伽利略卫星磁异常起源的数值模拟

伽利略号任务探测到了起源于伽利略卫星的磁异常.这些磁异常很可能来自于卫星内部,并且受到强大的木星背景磁场的影响.观测磁异常可能来自各种不同的产生机制,这里通过数值模拟主要研究卫星内部磁对流和发电机行为.为了模拟卫星周围的电磁环境,在模型中引入了一个固定取向、空间均匀,但是强度可变的外磁场B0.模拟结果显示,强度足够大的B0可以显著的改变核内的发电机过程.当B0增加到原发电机磁场强度的40%时,核内对流的改变非常显著：整体对流强度减弱了80%,但是在大部分区域的差动旋转却增强了,这导致了核内总磁场的增加.磁场的形态趋向于同背景场一致,而流场则显示出背景场对原有对称性的抑制作用.此外,磁场在时间变化上也趋向于更加稳定.     

特大地磁暴的一种行星际源:多重磁云

2001年3月31日观测到的大的多重磁云(Multi MC)事件造成了第23周太阳峰年(2000～2001)最大的地磁暴(Dst=-387nT). 通过分析ACE飞船的观测数据, 描述了这个多重磁云在1AU处的磁场和等离子体特征. 并且根据SOHO和GOES卫星的观测资料, 认证了它的太阳源. 在这次事件中, 由于多重磁云内部异常增强的南向磁场, 使之地磁效应变得更强, 它大大的延长了地磁暴的持续时间. 观测结果与理论分析表明, 多重磁云中子磁云的相互挤压使磁云内的磁场强度及其南向分量增强数倍, 从而加强了地磁效应. 因此, 研究认为多重磁云中子磁云之间的相互压缩是造成特大地磁暴的一种机制. 此外, 研究发现形成多重磁云的日冕物质抛射(CMEs)并不一定要来自同一太阳活动区.     

涡旋诱发重联模型（Ⅱ）——通量传输事件理论和模拟

本文应用涡旋诱发重联理论研究了地球磁层顶区发生的瞬时局部重联现象.对向阳面磁顶区通量传输事件(FTEs)的形成、结构和运动进行了理论和模拟研究,并与卫星观测结果作了比较.结果表明,涡旋诱发重联可能是产生FTEs的重要机制.利用这一理论模型能解释FTEs的一些主要观测现象.此外,对背阳面磁顶区的局部重联从理论上作了分析,指出在背阳面磁顶区可能存在类似于向阳面磁顶区的通量传输事件.     

由高密度磁异常测量数据分析南海海盆的扩张年龄与扩张模式

南海是西太平洋最大的边缘海,地处欧亚板块、太平洋板块和印度洋板块的交汇处.过去通过磁异常条带对比分析南海扩张年龄的研究很多,但是所依赖的资料有限.本文对南海海盆高密度大批量磁异常测量数据进行了系统分析,实现了平面2D磁异常数据的带通滤波处理,消除了短波长噪音和由深部下地壳和上地幔顶部磁源体引起的长波长背景信息,因此突出了海底扩张所引起的磁异常条带.利用CK95地磁倒转模型和Talwani磁异常正演方法,对南海东部和西南次海盆内的重点磁异常测线进行了正演分析.通过对不同测线之间、不同海盆之间以及同一条测线中的正演磁异常与实测磁异常之间进行对比分析,进一步验证了南海东部次海盆的扩张年龄为32～16.5 Ma;西南次海盆可能的扩张年龄仍具有较大不确定性,可能为42～33 Ma或者24～16 Ma.不同的时间模型所依赖的扩张速率的变化情况不同,全扩张速率随时间变化明显,但主要在40～80 km/Ma之间.单纯根据目前的磁异常资料很难确定西南次海盆与东部次海盆之间的扩张次序.单期次扩张模式很难解释中南断裂两侧的构造物理差异,这种差异可能主要受控于其基底岩石成分、岩石磁化率、岩浆活动、扩张速率以及深部物质冷却磁化的影响,基底深度的变化也对观测磁异常的强度有所影响.相对地,大部分扩张后玄武岩海山的存在对观测的磁异常的影响不明显,针对目前磁异常解释中不可避免的多解性问题,需要运用其他不同的手段和方法,譬如大洋钻探和深拖高分辨率磁异常测量等,来实现对南海不同次海盆扩张年龄的精确估计.我们目前的工作是通向对深拖高分辨率磁异常、船测和航测磁异常、以及卫星磁异常综合解释的第一步.     

卫星重磁数据球坐标系下正反演方法研究进展

卫星重磁观测数据覆盖范围广、更新周期快是现代地球物理中重要的数据类型之一.随着卫星重磁观测技术的不断发展,卫星重磁观测数据的精度和分辨率得到了大幅提高,被广泛的应用于探索地球、月球、火星等天体内部物质分布、结构、构造等地学问题的研究.在研究过程中,对卫星重磁数据选择合适的处理和反演方法是后续能否进行精确分析解释的重要前提.基于球坐标系下的卫星重磁数据解算、正、反演方法为大尺度地学问题的球面研究为更贴近于实际地质情况提供了方法技术支持.本文针对卫星重磁数据的曲面数据和大尺度应用研究的特点,对近年来提出的球坐标系下Tesseroid单元体的正、反演方法进行了较为全面的阐述.可为国内同行深入了解卫星重磁数据在球坐标系下的研究现状和开展进一步的研究提供参考,促进卫星重磁数据在我国地球系统科学领域中发挥更大作用.     

