极区中层尘埃等离子体中的尘埃声波研究

基于统计方法的自洽场理论,考虑了带电粒子与中性分子的碰撞以及对尘埃粒子的充电过程,建立了弱电离尘埃等离子体的纵波色散关系.分析了极区中层大气80~90 km高度范围内的尘埃声波的不稳定性.研究表明,极区中层大气中的尘埃声波有不稳定的模式,不稳定的波模对进一步解释极区中层尘埃等离子体的分层结构可能有重要意义.     

空间尘埃等离子体电磁散射特性研究

基于尘埃等离子体Mie-Debye散射模型,研究平衡态下尘埃等离子体中带电尘埃的电磁散射特性.根据输运理论计算高层大气环境中尘埃等离子体层的电磁散射场,给出电磁波垂直入射时尘埃等离子体层的反射函数,同时分析不同浓度、不同粒径分布状态下尘埃等离子体层对电磁波传播的影响.结果表明:尘埃粒子尺度对其电磁散射特性影响非常大;在对数正态分布情况下,当入射波长远大于Debye半径时,尘埃等离子体的散射主要表现为Debye散射,而入射波长远小于Debye半径时,Mie散射占主要部分;并且尘埃等离子体层对电磁波的衰减随尘埃粒子浓度以及尘埃粒子半径的增大而明显增强.     

空间尘埃等离子体中的重力波特性

建立尘埃等离子体中重力波的基本方程,推导尘埃等离子体中重力波的色散关系,分析地球极区中间层顶处尘埃等离子体层中的重力波特性,研究了重力波在电子密度垂直分层的尘埃等离子体中的反射. 结果表明尘埃等离子体改变了通常大气中的重力内波的色散关系,限制了小水平波数重力内波的传播,改变了波的能量特性,减小了重力波在不均匀大气中垂直向上传播时振幅的增长;在尘埃等离子体中传播时重力波可被电子密度垂直分层的结构反射而导致波能量的集中, 它产生的湍动所导致的空间电子密度的不均匀性分布是极区上空PMSEs的可能机制.     

基于改进振幅衰减常数的无线电波透视层析成像研究

为提高无线电波透视的探测精度,将改进的振幅衰减常数引入层析成像技术,给出改进的振幅衰减常数表达式,该常数不仅与电导率、介电常数、频率等参数与有关,而且与电磁波入射角度密切相关.基于射线理论采用阻尼约束的代数重建算法(ART)对陷落柱模型进行层析成像模拟,分析对比改进振幅衰减常数与经典振幅衰减常数的绝对衰减层析成像和相对衰减层析成像的反演重建效果.结果表明:改进振幅衰减常数的成像效果显著优于经典振幅衰减常数;绝对衰减层析成像对构造的横向定位较为准确,相对衰减层析成像容易造成真实构造的局部缺失.将改进的振幅衰减常数应用于工作面隐伏陷落柱的实际探测工作,取得了良好的应用效果.     

太阳风与彗尾等离子体作用引起微观不稳定性的讨论

Ⅰ型彗尾中有较大的粒子加速现象.本文应用等离子体动力学理论,采用较新的观测数据,以及不同的等离子体分布形式进行对比、分析.得出的结论是,在彗尾内部可能存在这种微观不稳定性,并有可能引发观测到的粒子加速现象.     

等离子体湍动对准垂直激波中粒子加速的影响

本文利用试验粒子方法研究了在考虑等离子体湍动的情况下带电粒子在准垂直激波中的加速, 在计算中, 我们采用组合模型来拟合等离子体湍动. 计算结果表明, 在存在等离子体湍动的情况下, 粒子可横越背景磁场运动, 从而被激波反射的上游粒子在到达下游后可被等离子体湍动散射回到上游, 并再次被激波反射并加速, 这样的过程可重复很多次, 因而粒子可被加速到很高的能量. 我们还研究了激波角, 粒子的初始能量和等离子体湍动的强度, 以及相干长度和两种湍动组分强度比与加速粒子的能谱之间的关系.     

ESF中一种重要新波模的探讨

本文从计入离子-中性粒子碰撞频率Vin效应的等离子体二流体方程组出发,导出统一描述ESF小尺度和中小尺度区域现象的二维静电模型.对模型方程进行了详细的线性波理论分析.结果表明,晚间赤道F层可存在正能波和负能波;Vin效应的影响是否重要依赖于波数和离子梯度漂移速度u_d乘积的大小.在小尺度区域,Vin影响较小,本文模型将变成我们已提出的小尺度无碰撞模型;而在中小尺度区域,Vin效应很重要,本文模型将得到著名的Rayleigh-Taylor不稳定性结果,Vin项对波的影响可以是致稳作用也可能是失稳作用,RT不稳定性波模对应于负能波分支.     

