中低纬电离层理论模式的构建和一个观测系统数据同化试验

在前人工作的基础上, 完善了一个中低纬电离层理论模式(TIME-IGGCAS: Theoretical Ionospheric Model of the Earth in Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences). TIME-IGGCAS模式自洽的求解等离子体连续性方程、动量方程、能量方程, 对地磁场采用偏心偶极近似. 同时结合欧拉网格和拉格朗日网格, 并考虑了等离子体的电场漂移作用. 计算结果表明模式稳定可靠, 能再现大部分电离层大尺度特征. 基于本模式, 进行了一个观测系统数据同化试验. 结果表明, 采用非线性最小二乘拟合的方法, 把观测到的电离层临界频率和峰值高度同化到理论模式中, 能够准确的估算电场漂移作用, 为进一步开发同化模式, 进行电离层现报和预报奠定了基础.     

电离层全球电子总含量的气候学特性分析与经验模式构建

利用120°E子午线上的GPS TEC数据, 计算了1996~2004年间的等效电离层全球电子总含量(GEC). 应用偏相关方法分析了GEC与太阳活动指数F_10.7, 以年为基频的季节因子之间的相关性, 发现GEC与F10.7, 年变化和半年变化因子之间均存在较强的相关性. 据此, 构建了一个由太阳活动指数和季节因子共同驱动的GEC经验模式, 并考察了太阳活动指数的修正对建模效果的影响. 结果表明GEC的变化主要由太阳活动周变化, 年变化和半年变化3种分量构成, 其中太阳活动周变化由太阳活动指数控制, 其变化幅度最大; 年变化与半年变化的幅度也受太阳活动指数调制, 半年变化的幅度略大于年变化幅度. 此外, 经过对比分析, 文中构建的GEC经验模型优于Afraimovich等人提出的GEC经验模型.     

扩展F全球分布特点的理论分析

扩展F(spread-F）是夜晚电离层中的重要现象,对电流传播有很大影响,在地理坐标系中考虑了磁倾角和磁偏角等的效应后,发现发生率随磁场的大小和位型（磁倾角和磁偏角）的不同而不同,因此,当研究这一现象的全球分布特点时,应该从地理坐标系出发。     

电离层经度变化波数谱成分与高层大气潮汐模的相关性

电离层沿经度方向变化的3波(WN3)和4波(WN4)经度波数谱成分与高层大气中周日东向2波(DE2)和3波(DE3)潮汐模之间密切相关.利用由JPL全球电离层地图(GIM)数据计算出的总电子积分含量(TEC)的纬度积分ITEC,以及TIMED卫星搭载的TIDI仪器观测到的MLT(Mesopause and lower ...     

台风“麦莎”对电离层TEC的影响

利用50余个GPS台站的观测资料, 研究了台风“麦莎”对电离层TEC的影响. 分析表明, 台风在登陆前已经影响到电离层, TEC出现增大趋势, 在登陆前一天台风及其周边区域的TEC与月中值的差值可超出5 TECU左右; 随着台风的登陆, 这种影响开始减弱, TEC的增大量和增大区域均减小; 台风登陆一天之后, TEC达到最小值, 并小于月中值. 通过将台风路径与离台风较远的3条参考路径上TEC的变化进行比较, 发现台风对TEC的影响完全可以分辨, 也与文献记载的台风期间foF2的变化一致.     

电离层二阶项延迟对GPS定位影响的分析模型与方法

基于消除电离层一阶项延迟影响后的载波相位Lc线性组合观测量, 建立了电离层二阶项延迟对GPS定位结果影响的定量分析模型. 在此基础上, 利用国际GNSS服务组织WUHN跟踪站连续15 d的观测数据, 分析发现电离层二阶项延迟引起其定位结果规律性向南偏移的现象; 结合武汉地区上空地磁场分布对电离层二阶项延迟的影响规律, 研究表明地磁场是造成电离层二阶项延迟对该区域定位结果产生规律性向南偏移的主要原因之一.     

极区电离层O+上行的时空分布: 平静期FAST卫星观测

分析FAST卫星能量离子测量数据, 首次得到2000~4200 km高度范围平静期电离层O+上行的时空分布图像. 结果表明, 磁正午前的极尖/极隙区是低能O+上行发生最频繁的区域; 黎明前等离子体对流的低纬边界区域是高能O+上行发生率最高区. 无论能量高低, 在平静极光椭圆边界之外的较低纬度宽阔时区上存在较频繁的O+上行. 午夜前21:00~22:00 MLT极光椭圆带的上行O+携有较强的能通量, 其中高能O+在靠近极盖边界处上行能通量特别强. 在所分析的2000~4200 km高度范围, 上行O+离子锥发生率显著高于离子束; 离子束在3000 km高度以下极少出现, 而离子锥较均匀地在各高度都有发生.     

