2001年8月-10月2次磁暴事件期间等离子体片边界层FAC与AE指数的关系分析

与以往单（双）卫星探测不同，利用ClusterⅡ四颗卫星的磁场数据，可以直接计算连续变化的场向电流（FAC）密度，这为研究场向电流与地磁活动之间的关系提供了一个很好的条件。对2001年8月和10月2次磁暴期间Cluster卫星穿越磁尾等离子体片边界层时的探测数据进行了分析，研究了这2个磁暴期间场向电流变化及其与极光电集流指数AE之间的关系。主要结果如下：（1）在这两次磁暴期间，场向电流有明显的增强；（2）从磁暴的急始到主相初期，场向电流密度的大小与AE指数近似负相关；（3）在主相后期和恢复相初期，场向电流密度大小与AE指数近似正相关；（4）在磁暴恢复相后期，场向电流与AE指数无明显变化关系。     

日冕物质抛射的地磁扰动强度及渡越时间的预测方法

选取了1997.1~2002.9期间的80个CME-ICME事件, 结合太阳光球磁场的观测和CME爆发源的位置, 建立了一种用于研究CME传播及其地磁响应的坐标系—— 电流片磁坐标系CMC(current sheet magnetic coordinate). 在此基础上研究了CME爆发位置以及爆发时刻的日球电流片位形对CME引起的地磁扰动强度(以Dst指数为例)和CME渡越时间的影响, 初步结论是: (ⅰ) CME的地磁响应存在着关于电流片的同异侧效应, 即当地球和CME的爆发源处于电流片的同侧时, CME更易于传播到地球, 更易于引起较强的地磁暴, 相对而言, 异侧的CME事件较少到达地球, 它所引起的地磁暴也较弱. (ⅱ) 日球电流片到地球的角距离影响相应地磁扰动的强度, 电流片越靠近地球位置, 相应的地磁扰动越强烈. (ⅲ) CME爆发位置与附近电流片位形对CME到达近地空间的渡越时间也有影响. 根据这些结论, 提出了一种在CMC坐标系下基于CME的投影速度来预报地磁暴强度及CME渡越时间的经验模式, 并利用该方法对80个事件进行了预报试验. 结果表明, 对于Dst_min≤−50 nT的中等磁暴和强磁暴事件来说, 59%的事件其磁暴强度相对误差≤30%, 而全部事件的渡越时间平均绝对值误差都在10 h以下.     

火星磁层中尾向磁场对O+离子分布的影响

在与地球对比的基础上,采用LB磁场模型,根据由动力学方程求解得到的分布函数,研究了火星磁层中不同尾向磁场条件下来自电离层的O⁺离子沿磁力线的分布。结果发现火星磁尾区O⁺离子通量密度受火星与太阳风相互作用而产生的感应型尾向磁场的影响：（i） 火星磁尾O+离子通量密度随尾向磁场的增强而增大,当尾向磁场由5 nT增大到20 nT时,磁尾2.8 Rm (Rm为火星半径)处O+离子通量密度可增大3倍左右;（ii）火星磁尾O+离子通量密度随内禀磁矩的增大而减小,当内禀磁矩增大半个量级时,磁尾2.8 Rm处O+离子通量密度可减小到25%左右. 根据实际观测得到的O⁺在不同火星磁层区的数据和本文的理论曲线,推测得火星的内禀磁矩约为2×1017 T·cm3,这与美国最新的火星探测飞船MGS观测结果一致.     