惯性区低-β等离子体中的动力学Alfvén孤波

运用双流体MHD方程描述电子和离子的行为, 采用非扰动理论, 把孤子看作经典粒子, 通过推导的赝势(也称Sagdeev势)方程, 结合数值计算来研究惯性区低-β等离子体中动力学Alfvén孤波的特性. 结果表明离子热效应对Alfvén孤波特性的影响不可忽略, 且在惯性区稀疏型孤波和压缩型孤波均存在. 此结论与Freja卫星在极区上空所观测结果吻合很好. Alfvén孤波携带有平行电场, 它对带电粒子的加速有重要作用, 这给极光粒子加速提供了一种可能的物理机制.     

地球空间稳定核素的趋势分析方程与物质的超光速运动规律

通过讨论地球空间已有稳定核素内质子数与中子数的分布趋势,介绍了稳定核素的趋势分析方法及其有关周期性分布方程形式,给出了理论方程曲线与地球空间稳定核素实验数据分布点的对比结果,进而给出了稳定核素极限值和元素周期表中化学元素极限,以及其与正负粒子对的可能对应关系方程,包括位于电子中微子层面附近的粒子质量量级初步估计.随后通过建立真空物质能量状态的二个假设,及基于等效Binet方程,给出了与Einstein狭义相对论有关结论相融合的物质粒子以光速及超光速运动的质量及能量方程;作为推论,对这些方程与暗物质及暗能量的可能对应关系予以了初步探讨.     

水饱和孔隙介质中平面震电波电磁特性的定量模拟

震电效应在地球物理测井和勘探领域拥有十分广阔的前景.为了研究孔隙介质中的震电效应,本文基于毛管模型中渗流场和电流场耦合理论,利用Pride震电理论对震电耦合波传播特性进行了定量模拟;对震电横波、震电快纵波、震电慢纵波的传播速度、衰减常数、电场强度、电流密度以及电荷密度进行了比较,定量分析了其随孔隙度、离子浓度、阳离子交换量的变化规律.分析结果表明:随着频率增大,三种震电耦合波波速、衰减常数以及电流密度与固相速度比值的模值增大,震电横波电场强度与固相速度比值的模值减小,震电快纵波、慢纵波电场模值增大.当频率相同时,震电快纵波波速最大、衰减常数最小,震电慢纵波波速最慢、衰减常数最大,震电横波的波速和衰减常数大小居于快、慢纵波之间;频率不变时,震电慢纵波电场强度与固相速度比值的模值最大,快纵波次之,横波最小;中低频时,震电横波电流密度与固相速度比值的模值略大于慢纵波;高频时,震电慢纵波略大于横波,快纵波一直最小.溶液浓度和阳离子交换量对三种震电波的波速和衰减常数影响很小;溶液浓度越大或阳离子交换量越小,三种震电波电场强度、电流密度与固相速度比值的模值越小,震电快纵波和慢纵波电荷密度与固相速度比值的模值也越小,但是相位几乎都不变.     

Effect of the charged dust grains on the neutral induced low frequency drift instability in a weakly ionized and magnetized dusty plasma

The role of neutrals in a partially ionized collisional dusty plasma is analyzed. In a magnetized inhomogeneous collisional dusty plasma, where plasma components have density gradients, neutrals can affect the instability significantly. Neutral induced instability and the effect of charge variation in such a dusty plasma are investigated. Dust size can control the neutral scale length which can answer the observed density irregularities in the ionosphere. Small sized dust particles favour damping due to charge variation while large sized particles assist collisional damping.     

Rayleigh Taylor instability in a dusty plasma

A non-local theory is developed to study the Rayleigh–Taylor instability in an inhomogeneous dusty plasma in the presence of a uniform magnetic field. Using the fluid equations and the dynamics of charged dust grains, an eigenmode equation is derived to study the stability of the mode. Typical space parameters in the vicinity of Saturn are used to investigate the stability of the mode. The growth rate of the Rayleigh–Taylor is found to be drastically higher in a dusty plasma than in a pure plasma. This might have a wider consequence in explaining the origin of low-frequency modes in various situations in the space atmosphere. The effects of the dust charge, and the dust density on the growth rate of the instability are also studied.     

Mechanism by which frontal structures in the ionospheric sporadic E layers are formed

A mechanism by which frontal structures in the ionospheric E region are formed, based on the Ekman-type instability in the neutral component of a weakly ionized ionospheric plasma, when it is important to take into account large-scale wind helicity and neutral component turbulence, is proposed.     

