长偶极大功率可控源电磁波响应特征研究

地球物理学中关于电磁波勘探研究通常采用的是地球半空间模型.然而,对于几十公里的有限长电缆源（长偶极源）,远距离电磁波场探测必须要考虑电离层的影响,它是一个全空间问题.关于包含电离层、空气层和地球介质（我们称“地-电离层”模式）的电磁波场特征的研究在国外较少,国内几乎是空白.本文采用全空间积分方程法首先对小尺度的可控源电磁波场特征进行了研究,由于此时电离层的影响可忽略,它应该和半空间成熟的CSAMT模拟结果一致,对比结果表明,二者是一致的,验证了全空间模拟方法的可靠性和有效性.随后进行了50 km长电缆电离层和空气层高度都为100 km的“地-电离层”模式大尺度电磁波场模拟,以探讨大尺度可控源电磁波场的特征.给定频率的“地-电离层”模式电磁场的衰减曲线表明长电缆远距离电磁波场由于受电离层的作用存在衰减逐渐变小的过渡场和衰减变小的波导场.为了探讨复杂介质“地-电离层”模式电磁波特征,对“地-电离层”模式的典型地盾和地台多层介质模型进行了数值模拟,得到了偶极源长度50 km、电流200A、收发距离远达1600 km和2500 km的合理的电磁场结果.最后,对一简单含油储层结构模型进行了长偶极、大功率、远距离电磁波场响应计算.储层横向不均匀复杂结构模拟的结果表明,考虑电离层和大气层的“地-电离层”模式大尺度深层复杂介质模拟时,电磁场对深部目标体仍有很好的异常响应.     

电离层-空气层-地球介质耦合下大尺度大功率可控源电磁波响应特征研究

电离层-空气层-地球介质（我们称为“地-电离层”模式）耦合下大功率可控源电磁波的研究在国内外较少.近年来,有学者做了相关的数值模拟,但没有考虑空气中位移电流的影响.我们根据研究对象和问题建立地质模型和相应的数学模型,采用R函数法进行“地-电离层”模式水平电缆接地偶极源的电磁波场强公式推导,同时考虑电离层和空气中位移电流的影响.在验证方法可靠的前提下,进行了数值计算.探讨了“地-电离层”模式大功率可控源电磁波的响应特征.数值计算结果表明,由于电离层和空气层中位移电流的影响,“地-电离层”模式大功率可控源电磁波的特征与地球半空间可控源电磁波的特征有很大的不同,体现在前者除了有近场、远场外,还存在由于电离层影响下场强衰减变小的波导场.并随着收发距增大和频率的增高,出现了电场和磁场方向图的变化.     

流星不均匀体多波段探测系统与初步观测结果

流星体注入地球空间给地球带来外部物质并影响地球空间环境.为了探知流星体对空间环境的影响,需获取不同类型流星体及其在地球大气中产生系列现象的特征.本文介绍近期研制建设的流星不均匀体多波段探测系统.该系统设计采用光学大范围成像和无线电相控阵雷达与双基地全天空雷达主动探测,实现对不同尺寸流星体坠入地球高空大气/电离层后的烧蚀、蒸发和电离到流星不均匀体产生与演化等系列过程探测.通过开发多种探测模式和相应的数据分析反演算法,获取流星体速度、质量、成分和星际来源、流星等离子体头和等离子体尾迹不均匀体的空间精细结构与演化以及低电离层“瞬时”风场等多参量信息.利用该系统观测数据,对流星体及其产生的流星等离子体头、等离子体尾迹场向和非场向不均匀体、流星闪耀和尘埃不均匀体以及电离层不均匀体等开展了初步研究.     