磁暴期间外辐射带的1.5～6.0MeV电子通量变化

由于CME与CIR的太阳风/行星际磁场结构有所差别,所以在这两种太阳风/行星际结构触发的地球磁暴期间,太阳风等离子体与能量通过磁重联向地球内磁层的注入过程也不相同.因此对于CME引发的磁暴与CIR引发的磁暴,辐射带高能电子通量的变化有显著差异.通过SAMPAX卫星观测的数据,本文分别对54个CME触发的磁暴与26个CIR触发的重现性磁暴期间1.5～6.0MeV电子外辐射带的动态变化进行了研究.结果表明,在主相期间,对于CME磁暴,电子通量在6≤L≤7的区域出现了显著增强.在Dst指数（中值）达到最小值（-201nT）时,外边界的位置移动到L=4附近.对于CIR磁暴,主相期间,没有在6≤L≤7区域观察到通量的显著增强.而当Dst指数（中值）达最小值（-58nT）时,外边界的位置移动到L=5.5附近.在磁暴恢复相期间,对于CME磁暴,外辐射带的位置整体低于磁暴前,在6≤L≤7的区域也出现了电子通量的增强;对于CIR磁暴,外辐射带外边界的位置相比磁暴前有不明显的增高,并且在上述区域没有观察到通量的明显增强.我们发现在绝大多数情况下,1.5～6.0MeV电子的外辐射带电子通量对数衰减1/e截止廓线可以表示出外辐射带外边界的位置.在CME磁暴主相期间,对数衰减1/e截止纬度与Kp指数具有相关性（相关系数为-0.56）.对于CIR磁暴,对数衰减1/e截止纬度与Kp指数也有较好的相关性（相关系数为-0.58）.此外,CME磁暴主相期间,1.5～6.0MeV电子通量最大值的位置（L值）受到磁暴期间Dst指数最小值的控制;整体而言,对于上述两种磁暴,电子通量最大值的位置都随磁暴的增强而降低.多重磁暴是造成外辐射带相对论电子通量变化异常的重要原因之一.     

利用NARX神经网络由IMF与太阳风预测暴时SYM-H指数

SYM-H是一个重要的空间天气指数, 它与Dst指数相似, 是磁暴强度的表征, 但SYM-H具有更高的时间分辨率. 本文发展了一种具有输出时延反馈的非线性自回归神经网络(NARX)预测模式, 由太阳风和IMF参数预测暴时SYM-H指数的变化. 与BP网络和Elman网络相比, 预测效果显著改善. 用15个强磁暴(含5个Minimal SYM-H <-200 nT的超强磁暴)进行检验, 预测与实测SYM-H指数的相关系数总体达到0.91; 对于5个超强磁暴, 相关系数最低为0.91, 相应的磁暴为2001年3月最小SYM-H达-434 nT的磁暴, 对两个SYM-H小于-300 nT的磁暴预测相关系数分别达0.93和0.96. 在NARX网络中将适当长度(约120 min)的SYM-H指数输出, 反馈给网络外部输入, 即输入中包含环电流内部准实时与历史状态信息, 是使模式预测能力在已有基础上得以大大提高的关键; 说明除了行星际的直接驱动之外, 环电流自身状态对磁暴的发展变化, 特别是对于恢复相过程有重要作用, 在利用神经网络对环电流指数进行预测时必须恰当地加以考虑.     

磁尾电流片大尺度南向运动及晨昏方向拍动的观测研究

2001年8月7日23:10UT到8月8日06:10UT期间,Cluster卫星观测到中磁尾电流片一个较为罕见事例.在长达7h的时间间隔内,磁尾电流片一直在向南运动.位于磁尾等离子体片内的Cluster卫星反复穿越电流片,说明电流片在大时间尺度南向运动的过程中伴随着中小时间尺度拍动.我们利用最小方差分析方法(MVA)和多点卫星数据研究了电流片的法向,电流密度和磁场曲率等特性,发现在整个事件中,电流片在扁平电流片和倾斜电流片之间反复转换.在倾斜电流片中等离子体存在着强烈的晨昏方向的水平摆动,导致Cluster卫星在此期间反复穿越倾斜电流片.这个特性与以往观测到的kink不稳定性引起的电流片南北向拍动特性明显不同.电流片的拍动有两种类型:一种是伴随BBF的扁平电流片的南北方向拍动,一种是与BBF无关的倾斜电流片的晨昏方向拍动.所以在本文所研究的事件中电流片的拍动与BBF并没有必然的联系.     

