基于MESSEGER观测对水星磁尾电流片磁场分布的统计研究

本文利用信使号飞船2011-2015年期间在轨磁场数据对水星磁尾电流片的磁场结构分布特征进行了统计分析.为探究磁场结构分布随水星径向距离的变化,电流片划分为近磁尾（-1.5R_M > X > -2.0R_M）和远磁尾（-2.0R_M > X > -2.5R_M）两个区域.所得结果表明：（1）无论是近磁尾还是远磁尾,电流片中的磁场都以+B_z分量为主,磁场方向几乎与磁赤道面垂直.（2）相比近磁尾,远磁尾电流片中磁场强度、B_z分量较弱,B_y分量较强,而且-B_z信号出现概率相对较大,这表明电流片中磁活动相对容易在远磁尾中发生.（3）磁场强度以及B_z分量在晨昏方向上的分布存在晨昏不对称性——在方位角120°~190°范围内相对较弱.弱B_z数据点（B_z<5 nT）也在昏侧（Y>0）发生较为频繁.（4）与B_z分布相反,磁场强B_y分量（|B_y|>5 nT）倾向于在晨侧（Y<0）发生.统计分析还表明,磁场B_y分量与行星际磁场B_y分量并无明显的相关性.对比地球磁尾电流片,我们对水星磁尾电流片B_z分量、强B_y分量的晨昏不对称起源机制作了探讨分析.     

基于Sato模型的内蒙古东北部地区尾波Q值

基于Sato模型,采用2016年3月至2018年6月内蒙古东北部及临近地区发生的526次地震事件,挑选M_L ≥ 2.0、记录清晰且信噪比较高的102次地震事件,拟合得到内蒙古东北部地区尾波Q值,得到Q_C（f）=（64.74 ±29.09）f^{（0.8925 ±0.0765）};Q值与依赖指数η成反比,且该区北部Q值偏高,南部Q值偏低,可能与地质构造及地震活动性有关。     

基于2014年云南地区地震的地震预警参数与快速震级估算研究

根据2014年云南地区M6.1盈江地震、M6.5鲁甸地震和M6.6景谷地震的主震、余震P波初期部分的信息,研究了地震震级快速估算中3个预警参数（最大卓越周期τ_p^max、特征周期τ_c和最大位移幅值P_d）与震级的相关性,提出了云南地区的震级估计模型,并对其进行分析,再和其它地区的震级估计模型进行对比和评价。结果表明:3种方法均能在短时间内（2~4 s）有效地进行震级估算,P_d方法估算效果最优,τ_c方法次优,τ_p^max方法较弱。在震级较大的主震震级估计中,3种方法均没有出现明显的震级低估（震级饱和）现象。对于τ_p^max方法,云南地区的估计模型与南加州地区较为接近,但与四川地区区别较大,可能与该方法的计算稳定性有关;而τ_c方法的估计模型则与四川及世界其它地区均较为接近,更具有普适性和稳定性。在地震预警系统的实际应用中,由于云南地区尚未建立密集的地震监测台网系统,因此在短时间内难以得到较为准确的震中距。与震源距相独立的τpmax和τc两种算法则显得较为实用,其中:τ_c方法略优于τ_p^max方法,同时能较好地满足地震预警系统的精度要求,因此推荐使用τc方法应用于云南地区地震预警系统中的快速震级估算。     

外核黏性对地磁场发电机数值模型的影响

地磁场发电机过程由数学方程组和输入参数所控制.为研究发电机参数对系统的影响,本文使用MoSST模型模拟了在外核黏性ν变化下发电机模型的输出.通过使用跨越近3个量级的ν值,着重研究了各物理场及其典型尺度随黏性的变化.发现黏性变化显著影响流场;磁场随ν增加而近乎单调减小,但变化幅度不超过30%;温度扰动随ν增加而小幅（6%）单调增加.经过拟合,得到外核流速u和黏性ν的比例关系：u~ν^0.49.流速随黏性增加的现象本质上是由于黏性增加打破了Taylor-Proudman约束,使得临界Rayleigh数减小,从而在相同的驱动力下带来了流速的增加.此外,作用力平衡分析发现,随着ν的变化,系统在几种平衡模式间切换.通过与之前比例关系的研究对比,本研究支持在一定范围内,磁场与黏性关系不大的结论;但反对流速与外核黏性无关的假设.     