磁层快速对流事件的多点卫星联合观测

本文利用星簇Cluster的三颗卫星(C1,C3和C4)在2001年和2002年的数据,研究了快速对流事件（RCE， Rapid Convection Event）及其与亚暴的关系.结果显示单点卫星对RCE的观测,不能反映磁尾RCE的真实情况.在2002年7月25日发生的一次RCE事件, C1和C3观测到这次RCE，C4却没有观测到.在三颗卫星联合观测到的306次RCE中,C1观测到215次,C3观测到266次,C4观测到227次.统计研究表明，单点卫星观测到的RCE的平均时间也不能准确反映磁层内的RCE.由此推论在整个中心等离子体片内,快速对流事件所承担的能量和磁通量的输运量,可能远大于单点卫星观测给出的结果.用速度来定义的磁尾爆发性整体流(BBF，Bursty Bulk Flow)与亚暴的关系,比用磁通量定义的RCE与亚暴的关系要更加紧密.     

中磁尾重联触发亚暴的单事例分析

磁层亚暴的发生与近磁尾（约6～8 R_E）电流片中断和中磁尾（约20～30 R_E）磁场重联密切相关,而极光的极向扩展、电流片中断和磁尾重联的时序过程对于认识亚暴的触发机制至关重要. 本文利用位于中磁尾的CLUSTER卫星,同步轨道附近LANL-01、LANL-97卫星,近磁尾POLAR和 极区IMAGE卫星的观测,分析了单个亚暴事例.结果表明,在此事件中,中磁尾磁场重联起始比近尾电流片中断早3 min发生,电流片中断发生4 min后,IMAGE卫星观测到极光增亮,同时AE指数突然增大,亚暴膨胀相起始. 观测结果与亚暴中性线模型较为吻合.     

岩石圈地震前兆异常机制

对于电磁卫星所观测到的地震震前电磁异常现象的机制，即电磁异常如何从岩石圈穿过大气层耦合到电离层及其以上空间，目前仍是尚未解决的问题.本文主要介绍目前大量有关地震岩石圈异常的机制研究，力图从卫星地震电磁异常的源头—岩石圈地震来获得相关认识.岩石圈地震前兆异常包括：地表变形、水位变化、悬浮薄雾、超低频（ULF）电磁异常、山脊或山顶发光闪电、卫星红外图片大范围数度温度异常、磁场高于地磁偶极场的0.5%、电离层等离子体密度变化、动物奇异行为等.人们提出了许多试图解释各种异常现象的假说，如热耦合假说、气泡运移假说、边界位错充电假说、离子空穴运移假说等.本文希望通过对以上各种假说提出的基础、物理机理以及异常现象解释的探讨，促进对岩石圈地震前兆异常现象机理认识，从而为地震电磁异常的正确认识提供更有力的帮助.     

关于压磁效应和膨胀磁效应

在简化条件下, 估计了压磁效应的可能量级.由此推知, 在非磁异常区, 地震前后的磁场变化不一定是压磁效应引起的.压磁效应不是震磁关系的唯一机制.按照渗滤电流理论推出的公式表明, 由地下水渗滤作用引起的所谓膨胀磁效应也是很小的.只有渗滤区足够大, 地下水剧烈运动, 才有可能观测到膨胀磁效应.      

2020年8月18日印度尼西亚MS7.0地震电离层扰动研究

基于GPS TEC单站数据、 GIM TEC数据、垂测数据以及中国电磁监测试验卫星观测的原位电子密度数据,利用时序和空间的扰动提取方法,对2020年8月18日(世界时)印度尼西亚M_S7.0地震所引起的电离层扰动开展了研究。通过分析,我们发现多数据源的异常主要集中出现在8月12日—8月15日。震中附近8月12日GPS TEC单站数据和GIM TEC数据有明显的正异常现象,8月13日卫星原位电子密度和GIM TEC数据提取到正异常扰动,8月14日观测到卫星原位电子密度和GPS单站TEC数值有所增加,8月15日卫星原位电子密度、 GIM TEC和GPS单站TEC均出现正异常现象。此次地震引起的电离层异常不仅出现在震中上空,同时也反映在震中磁共轭区域。对应于8月12日震中附近的TEC异常,磁共轭区的单站TEC出现同步扰动,8月13日卫星数据、 GIM TEC和单站TEC数据在磁共轭区同步响应,8月15日磁共轭区的卫星原位电子密度、 GIM TEC、 GPS单站TEC和垂测数据均提取到了正异常扰动,并且与震中附近扰动出现的时间和幅度都有一定的共性。