氧化锌压敏电阻空间电荷与非线性特性的关系

为了从微观角度解释ZnO压敏电阻的导电机理，利用电声脉冲（PEA）法，对4种ZnO压敏电阻试样在不同电流密度下的空间电荷分布特性进行了试验．研究结呆表明，空间电荷和电流密度之间的关系与伏安特性曲线具有一致性，可以反映非线性特性．在小电流区，空间电荷与场强和电流密度呈线性关系，空间电荷的增加反映了晶界层表面态的减少和肖特基势垒的变化．小电流区到中电流区存在过渡区，过渡区的电流是由热电子激活和隧道电流共同构成．在中电流区，随着电流的增大，空间电荷会呈减小趋势，当耗尽层减小为零时，空间电荷会基本消失．     

THEMIS星座对2008年2月26日磁层亚暴的观测--磁尾重联触发的亚暴分析研究

本文利用THEMIS卫星结合地面极光和地磁的观测,研究了2008年2月26日04：05和04：55UT的两次亚暴事件.Angelopoulos已经对发生在04：55UT的第二个亚暴事件做了分析.本文对两次亚暴的相关活动进行了详细研究,特别对第一次做了深入讨论,并着重分析了磁重联与亚暴活动的关系.在两次亚暴的初始阶段,第一次极光增亮发生在中磁尾磁重联后2～3min,但是持续时间较短,极向膨胀缓慢,与伪暴的特征相似,标志了亚暴的初突发（initial onset）.两次亚暴都存在第二次极光增亮和极光的极向膨胀,且时间与近地磁尾观测的地向流和磁场偶极化同时发生,并与亚暴膨胀相的其他活动的发生同步,标志了亚暴的主突发（major onset）.在两次亚暴的增长相期间,极盖区开放磁通量持续增加;在亚暴膨胀相和恢复相中,极盖区磁通量迅速减少.表明两次亚暴膨胀相的演化分别与两次尾瓣开放磁力线重联过程相联系的.从亚暴活动的参数分析,这两次亚暴都属于小亚暴范围;从重联率分析,两次磁重联都属于弱重联.本文的观测结果表明,中磁尾磁尾重联首先触发伪暴;高速流将磁通量和能量传输到近地磁尾;高速流减速最终导致亚暴...更多电流楔（substorm current wedge,简称SCW）的形成和电流中断,产生近地偶极化和极光膨胀,引起亚暴膨胀相突发.本文的观测结果是对近地中性线模型（near earth neutral line,简称NENL）和重联-电流中断协同模型（synthesis scenario of MR and CD,简称RCS）模型及亚暴膨胀相两步突发观点的有力支持.     

我国地球空间探测的一个新台阶--"地球空间双星探测计划"

地球空间双星探测计划包括的两颗小卫星,分别运行于目前国际上地球空间探测卫星的尚未覆盖的近地赤道区和近地极区。双星计划的主要科学目标是：用高分辨率的仪器在近地空间的主要活动区（包括近地等离子体片及其边界层区、辐射带区、环电流区和极光加速区）探测场和粒子的时空变化;研究磁层亚暴、磁暴和磁层粒子暴的触发机制及磁层空间暴对太阳活动和行星际扰动的响应过程;建立地球空间环境的动态模式。为了实现科学目标,赤道卫     

三维Hall MHD数值模拟中初始载流子对场向电流分布的影响

用Hall MHD数值模拟的方法研究了Hall等离子体中不同初始粒子载流情形下磁场拓扑形态结构的改变以及场向电流与Alfven波的产生．在考虑了初始离子载流子的影响后，模拟结果中磁场的拓扑形态结构更加复杂．模拟结果中除了传统的By四极结构以外，还出现了一个与传统By四极结构相反的反四极结构，这种结构的出现使Hall MHD理论能解释完全电子载流情形下不能解释的观测现象，作为事例给出了Cluster卫星观测事例．同时还得出以下几个非常有意义的结果：1）受Hall效应影响的区域（空间变化尺度小于或相当离子回旋半径的区域）电子与离子分离．在非Hall效应影响的大部分区域，受初始离子＋y方向运动的影响整个磁结构向＋y方向偏移；而在受Hall影响的较小区域，受电子运动影响磁力线向-y方向弯曲．随之，By产生；2）由于By的出现，场向电流（FACs）产生．与完全电子载流的情形相比，结果中场向电流分布的中心随离子载流比例的增加向＋y方向偏移，场向电流主要分布在y〉0的区域；3）模拟结果中Ae≈0．76，Ai≈1．36，Ae×Ai≈1．03，完全符合Hall等离子体中的瓦伦关系，证实了Alfven波的存在．     