基于GPS和DEMETER卫星数据的地震电离层电子浓度异常变化研究

正地震电磁现象的观测与研究是认识地球内部物质特性、地震孕育发生过程以及空间信号传播和介质特性变化的重要途径。空间对地观测技术的发展,推动了地震电磁信号在大气层、电离层的传播与耦合机制的研究。从20世纪60年代发现美国阿拉斯加大地震震中区上空出现电离层异常扰动现象以来,有关地震空间电磁、电离层扰动的现象引起了广泛的关注,成为地震电磁学领域一个新的研究热点。研究表明,在地震孕育发生过程中,地下介质     

电离层影响下不同类型源激发的电磁场特征

大地电磁法(MT)和可控源音频大地电磁法(CSAMT)虽然在多种勘探领域均得到了广泛的应用,但是也存在着一些问题.于是结合了这两种勘探方法的优点,一种采用固定的大功率源进行电磁波发射,在全国范围内进行电磁信号接收的人工源电磁法得到了发展.此方法中收发距可达上千公里,在此大尺度范围下如何保证电磁信号的强度成为一个关键问题,而其中发射源的类型是决定着信号强度的重要因素.当收发距很大时,电离层的存在将影响到电磁信号的传播,为了探讨适合于大功率固定源方法的发射源类型,本文将大功率固定源方法模型抽象为地-电离层模型,研究电离层影响下的三维积分方程法,其中地-电离层模式背景模型的格林函数用波数域中的层矩阵法获得.利用此正演方法模拟对比了发射源分别为水平长线源、环状源和L型源时电离层影响下的电磁场传播特征,并初步探讨了L型发射源对三维异常体的分辨能力.综合分析认为L型源是较优的发射源,有利于在大功率固定源方法中进行实际应用.     

空间电磁环境研究在军事上的应用

由磁层、电离层和高层大气组成的近地空间系统是现代战争和未来战争活动的主要空间领域，地磁场和地球电磁环境与军事通信、遥感侦察、导航定位以及高空核打击等军事行动有着密切的关系.本文根据已经公开发表于学术刊物的材料，对比分析高空核爆炸产生的人工辐射带和天然辐射带的主要特点以及灾害性空间天气事件（如亚暴和磁暴）对空间飞行器的损害，简要介绍电离层骚扰和不均匀性对通信的影响，探讨地磁场在导航定位中的可能应用.     

我国空间物理研究进展

经过多年的建设与努力,我国日地空间物理与空间天气领域的研究呈现蓬勃的发展态势.《地球物理学报》以空间物理为专辑,集中在2014年11期刊发38篇文章,涵盖了基于"子午工程"观测数据分析在内的空间物理和空间天气方面的一批最新研究成果.这些工作涉及电离层、中高层大气、地磁与磁层、太阳及太阳风等学科方向,还有两篇工作涉及行星空间环境.本文将从这五个学科方向简要地介绍收入专辑的这些工作.     

地震电离层前兆综合监测技术

地震前后对电离层进行观测的方法正在逐渐发展成为一种新的地震前兆观测方法。应用多手段地基无线电遥感探测技术,通过软件无线电形式,实现一机多能,对电离层状态的综合探测,获取地震前电离层变态的多参数数据,结合对地震电离层前兆物理机制的研究,将能大大提高地震电离层前兆预报分析的可信度、可靠性,有助于对地震电磁现象机制的识别和前兆信息的提取和强震预报预测。     

中国人工源电磁探测新方法

人工源电磁探测技术作为地球物理电磁探测的重要分支,在过去十年中得到快速发展.中国陆续攻克电磁探测方法的基础理论、正反演方法和核心装备技术难题,在地面电磁法、航空电磁法及海洋电磁法等领域的研究中取得了突破性进展,出现空-地-井立体探测和频-时域多尺度电磁探测新技术,实现对地下10km深度范围内目标体的有效探测.为了进一步满足国家在深部地质找矿、城市地下空间探测、地质灾害探测和监测等方面的迫切需求,仍需继续推动地球物理勘探方法的技术创新,发展高效、可靠、经济的新装备.     

