列球颗粒数量大于3时,颗粒的数量不会影响最下方两球初始的牵引和触碰运动;线形排列多球可改变发生牵引的两球的受力从而加速牵引和触碰的过程。     

两种闪电定位资料的对比分析

为更准确地应用闪电定位资料,实现资料的共享、互补,更好地为防雷减灾服务,利用贵州省2017年ADTD、VLF/LF两种闪电定位资料,运用数理统计等方法结合SPSS、MATLAB和ArcMap对闪电频次、雷电流强度等的时间分布和雷电流强度变化等进行对比分析。发现贵州省云闪中正闪发生的概率较高,正闪比例的峰值区域集中在冬季且雷电流强度最高; ADTD的雷电流强度整体大于VLF/LF,均较符合高斯分布;从探测到的闪电次数分析VLF/LF的探测效率较ADTD高。可见两套系统探测结果存在异同,因受探测站点安装时间的制约,需要积累长时间数据进行对比分析。     

原位观察铜网格增强Al/Cu复合材料的断裂行为

将一种按正交法编织的铜网格作为增强体引入到铝基体中制备了Al/Cu复合材料,再借助原位拉伸扫描电镜(SEM),观察了铝铜复合材料的组织演变,研究了其断裂机理与力学性能之间的关系.结果表明:在相同轧制变形量下,25 ℃冷轧和400 ℃热轧均可破碎增强体铜网格,并使其均匀分布于基体铝板.复合板原位拉伸下的载荷-位移曲线均表现出明显的弹性阶段、塑性阶段和失效阶段,微裂纹在Cu颗粒周围和应力集中处萌生,主裂纹及其扩展主要是Cu颗粒周围界面分层开裂与微裂纹沿滑移线方向的扩展共同作用下形成的,并且最终沿滑移线的断裂路径与单轴拉伸方向呈45°.发生在Al层的塑性断裂和Al/Cu结合界面上的界面分层断裂是Al/Cu复合板两种主要的失效方式.     

带电沙尘对微波传播特性的影响

根据Rayleigh近似下带电球形粒子的前向散射振幅函数,给出了指数分布模型下的带电沙尘粒子引起微波的衰减和相移计算模型,并对其正确性经行了检验。仿真结果表明,带电沙粒比不带电沙粒对微波信号衰减的影响明显增大,带电沙粒所带表面电荷越集中,对微波的衰减影响越大,且衰减随能见度的增大而减小;电磁波频率、沙尘的含水量及所带电荷的荷质比对衰减和相移影响明显。