500m口径球面射电天文望远镜(FAST)对高红移伽玛暴余辉的探测

伽玛射线暴(简称伽玛暴)可以发生在很远的宇宙深处,其余辉(尤其射电余辉)的长时标发射使得长期观测成为可能,从而可测量其红移并证认宇宙学起源和研究寄主星系性质。随着红移的增大,伽玛暴射电余辉的流量密度也会随之减少,这对高红移伽玛暴的探测造成一定的困难。然而,500 m口径球面射电天文望远镜(FAST)具有很高的探测灵敏度,利于对暗弱的高红移暴的观测。我们利用余辉动力学模型分析了射电余辉流量密度随红移(距离)的变化关系,以此评估FAST对高红移射电余辉的观测能力,同时预测其对不同类型伽玛暴射电余辉的探测率。     

从谱演化方面的信息探讨 GRB 061007 的暴周环境

GRB 061007是一个明亮的、长时标的伽玛射线暴（简称伽玛暴）,其红移为1．261．一方面,Swift／XRT观测到的数据显示,此暴X射线波段的光变曲线呈现出单一幂率形态,且幂率指数αXRt=1．68±0．01．另一方面,经由Faulkes Telescope South（简写为FTS）提供的BVRi’多波段光学余辉数据,作者分析发现其各波段光变曲线的幂率指数αOptical均在1．6左右．拟合得到的2个波段幂率指数如此相近,也就意味着此暴的X射线波段和光学波段具有同一起源．作者通过分析X射线波段和光学波段的谱演化情况,探究GRB061007的暴周环境．分析的结果显示,X射线波段的谱指数JB没有演化,而光学波段的谱有向蓝端演化的趋势．根据其光学波段谱的演化趋势,推测此暴的暴周环境不是均匀介质,而应是星风环境．     

特殊伽玛暴及伽玛暴的特殊辐射成分

伽玛射线暴(伽玛暴)的探测从其被发现以来,已经获得了大量的伽玛射线观测结果以及多波段的余辉观测结果,但是X射线能区的爆发阶段的瞬时辐射还比较缺乏观测数据.爱因斯坦探针(EP)是软X射线能区(0.5–4 keV)的大视场(1.1 sr)望远镜,为伽玛暴的X射线瞬时辐射的观测带来全新的时间窗口.本文讨论了EP对富X射线辐射的特殊伽玛暴或伽玛暴的特殊辐射成分进行了预期研究,特别是研究了X射线闪、低光度伽玛暴、超长伽玛暴和伽玛暴的先兆辐射.我们发现,EP预期能每年探测到约810个伽玛暴类爆发事件,其中95%为能谱较软的X射线闪,将近1%为典型伽玛暴;EP预期能每年探测到0.2–8个低光度伽玛暴,具体探测率依赖于低光度暴能谱硬度的分布;EP预期每年至少能探测到20–200个超长伽玛暴;EP有望探测到大量的、目前人们非常缺乏了解的伽玛暴先兆辐射,至少每年80个事件.综合这些情况,预计EP将对伽玛暴的分类、前身星特性、爆发机制和喷流特性等方面的研究具有重要意义.     

不同喷流模型的伽玛暴射电余辉研究

伽玛射线暴(又称伽玛暴)余晖对应的外流物质结构可用锥形模型、柱形模型或者双成份喷流模型来描述。随着世界上最大的单口径球面射电天文望远镜(FAST)的建成,利用大望远镜在射电波段甄别这些不同的伽玛暴余辉喷流模型将成为可能。本文将研究这些不同喷流模型的射电余晖光变曲线,并探讨FAST望远镜对这些类型伽玛暴余晖探测的可能性。     

GRB 980703射电、光学和红外余辉的数值模拟研究

GRB 980703有丰富的多波段余辉观测数据. 特别是它的射电余辉非常明亮以至于在爆发后1000多天还能被观测到. 此外, 它的多波段余辉光变曲线中没有特殊的特征, 也就是说没有增亮、平台、快速衰减或缓慢衰减等现象. 以上这些特点使得GRB 980703成为伽玛暴研究领域中一个十分难得的样本. 在本文中利用GRB 980703的观测数据来详细地检验伽玛暴余辉的标准火球模型, 计算结果表明火球模型可以满意地解释伽玛暴多波段余辉光变曲线的行为. 拟合得到的GRB 980703的物理参数如下： 喷流的半张角约为Θ0≈0.23 radian; 暴周围环境介质密度约为n≈27cm-3; 火球各向同性总能量约为E0≈3.8×1052 ergs; 伽玛暴寄主星系对视线方向的消光贡献约为AV≈2.5 mag.     