Excitation of Rossby waves by HF electromagnetic seismic origin emissions in the earth's mesosphere

Interaction of high-frequency seismo-electromagnetic emissions with the weakly ionized gas of the ionospheric D-layer is considered. It is shown that through the earth's ionosphere weakly damped high-frequency electron cyclotron electromagnetic waves can propagate. These new type of waves easily reach the ionospheric D-layer where they interact with the existing electrons and ions. Acting on electrons ponderomotive force is taken into account and corresponding modified Charney equation is obtained. It is shown that only nonlinear vortical structures with negative vorticity (anticyclone) can be excited. The amplitude modulation of electromagnetic waves can lead to the excitation of Rossby waves in the weakly ionized gas. The corresponding growth rate is defined. Depending on the intensity of the pumping waves generated by seismic activity different stable and unstable branches of oscillations are found. Detection of the new oscillation branches and energetically reinforcing Rossby solitary vortical anticyclone structures may be serve as precursors to earthquake.     

模拟天然气水合物的岩石物理特性模型实验

针对水合物沉积的悬浮、颗粒接触和胶结三种微观模式,制作一组微弱胶结非固结高孔隙度人造样品和颗粒填充渐变的三维物理模型. 通过物理模型实验研究天然气水合物物性参数的敏感性. 实验结果表明：在弱颗粒间胶结物和低有效应力的固结差的沉积物中,声波对孔隙流体性质较敏感. 随着温度的降低颗粒胶结,改变原有沉积物的岩石物理特性,速度、弹性模量和频率升高,声波衰减和Vp/VS减小,沉积层内的反射波消隐.     

磁流体冲激波在非均匀磁场中的传播

本文应用Chisnell- no方法,求解了在理想介貭中,垂直磁流体冲激波在非均勻磁場中的传播問題。这种方法,把非均勻介貭分解成无限小的弱間断面,根据气体动力学中波与間断面相互作用的原理,算出激波通过弱間断面时的强度变化,然后用积分求得激波通过整个非均勻区时的强度变化。作者引入了激波的特征速度（它是激波在波前后介貭中传播速度的几何平均值）作为輔助参量,得到形式上比較簡单的激波传播方程。然后考虑了磁压力远大于气体压力的强磁介貭中的激波传播問題,并进行了数值积分。采用的介貭密度模型有三种:（1）阿尔芬波速为常数;（2）密度不变;（3）密度与磁場强度成正比。計算結果表明:当激波由弱磁場向强磁場传播时,激波的强度逐漸变弱。其中,在阿尔芬波速为常数的介貭中,激波强度的衰减最为緩慢;在密度不变的介貭中,激波强度的衰減最为迅速;而在密度与磁場成正比的介貭中,激波强度的衰減則介乎上述两种密度分布之間。作者联系磁流体冲激波在地球外层空間的传播問題进行了討論,密度的模型采取大气啃昔的观測結果（卽上述第三种密度分布）,并进行了适当的外推,估計了在十个地球半径处的磁流体冲激波传到地面时的强度,求出了激波在地面引起的磁場变化与激波初始速度之間的关系。根据上述簡化模型,計算結果表明,在十个地球半径处初始速度为10⁸厘米/秒的激波,传到地面引起的磁場变化大約为60伽（亻馬）,这个数值的量級恰好与中低緯度强磁暴的急始变幅相符。     

Wave velocities and attenuation of shaley sandstones as a function of pore pressure and partial saturation

We obtain the wave velocities and quality factors of clay‐bearing sandstones as a function of pore pressure, frequency and partial saturation. The model is based on a Biot‐type three‐phase theory that considers the coexistence of two solids (sand grains and clay particles) and a fluid mixture. Additional attenuation is described with the constant‐Q model and viscodynamic functions to model the high‐frequency behaviour. We apply a uniform gas/fluid mixing law that satisfies the Wood and Voigt averages at low and high frequencies, respectively. Pressure effects are accounted for by using an effective stress law. By fitting a permeability model of the Kozeny– Carman type to core data, the model is able to predict wave velocity and attenuation from seismic to ultrasonic frequencies, including the effects of partial saturation. Testing of the model with laboratory data shows good agreement between predictions and measurements.     

Dusty plasma in the midlatitude ionosphere during meteor showers

The emission (or modulation) line, which manifests itself during high-speed (the speed of entry into the atmosphere is about 70 km/s) meteor showers (Perseids, Orionids, Leonids), has been detected in the fluctuation spectra of ionospheric plasma radio noise at λ = 2 m. The line frequency varies from 12 to 60 Hz depending on activity of ionospheric ionization sources and local characteristics of a meteor shower, time of day, etc. The line has a width of 2–3 Hz and can have satellites. The dusty plasma characteristics have been estimated on the assumption that ionospheric noise is modulated or emitted due to dusty plasma oscillations.