气体压强对超音速气雾化中气体流场的影响

气体雾化技术可以制备一系列高性能超细球形金属粉末．利用计算流体动力学软件Fluent模拟了雾化气体压强（P0）对超音速气雾化喷嘴气体流场的影响，以及对流场中心线上压强、速度等变化的影响规律．研究结果表明：随着P0的增大，流场内气流达到的最大速度逐渐增加；当雾化气体压强较小时，抽吸压强（△P）随雾化气体压强增大而减小；而当雾化气体压强达到某一临界值时，△P才随雾化气体压强增大而增大；抽吸压强的变化与雾化室中心线上滞止压强和马赫碟位置的变化相一致，滞点位置对抽吸压强的作用不大：导液管顶端径向分布的静压强存在一个压强梯度，并且随着雾化气体压强的增加而增大．     

基于SHPB试验的高速铁路CRTSⅡ型CA砂浆动态性能

采用分离式霍普金森压杆(Split Hopkinson Pressure Bar,SHPB)试验研究了高速铁路CRTS II型水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)的动态力学性能,并建立了CRTS II型CA砂浆的动态本构关系模型.结果表明:随着应变率的增大,CRTS II型CA砂浆峰值强度逐渐增加,但增加速率随应变率的增大而减小,当应变率从44.17增加至54.79 s-1和从54.79增加至108.47 s-1时,峰值强度分别增加了初始峰值强度的52.28%和7.5%,弹性模量随应变率的变化规律性较差;应变率越大,破坏时的贯通裂纹越多,碎裂程度越大;CRTS II型CA砂浆的比能量吸收随着应变率的增大而增大.所建立的动态本构模型拟合曲线与试验曲线具有较好的一致性.     

2017年5月磁暴过程及近地空间环境响应分析

世界时间2017年5月27日15:37,地磁场开始发生强烈扰动,达到大磁暴水平.分析显示, 5月23日的日冕物质抛射(CME)在行星际空间形成磁云,其携带的行星际磁场南向分量持续12 h小于-10 nT,最小达到-20.71 nT.长时间强南向磁场分量与磁层顶地磁场相互作用,地磁场发生强扰动, SYM-H指数最小达到-142 nT.全球多个电离层台站监测到电离层扰动.综合电离层测高仪、TIMED-GUVI观测和模式同化TEC数据分析表明,此次电离层暴具有南北半球不对称性,大气成分(N2, O2)扰动很可能是此次电离层负暴的主要原因,赤道向热层风抬升或者O/N2的升高是正暴的可能原因.磁暴期间热层大气密度增加,引起低轨道航天器从29～30日开始轨道衰减速度显著加快,与HPI有很好的对应关系.     

高场作用下有机单层器件的复合发光

考虑载流子经过体材料内部所受限制对Fowler-Nordheim隧穿电流密度的影响, 建立了高电场下有机单层器件的复合发光模型, 并求出了复合电流密度和复合效率以及电导率的数学表达式, 很好地解释了电场强度对迁移率和复合区域的调制作用. 载流子的平衡注入以及复合区域的尽可能靠近器件中部以减少漏电流, 都是提高器件发光效率的重要条件. 只有当电压增大到某一数值时, 由于注入的载流子多于器件实际输运载流子的能力, 才会出现空间电荷限制电流.     

多孔泡沫陶瓷材料内甲烷富燃制氢过程的数值研究

采用一维两相体积平均模型和详细的甲烷化学反应机理GRI3.0,对泡沫陶瓷多孔介质内充分发展的富燃及超富燃甲烷重整制氢过程进行准稳态数值模拟,考察燃烧波波速、进口气流速度及当量比三者之间的关系,分析它们对多孔介质内的温度和组分分布以及对氢气产率、甲烷转化率、氢气选择性和CO选择性的影响.结果表明,燃烧波波速随当量比和进口气流速度的增大而增大;当量比为2－3及燃烧波波速大于0.4mm/s时,氢气产率达50%以上,并随燃烧波波速的增加而增大;当量比大于2时,氢气选择性在50%以上;当量比为1.8－2及燃烧波波速大于0.4mm/s时,CO选择性在80%以上.     