γ射线暴火球模型的光学余辉辐射

按照γ射线暴火球模型的动力学演化规律,利用相对论电子在磁场中作同步加速辐射时谱分布的特点,用求峰值频率辐射的方法,计算了γ射线暴红光波段余辉辐射流量随时间的变化与γ射线暴GRB970228的观测结果比较,符合甚好,说明同步加速辐射是γ射线暴余辉主要的辐射机制,也进一步证明了火球模型的正确。     

从谱演化方面的信息探讨GRB 061007的暴周环境

GRB 061007是一个明亮的、长时标的伽玛射线暴(简称伽玛暴),其红移为1.261.一方面,Swift/XRT观测到的数据显示,此暴X射线波段的光变曲线呈现出单一幂率形态,且幂率指数αXRT=1.68±0.01.另一方面,经由Faulkes Telescope South(简写为FTS)提供的BVRi'多波段光学余辉数据,作者分析发现其各波段光变曲线的幂率指数αOptical均在1.6左右.拟合得到的2个波段幂率指数如此相近,也就意味着此暴的X射线波段和光学波段具有同一起源.作者通过分析X射线波段和光学波段的谱演化情况,探究GRB 061007的暴周环境.分析的结果显示,X射线波段的谱指数β没有演化,而光学波段的谱有向蓝端演化的趋势.根据其光学波段谱的演化趋势,推测此暴的暴周环境不是均匀介质,而应是星风环境.     

柱形喷流中考虑同步自吸收的伽玛射线暴余辉

在统一动力学模型和柱形喷流模型的基础上,用四阶的龙格库塔法求解动力学演化的方程,并考虑同步加速辐射中的自吸收效应,用数值计算方法得到GRBs余辉随时间t演化关系.     

伽玛暴光学余辉中的双喷流成份行为

伽玛暴余辉的双拐折行为可以用双喷流成份结构模型得到较好的解释,但至今其物理参数还未解。为给出其相应的物理参数,文中将对具有双喷流成份的伽玛暴光学余辉进行统计分析,用外激波模型时域指数α和频域指数β的关系(closure relation)对数据进行限制,得到GRB 071003,GRB 080319B,GRB 090426和GRB 100219A共4个具有外激波模型的伽玛暴双成份喷流特征。这些伽玛暴第一个喷流成份的张角都在1°以内,而第二个喷流成份的张角增大到2°~7°,与单成份喷流的张角一致。其各向同性辐射能量在1051~1054erg,电子谱指数p约为2,比典型值2.3硬。长暴能较好符合Amati关系。     

伽玛射线暴内光度和峰值能量关系的统计分析

以前的研究表明:在伽玛射线暴(简称伽玛暴)间各向同性等值光度Liso和静止系中vFv谱的峰值能量E′p之间存在关系式LisooE′p2.Liang等人用Preece等人给出的91个BATSE伽玛暴的2408个时间分辨谱样本对这一关系式进行了验证,得出这一关系式不但在伽玛暴内成立,而且在伽玛暴之间也是成立的.为了进一步验证这一关系式,我们收集了Kaneko等人2006年发表的350个BATSE伽玛暴能谱的数据,并对其中185个伽玛暴能谱的5218个时间分辨谱样本进行统计分析,我们得出的结果与Liang等人的结果是一致的.     

Applications of nonlinear optimization methods to quantifying the predictability of a numerical model for El Nino-Southern Oscillation

The nonlinear optimization methods are applied to quantify the predictability of a numerical model for El Nino-Southern Oscillation (ENSO). We establish a lower bound of maximum predictability time for the model ENSO events (i.e. ENSO events in the numerical model), an upper bound of maximum prediction error, and a lower bound of maximum allowable initial error, all of which potentially quantify the predictability of model ENSO. Numerical results reveal the phenomenon of “spring predictability barrier” (SPB) for ENSO event and support the previous views on SPB. Additionally, we also explore the differences between the linear evolution of prediction error and its nonlinear counterpart. The results demonstrate the limitation of linear estimation of prediction error. All these above results suggest that the nonlinear optimization method is one of the useful tools of quantifying the predictability of the numerical model for ENSO.     

Entropy evolution of field with a time-varying frequency in the Jaynes-Cummings model

Following Jaynes-cummings model, the evolutions of the field entropy in the system of a two-level atom interacting with the single mode coherent field are investigated under rotating-wave approximation. The typical case-the field frequency variance with time in the form of sine has been considered. The influences of the amplitude and angle frequency of the field frequency variance on entropy evolution of the field are discussed by numerical calculations.Calculation results indicate that the field frequency variance influences violently the behavior of field entropy evolution; the larger the amplitude of the field frequency variance is , the stronger the influence of the field frequency variance on the time evolution of field entropy is.     

沙质海岸防波堤附近岸线变形预测

本文提出一种适用于沙质海岸线变形计算的数值模型.由于本模型采用了隐格式,与过去提出的模型相比,具有计算稳定性好、时间步长可取得较大、上机运行时间大大缩短等优点同时,考虑了岸线随时间变化而引起的对波浪折射的影响;在防波堤下游一侧考虑了波浪绕射和折射对岸滩冲刷的综合作用.作为算例,对某一港口防波堤附近的岸线变形进行了计算,表明用隐格式和显格式模型得到的结果颇为接近,与物理模型试验得到的结果相比较也很一致.因此,本文提出的这一隐格式模型可用于海岸工程的规划和设计中.     