地磁场结构对静止轨道≥2 MeV高能电子分布的影响

基于AE8电子辐射带模式和各地磁场模式,本文系统分析了地磁场模式、太阳风、地磁扰动、地磁轴指向对静止轨道≥2 MeV高能电子分布的影响以及静止轨道不同经度位置≥2 MeV高能电子分布的差异,并与GOES系列卫星实测结果进行了对比分析.结果表明,AE8+IGRF+T96模式所得静止轨道≥2 MeV高能电子分布结果优于AE8+IGRF+OPQ77模式或AE8+IGRF+T89模式结果,其大部分定性结果与GOES系列卫星观测结果较为一致,AE8+IGRF+T96模式所得静止轨道≥2 MeV高能电子分布与磁壳参量Lm、局地磁场B分别呈较好的负和正相关性.基于AE8+IGRF+T96模式得到在相同太阳风及地磁扰动条件下2010年每分钟静止轨道≥2 MeV高能电子通量分布结果,经分析得到：1年内每个时刻静止轨道上≥2 MeV高能电子通量最大值和最小值比值变化范围为2.50~7.51,变化主周期为1天,每天比值变化量都超过3;1年内静止轨道各经度位置每天内≥2 MeV高能电子通量最大值和最小值比值变化范围为2.98~6.00,比值随着时间和经度位置而变化;1年内同一天静止轨道各经度位置≥2 MeV高能电子日积分通量最大值出现在170°W附近,最小值出现在70°W附近,最大值与最小值的比值分布在1.86~2.13之间.以上所得静止轨道≥2 MeV高能电子分布变化主要来自Lm变化,B/B₀的影响小于5%,其中B₀为磁力线上磁场最小值.因此,在构建≥2 MeV高能电子分布模式时,需要考虑地磁场结构的影响,特别是Lm参数.     

地震力标度及其在华北地区的应用

讨论了华北地区中强地震前地震力标度的时空变化特征, 首先介绍了地震力标度的物理意义, 给出了由传统经验公式推导出的地震力标度σ值的计算方法, σ值是一个表征地震时震源处断层平均驱动力的物理量, 基于地震波能量推导得到, 介于地震频度和能量之间, 根据经典通用的经验公式, 地震力标度σ值与震级M_L存在lgσ=1.14M_L+6.22标度关系; 结合华北地区(34°~42°N ; 110°~124°E; )地震活动的特点, 利用1980年以来2500多次3级以上地震, 研究了M_S≥5.0中强震前σ值的变化规律, 结果发现该指标能客观反映地震活动的增强与平静。 中强地震前存在σ值高值异常, σ值有由低转高, 在高值点发震的特征。 空间上σ值的分布与地质构造、 地震带和强震孕育过程有关, 中强震前地震力标度σ值有成片增加的过程, 对中强地震预测有一定的指导意义。     

2017年8月8日九寨沟MS7.0地震震源谱及震中区域品质因子

2017年8月8日四川省九寨沟县发生M_S7.0地震,国家强震动台网中心正式发布了此次地震中收集的66组强震动记录,采用其中震源距不超过150 km且台站场地反应已确定的8组记录,基于S波傅氏谱反演方法确定了此次地震的震源谱及震中区域的地壳介质品质因子.结果为：品质因子Q（f）=84.9f^0.71,说明该区域的S波非弹性衰减较为强烈;根据ω^-2震源谱模型,确定该地震的地震矩为9.42×10¹⁸Nm,其对数标准差为0.12,相应的矩震级M_W=6.616±0.079,拐角频率为0.131±0.011 Hz,应力降为3.854 MPa,该值明显低于全球板内地震的应力降平均水平（4.89 MPa）,但高于2013年芦山M_W6.6地震的应力降.     