Cluster卫星对磁尾电流片运动特性的统计分析

地球磁尾电流片拍动的起源和运动方式一直是磁尾动力学研究中的重要问题之一.本文利用Cluster卫星数据,统计分析了2001年和2003年的磁尾电流片运动特性,利用我们最近发展的分析结构特征方向和运动速度的新方法,计算了磁尾电流片的运动速度,并给出了磁尾电流片在GSE坐标系中XY平面内的速度分布图.我们发现磁尾电流片存在着两种不同性质的运动,除了磁尾电流片向晨昏方向的运动,分析表明,磁尾电流片还存在着明显朝向子夜方向的运动（即GSE坐标系中Y=0平面）.观测还进一步表明,位于磁尾中间区域（｜Y_GSE｜〈8Re）的电流片的扰动,其南北向的速度分量相对较大,这从另一个方面说明磁尾中性片的中间区域可能是导致大部分磁尾电流片拍动事件中电流片朝向晨昏两侧运动的源区.对于运动方向朝向子夜方向（Y=0平面）的电流片,其运动方式与运动方向朝向晨昏两侧的电流片存在着明显的不同,因此我们推测,它们应具有不同的起源.本文的统计结果,为我们深入研究地球磁尾电流片拍动源区等物理问题提供了的参考依据.     

HDPE／MWCNT复合材料薄膜热导率的激光脉冲法研究

采用激光脉冲法测量了高密度聚乙烯，多壁纳米碳管（HDPE／MWCNT）复合材料薄膜的热导率．研究发现热导率随MWCNT含量增加而升高，并且在MWCNT含量小于3．35vt％（体积百分比）时热导率随MWCNT含量增加变化的速度明显高于MWCNT含量高于3．35vt％的区域．当温度低于HDPE熔点时，热导率随温度变化很小，而当温度超过HDPE熔点时，热导率明显增大．提出HDPE／MWCNT复合材料的热导率与MWCNT导热网络的形成密切相关；并建立了热导率渗流模型，计算结果与实验结果基本相符．     

ZnO压敏电阻交流老化TSC特性

氧化锌压敏电阻片的交流老化特性及机理一直以来广泛受到人们的关注.本文基于"十度倍半"法则开展了ZnO压敏电阻加速老化试验,并对老化各阶段的试样进行了功率损耗和热刺激电流(TSC)测试.测试结果显示,随着老化时间的增加,ZnO压敏电阻片的功率损耗增大、TSC陷阱电荷量增加,同时陷阱能级也有加深;此外,功率损耗增大与TSC陷阱电荷量增加有相同的趋势.初步分析表明,迁移的填隙锌离子影响了空间电荷的分布,导致肖特基势垒的降低,引起了陷阱能级的变化.     

拉伸变形应变硬化指数的力学解析

实验上已判明应变硬化指数具有很强的结构敏感性,而且精确实验测量结果表明：n_υ(恒速度应变硬化指数）、n_ε（恒应变速率应变硬化指数）和n_p（恒载荷应变硬化指数）随ε应变）的变化规律是完全不相同的. 从拉伸变形的状态方程出发,并考虑超塑性与塑性变形的结构敏感性（即应变硬化指数不仅与应变有关而且与应变速率有关）,从理论上导出了n_υ,n_ε和n_p的解析表达式,揭示了n_υ,n_ε和n_p随ε变化的力学本质,并解释了典型材料Zn-5%Al(质量分数)的实验结果,证明了理论的可信性.     

超临界机翼表面涡流发生器影响研究

通过数值求解Reynolds平均的Navier-Stokes方程组,对重要的流动控制手段之涡流发生器（vortex generator,简称VG）的绕流流场及其对主流的影响规律进行计算模拟.首先,预测平板上单一涡流发生器流动,验证数值计算方法,并认识含涡流发生器流场的基本流场特征;其次,预测标准模型——ONERA-M6机翼跨声速流动,探索激波/边界层干扰流动特征;再次,在超临界机翼25%当地弦长附近布置一排涡流发生器,探索它们对机翼跨声速流动边界层的干扰效应;最后,将这些涡流发生器位置提前（距前缘3.5%当地弦长）,检验其对低速大攻角流动的影响规律.结果表明,7个VG能有效抑制跨声速强激波/边界层干扰导致的分离,减小展向流动;也能大幅缩减低速大攻角状态下的分离范围.