基于光滑粒子方法的推板式波浪水槽实验研究

波浪数值水槽是波浪研究方面的一个十分重要的实验装置。目前针对造波水槽所展开的数值或实验研究,多将造波系统的设定参数作为波浪的参数,而未考虑设定参数与实际参数之间的误差。本文利用推板造波的实验装置进行造波,并借助视频拍摄来捕捉造波板的运动,而波浪参数则由波高仪的数据采集来得到。推板造波的过程,则用光滑粒子方法来进行数值模拟。造波过程中,造波板的运动同样采用实测的参数,并计算了不同时刻的波形曲线和水面高度随时间的变化。光滑粒子的模拟结果与实验结果比,吻合的非常好。     

一种改进的Nagel-Schreckenberg交通流模型

在Nagel-Schreckenberg交通流模型基础上,通过局域密度及当前车速两个参数来实现对减速概率的控制,同时考虑规则的不同运作次序可能会对系统的演化产生非凡的影响,提出一个改进的一维元胞自动机交通流模型,并进行数值模拟,将模拟结果与实测数据进行比较.结果显示,适当调节系统的相关参数,可以实现畅行相→低速同步相→宽幅运动阻塞相的转变.从系统中可以发现同步流和相分离的存在,弥补了Nagel-Schreckenberg交通流模型无法实现大尺度同步流的缺陷.     

离散空间直接建模的计算流体力学方法

本文提出了一种发展适合多尺度、多物理流动的CFD格式的全新途径,即直接在离散空间利用物理模型的跨尺度演化解来建立数值格式的新方法.与直接离散偏微分方程的传统做法相比,基于离散空间直接建模构造出的数值方法考虑了网格尺度和物理模型之间的匹配,能做到不同尺度上物理模型的连续过渡,从而实现对多尺度流动的高效模拟.Boltzmann方程的模型演化解为直接建模方法提供了重要的支撑.本文提出了直接建模构造计算流体力学方法的理论基础,并给出了在建立统一气体动理学格式中的成功运用,验证了新方法的可行性和优越性.     

多参数耦合的射流过程不稳定性数学模型

基于线性不稳定性理论,针对可压缩无黏气体介质中的可压缩黏性液体圆柱形射流过程的不稳定性,建立了多参数耦合数学模型,得到了具有普遍形式的射流扰动控制方程的分析解以及描述射流自由表面三维扰动发展的色散关系,最后给出了色散关系的数值求解方法。     

盾构始发端垂直冻结温度场数值分析与现场实测

太原地铁双塔西街站-大南门站区间盾构始发端采用垂直冻结法加固技术。由于盾构始发的特殊性,冻结帷幕的有效厚度能不能保证,是关系到土体加固是否安全的前提。通过建立三维数值模型对该工程冻结帷幕温度场随时间的发展规律展开研究,动态模拟冻结帷幕的演化过程,并且现场实时监测记录了冻结帷幕的温度变化和盐水温度随时间的变化情况,分析了在同一深度处各测温孔测点温度随时间的变化规律,计算了冻结帷幕厚度与冻结帷幕平均温度,验证了盾构是否具备始发的条件。结果表明:实测温度值和数值计算温度值总体趋势基本一致;采用垂直冻结方式、三排冻结管冻结施工的方案是合理的;用数值模型来模拟冻结帷幕温度场的变化过程是可行的。     

颅内压血液动力学模型的稳定性研究

在脑血管疾病的临床实践中可以知道颅内压的变化和血液动力学的参数有着密切的关系．在颅内压脑血管动力学集中参数模型的基础上。对模型控制方程的数值解法进行改进。在计算量变化较小的情况下，得到近似解的局部截断误差估计。实现步长的自适应调整．使用矩阵特征方程分析微分方程的稳定性，通过在实际生理范围内变化模型参数。得到矩阵特征值的随参数的变化关系，指出数学模型的不足之处．还讨论了控制方程的稳定性对数值方法的重要影响，并得到步长的取值范围．通过理论分析，发现控制方程的解随时间的发展是不稳定的，解的变化和具体生理参数的选取相关．     

单声子模自旋－玻色子模型的定态演化

采用MATLAB数值计算的方法观察单声子模自旋玻色子模型的定态演化.研究了0＜λ/ω≤2,△/ω=0.1的情况下出现的几种演化模式.表明耦合强度对模型能态演化具有很大的影响:在一定耦合强度区间内,会出现一定的演化规律.特别是当参数λ/ω＞0.5时开始出现双周期的现象.进一步观察了两能级正(负)势阱中各个能态在时间区间[0,30]内的平均隧穿几率(平均跃迁几率)随耦合强度的变化情况,并给出了几种演化模式的转变点.