用偏相关分析电离层NmF2与低层大气等压面高度的相关性

通过建立电离层NmF2与其不同影响因子的多元线性回归模型, 应用偏相关方法分析了1957~2004年中国武汉电离层NmF2与对流层和平流层不同等压面高度的相关联系, 结果表明偏相关方法能够有效剔除太阳活动, 地磁活动以及季节因子的影响, 真实地反映电离层NmF2与低层大气等压面高度的相关性质, 两者在平流层中部有弱的正相关. 通过偏相关系数的对比发现, 电离层NmF2主要受太阳活动和季节因子的影响, 地磁活动的影响很小, 而低层大气等压面高度的影响很微弱. 研究表明偏相关方法是判断电离层与其上下层大气耦合程度的有效工具.     

电场抑制纳米液滴的Leidenfrost现象

Leidenfrost现象是指液滴与过热表面接触时,快速汽化的蒸汽层将液滴与表面隔离,使液滴在表面悬浮的现象.为揭示表面润湿性对纳米液滴Leidenfrost现象的影响机制并实现纳米液滴的强化换热,本文采用分子动力学模拟研究了纳米液滴在不同润湿性表面上的Leidenfrost现象.结果表明,纳米液滴的Leidenfrost温度与表面润湿性密切相关,即表面越亲水, Leidenfrost温度越高.本文进一步研究了电场作用下纳米液滴在不同润湿性表面上的相变换热过程,发现施加电场可有效抑制Leidenfrost现象,电场增加液滴与表面的相互作用力是其抑制Leidenfrost现象的机理.     

曲靖地区电离层准6日扰动与MLT大气行星波的相关性

利用曲靖地区(25.6°N,103.8°E)2008年9～11月共2个月的MF雷达风场数据和电离层垂直探测数据,分析了中层低热层(MLT)大气行星波,电离层Es和F层的准6日行星波状扰动特性.结果表明,电离层foEs的准6日行星波状扰动与MLT大气纬向风场中的准6日行星波存在紧密相关性,后者通过调制半日潮汐间接影响Es层.电离层F区未出现显著的准6日行星波状扰动.这些结果提供了大气行星波与电离层Es层相互耦合的实验证据,加深了对我国低纬地区电离层空间天气扰动特性的认识.     

大地震成因的"电离层+地下核燃烧"假说

本文提出了大地震成因的"电离层 地下核燃烧"假说.从大地震根源开始,到大地震发生共包括15个环节,比较具体地解释了大地震的发生机制.此外,本文还提出了火山和大地震同一成因说,顺便解释了火山爆发的成因这一科学难题;提出了地下自动冶金说;提出了石油天然气地下化学反应自动生成说,并据此提出了寻找油气田的新的指导原则;提出了行星有可能自动爆炸毁灭说.本假说也使与板块构造有关的三个假说都没有存在的必要了.     

偏置电场诱导的PLZST反铁电介电弛豫现象

在不同偏置电场和频率下测量了(Pb_0.94La_0.04)(Zr_0.5Sn_0.3Ti_0.2)O₃陶瓷的介电温谱, 观察到电场诱导的反铁电介电弛豫现象. 电场越大, 反铁电介电频率色散越强; 反铁电与铁电态之间的相互竞争与共存引起材料内部纳米尺度的结构无序, 这被认为是反铁电介电弛豫的物理起源.     

钙钛矿太阳能电池的内建电场调控策略研究进展

钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells, PSCs)作为一种高效率、低成本的光伏器件引起了国内外学者的广泛关注.电池内部的载流子分离和传输是器件工作的核心过程,直接关系到器件的光电转化效率.异质结形成的内建电场主导着载流子的行为,其强度大小决定器件中电子和空穴的分离效率,所以对内建电场的调控和优化可以从根本上提升电池的性能.本文首先对钙钛矿太阳能电池中的内建电场以及载流子分离机制进行介绍,然后对目前常见的钙钛矿太阳能电池内建电场的调控策略及其对器件性能的影响进行总结,主要包括通过掺杂、构建三维/二维钙钛矿异质结、构建偶极层等调控钙钛矿太阳能电池的内建电场.最后,对钙钛矿太阳能电池的内建电场调控技术进行评价,并对未来该领域的发展进行展望.     

电场调控载药丝素蛋白微球的制备

通过控制丝素蛋白在溶液中的构象, 在低于1 wt%的浓度条件下, 获得由纳米或微米球组成的丝素蛋白电凝胶, 并通过调节制备参数, 初步实现了丝素蛋白微球在200 nm~3 μm之间的尺寸调控. 以异硫氰酸荧光素标记的牛血清蛋白(FITC-BSA)作为模型药物, 载药实验结果表明, 在电场作用下, 随着丝素蛋白在正极自组装形成微球, 带有负电荷的药物在正极富集, 并包覆进丝素蛋白微球, 初始载药率可达75%以上, 药物能在120 h内缓慢均衡释放. 考虑到温和的制备条件(低压电场、室温或者低温、水环境)、丝素蛋白的可降解性及其同药物的良好相容性, 电场调控制备丝素蛋白微球体系有望成为缓释带负电荷的蛋白质和基因药物的优良载体.     