基于陆态网络GPS数据的电离层空间天气监测与研究

中国大陆构造环境监测网络(简称陆态网络)是以全球卫星导航定位系统(GNSS)为主,辅以多种空间观测技术,实时动态监测大陆构造环境变化,探求其对资源、环境和灾害的影响的地球科学综合观测网络.基于陆态网络约200个基准站的GPS观测数据,本文探讨了其在电离层空间天气监测与研究方面的应用.包括磁暴期间电离层暴扰动形态,大尺度电离层行进式扰动,太阳耀斑引起的电离层骚扰和低纬电离层不规则体结构等.研究结果表明:陆态网络布局合理,观测数据质量良好,完全可用于中国及周边地区电离层空间天气监测与研究,为进一步开展我国电离层空间天气预警和预报奠定了观测基础.     

Weimer电场模式在地球磁层内的特征

地球磁层中的电场是研究磁层物理的重要参数,目前常用的对流电场有均匀晨昏电场和投影电场.电离层电场可以看做磁层电场沿磁力线在电离层的投影,本文选取的电离层电场模型为Weimer(2001模式)电场.利用T96磁场模式,沿磁力线将电离层电场投影到磁层空间,得到一个新的磁层电场模式,并讨论了磁暴、行星际磁场(IMF)、太阳风参数和亚暴等对磁层电场的影响.利用该模型计算的电场结果与卫星探测结果相符.     

<与地震有关的大气和电离层的电磁现象>一书简介

在以固体地球为研究对象的学者们之间,实现地震预报实用化这一问题,至今都是困难的,这已逐渐成为共识。但其中唯独“电磁现象”的研究者们却豪情满怀。本书作者早川正已先生是科学技术厅地震前沿研究的学者之一,主要指导宇宙开发事业团(NASDA)的“地球遥感技术项目”的研究。也许有人不可思议,地震电磁现象怎么和遥感扯到一块儿了?答案很简单,最近有报告说,从人造卫星观测到被认为是与地震有关的电磁现象。1997年3月早川先生主持召开了“地震电磁现象国际研讨会”,本书就是从那次会议上发表的文章中汇编了与地面观测、大气以及电离层有关…     

空间电磁环境和日地系统能量过程的研究

日地系统的能量耦合过程和该系统的整体行为是当前空间物理学的重要课题.本文简要综述了近年来,特别是第20届国际大地测量和地球物理联合会大会报导的某些研究成果,指出这些研究在人类认识近地空间电磁环境中的作用.     

GNSS测站坐标非线性变化影响机制的研究

对影响地球参考框架稳定度与精确度的地球动力学因素进行深入研究,能更好地促进毫米级地球参考架的建立.而研究GNSS测站坐标的非线性变化及其相关机制,是实现毫米级地球参考框架的前提,也为提升GNSS坐标精度、研究地球物理因素等提供参考.首先研究了GNSS测站坐标非线性变化的影响机制与理论改正模型,给出了季节性温度效应、地表物质负荷效应、GNSS周年性系统误差和高阶电离层延迟这四种因素的研究进展,并提出了在机制和模型研究方面一些改进的方向.然后通过以高阶电离层延迟对GNSS测站坐标时间序列的影响为例,进行分组实验,研究了高阶电离层延迟对GNSS测站坐标非线性变化的影响,并进一步将影响进行了量化.研究结果有助于对测站坐标非线性变化的机制做出更精确合理的解释,同时也有助于削弱与限制高阶电离层延迟对建立高精度地球参考框架的影响;为我国北斗地球参考框架的建立与维持提供了可靠的理论基础,具有一定的参考价值.     

PREVENTION项目:对岩石圈-大气层-电离层耦合模型的监测与检验--墨西哥综合地球物理观象台

近几年来,为了解释在预测地震区的近地表、大气层和电离层等不同层面观测到的电磁和等离子体现象的物理机制,人们建立了许多不同的物理模型。由于缺少充足的试验数据,所有模型都是基于一定的假设得到的。为了建立完善的模型,必须用到在不同地点、不同时间、不同类型的地震中搜集来的数据。PREVENTION项目（PREcursors of Volcano Eruptionsand Notable Tremors Integral ObservatioN,火山喷发和显著震动的前兆的全面观测）试图在墨西哥地震活动最频繁、潜在危险最严重的地区之一——Guerrero州建立综合地球物理观象台,从地面到空中进行多层面的观测,以期获得同时发生的多参数数据来对现存的地震-电离层耦合模型进行直接检验。第二个试验场将建立在Popocatepetl火山附近,来研究火山活动和电离层效应之间的关系。本文展示了综合地球物理观象台的含义和内容。     