高阶电离层延迟对GPS坐标时间序列的影响分析

基于高阶电离层延迟改正模型,确定了不同阶次电离层延迟对双频GPS载波信号的影响量,并根据国际地球自转与参考系统服务(international earth rotation and reference systems service,IERS)协议2010推荐的最新模型,对全球均匀分布的109个国际GNSS服务(international GNSS service,IGS)跟踪站1999~2003年的全球定位系统(global positioning system,GPS)数据重新进行了精密处理,量化了高阶电离层延迟对全球GPS坐标时间序列的贡献.研究结果表明,高阶电离层延迟改正会造成较大的测站速度变化,在赤道附近的测站垂直速度变化最大可达约1 mm a?1;能显著降低赤道附近测站垂直分量及亚洲南部测站南北分量的加权均方根(weighted root mean square,WRMS),最佳改善效果达10%(中国LHAS站南北分量);可有效减小IGS基准站各种不同周期信号的振幅;据此,提出高阶电离层延迟可能是造成中纬测站垂直周年、东西方向半周年及低纬测站垂直半周年运动的主要原因之一.     

基于单平板电极电场驱动喷射沉积微纳3D打印

现有微纳3D打印在实现多材料、宏/微跨尺度等方面面临诸多挑战性难题.本文提出了一种基于单平板电极电场驱动喷射沉积微纳3D打印新工艺,它不再将打印喷嘴作为电极,只需平板电极与高压电源正极(或负极)连接.通过理论分析和数值模拟,揭示了其成形机理;通过系统实验研究,验证了喷嘴(导电和非导电)、基材(导电和非导电)、打印材料(...     

一次单体雷暴云的穿云电场探测及云内电荷结构

自行设计制作了携带GPS的强电场探空系统, 可以获取探测路径上的电场垂直分量、温度、相对湿度和GPS定位数据. 2008年夏季, 在地面大气平均电场仪以及一部X波段天气雷达的配合下, 在甘肃平凉地区进行了雷暴云内的电场探空实验, 获得了中国内陆高原地区雷暴云内的电场廓线资料. 通过对一次过顶雷暴活跃阶段的探空资料分析, 表明在雷暴云及其下边界存在4个电荷区域: 在海拔高度4.3~4.5 km之间(云底)存在一个负屏蔽电荷层; 在4.5~5.3 km存在一个正电荷区, 对应3~2℃温度层; 在5.4~6.6 km存在一个负电荷区, 对应温度–3~–10℃; 在6.7~7.2 km存在一个正电荷区, 对应温度–11~–14℃. 本文提供的观测结果支持中国内陆高原地区雷暴云内(0℃层之上)存在三极性电荷结构, 但下部正电荷区较正常三极性结构要强的结论.     

电场诱导下二乙胺基尾式卟啉锰(Ⅲ)的表面光伏特性和谱带认证

金属卟啉由于有超常的配位化学、光电转换及电子传递特性.并且它的结构特征与生物体模型密切相关,因此引起化学家和物理学家浓厚的兴趣.Mn(Ⅲ)卟啉和四价铁卟啉是等电子体,后者又是各种血红蛋白催化的重要中间体,透彻认识Mn(Ⅲ)卟啉电子结构、光电性质和电子行为,对于揭示自然界光合作用、光催化过程都是非常有价值的.由于Mn(Ⅲ)离子有较特殊的电子构型,因此,在光谱响应上除了通常卟啉所表现的Q带和Soret带以外,还出现几个复杂的吸收带,目前,对此还没给出明确的认证,明确指认这些谱带对于了解卟啉光催化机理和电荷转移过程是极其重要的.本文利用表面光电压谱(SPS)和电场诱导下表面光电压谱(EFISPS)方法对二乙胺基尾式卟啉锰(Ⅲ)(MDBPTPPMn(Ⅲ)Cl)光生电荷行为进行了研究,并对其能带进行了认证.     

铁电体热释电系数的本征和场致增强模式的机理

铁电材料制备的红外探测器主要有两种工作模式:热释电体的无电场本征模式和铁电体的场致增强模式.利用铁电体的唯象理论,通过引入偶极子耦合,得到了两种模式热释电系数的理论公式.其数值模拟表明,在热释电体的本征模式中,热释电系数随温度的上升而增加,接近居里温度时急剧增大.在铁电体的场致增强模式中,热释电系数由场致诱导极化的温度效应和偶极子的转动效应产生.在低温区,低电场时以偶极子的转动为主形成一个尖锐的峰,增大电场后变为以场致诱导极化为主.温度升高,以偶极子转动引起的热释电系数峰向高电场方向移动,在顺电相,以场致诱导极化为主.铁电体用于热释电效应时,保持温度稳定性的基本方法是温度越高,施加的电场越大.     

液滴发电机的新充电模式及影响因素

基于液滴撞击摩擦起电效应的液滴发电机(droplet-based electricity generator,DEG)可以将雨水等液滴的机械能转换成电能.近年来,其因具有广泛的应用前景而受到密切关注.但是,目前DEG仍存在带电荷能力与输出电压上限较低等问题.本文发现了一种适用于DEG的新充电模式,即在通过液滴撞击聚四氟...