极区电离层对流速度的浅层神经网络建模与分析

电离层对流是太阳风与地球磁场相互作用下驱动的磁层大尺度对流循环与对流电场在极区电离层的映射,与行星际磁场-地球磁场耦合系统息息相关.本文基于SuperDARN(Super Dual Aurora Radar Network)分布在北半球的23部高频相干散射雷达获取到的二维电离层对流速度对其进行建模研究.模型输入为行星际...     

NASDA地震遥感前沿项目综述报告

在神户地震灾难后,日本政府的原科学技术厅就提出了综合地震前沿研究项目。在这个项目的框架中,RIKEN和NASDA（National Space Development Agencyof Ja-pan,日本国家空间发展协会）两个所需要承担执行为期五年的在地震短临预报中应用电磁现象的可行性研究。从1996年以来,RIKEN研究组就一直从事地电流及其相关现象的研究。同时,在NASDA“地震遥感前沿项目”中,我们从总体上对地震地磁现象进行研究,研究范围不仅包括岩石圈,还包括大气层和电离层。经过五年的研究,发现地震的影响不仅表现在岩石圈（如：超低频（ULF）电磁辐射、声发射等）,还会表现在大气层和电离层（通过已有的发射信号）。最重要的是我们发现了以电离层下部（subionospheric）甚低频（（VLF）和低频（LF）信号传播为基础的地震-电离层扰动的确凿证据。我们已经开辟了一门新的具有挑战性的科学领域,“岩石圈-大气层．电离层的耦合”或“岩石圈-大气层．电离层耦合系统中的电磁学”。对三圈耦合的研究会对地震短临预报具有重要的科学意义。     

地震电离层VLF电磁场频谱全球特征研究

与地震活动有关的空间电磁扰动频段主要集中在甚低频/超低频(VLF/ELF),这已经被众多学者研究结果所证实.特别是2004年6月法国DEMENTER卫星成功发射以来,地震电离层电磁异常研究得到了长足发展.然而,相对于来自空间的扰动,诸如磁暴,磁层亚暴,太阳风扰动以及地面闪电等引起的电离层电磁扰动,地震电离层异常为弱信号,怎样凸显地震电离层异常信息是亟需解决的问题.     

三维模式约束的电离层掩星反演方法

目前电离层掩星数据反演是基于电离层电子密度分布局部球对称近似的Abel反演方法,实际电离层的非球对称性会给电子密度反演结果带来误差.本文研究利用三维电离层模式来提供电子密度水平变化的先验信息约束电离层掩星反演的方法,即三维模式约束法;并将该方法应用于模拟掩星观测数据和实测掩星数据的反演.模拟观测数据的反演结果表明,与Abel反演方法相比,三维模式约束法能够减小反演误差.采用IRI2001模式作为约束,对COSMIC电离层掩星实测数据反演,将反演结果与全球的垂测仪数据进行比较,结果表明,三维模式约束法和Abel反演方法都能很好地反演电离层掩星.     

基于地震电离层现象研究结果的分析与总结

地震电离层现象作为地震事件在电离层中的物理表象,随着观测资料的积累不断地被发现和报道。大量研究结果表明,地震电离层现象复杂多样,难以捕捉和确认。本文针对主要的地震电离层现象进行简要介绍,并依据研究参量、地震事件的震级、异常出现的时间、异常的空间方位以及异常的正负等要素,对以往的地震电离层现象进行分类总结,尝试从现有研究结果中挖掘地震电离层异常出现在震前的天数与震级的关系、异常空间分布方位及频次、正负异常的震中距与震级的关系,探索地震电离层异常现象在时间上的变化特征和空间上的分布特征。