Lg波Q值随震源深度的变化作为地壳本征衰减深度的判据

Lg波的Q_Lg值是描述区域地壳结构及介质衰减特性的重要参数之一,Q_Lg层析成像被广泛应用于地壳衰减结构横向不均匀性的研究中.但是,对Q_Lg在垂直方向上的不均匀性的研究较少.当发现一个地区发生Q_Lg值低时,我们希望进一步了解这种介质衰减深度.本文通过数值模拟合成地震图的方法,通过分析不同震源深度和介质模型计算Q_Lg,判断Lg波发生主要衰减的深度.研究结果显示：（1）当震源深度浅时,上地壳介质衰减对于Lg波Q值的影响明显比下地壳的影响更大.而震源深度深时,两者贡献基本相当;（2）如果上地壳介质衰减强,则随着震源深度的增加,η值逐渐减小;如果下地壳介质衰减强,η值先增大后减小;但如果下地壳存在低速层,则η值持续增大;（3）如果上地壳介质衰减强,则随着震源深度的增加,Q₀逐渐增大;反之如果下地壳介质衰减强,则Q₀逐渐减小.因此,我们可以通过调查某一区域不同深度地震的Lg波衰减规律,来判断这一地区的地壳介质衰减情况.     

内蒙古中西部地区震源参数研究

选取内蒙古测震台网2009—2016年内蒙古中西部M_L≥2.8中小地震波形记录,采用多台联合反演方法,计算该区中小地震震源谱参数,获得地震矩M₀、矩震级M_W、应力降Δσ和震源尺度r,利用线性回归,分析近震震级M_L、地震矩M₀、矩震级M_W、应力降Δσ和震源尺度r之间的关系。结果表明,各参数之间存在一定线性关系,内蒙古中西部地区应力降模型为增加应力降模型（ISD）。     

高宽比对剪切型配筋砌块砌体剪力墙耗能能力的影响

为了研究高宽比对配筋砌块砌体剪力墙耗能能力的影响,确定墙体的耗能参数。利用6片高宽比H/h为1.57、1.14和0.71的足尺全灌芯配筋砌块砌体剪力墙拟静力试验,通过计算墙体的耗散能（累积和单圈）、等效粘滞阻尼比ζ_eq、能量耗散系数ψ和功比指数I_w四个参数,来分析发生剪切型破坏模式墙体的耗能能力。研究结果表明:H/h对墙体的耗能能力影响较大,随着墙体变形的增大,H/h越小墙体的耗散能增长越迅速,墙体的延性越差;当H/h=1.14时,能量耗散系数ψ较低,等效粘滞阻尼比ζ_eq较小,约为7%~10%,墙体的耗能能力较差;当H/h=0.71时,ψ较高,ζ_eq较大,约为14%~15%,墙体的耗能能力较好;随着位移的增大,功比指数I_w逐渐增大,当位移较小时I_w几乎呈线性增长,当位移较大时I_w呈非线性增长,H/h=1.14墙体的I_w增长相对缓慢。可见:对于发生剪切型破坏模式的配筋砌块砌体剪力墙,H/h接近1时耗能能力较差,在工程中尽量避免采用。     

基于Van Allen Probes EMFISIS波动仪器观测的内磁层上频带哨声合声波全球分布的统计分析

基于Van Allen Probes近三年的EMFISIS仪器波动观测数据,针对内磁层上频带哨声模合声波幅度的全球分布特性对地磁活动水平的依赖性进行了详细的统计分析,着重研究上频带合声波平均场强幅度随磁壳值(L)、磁地方时(MLT)、地磁纬度(MLAT)的分布特征及不同强度区间的合声波的发生概率.结果表明,上频带合声波的平均场强幅度与地磁活动条件密切相关,在强磁扰期,平均幅度可达到40 pT以上.在外辐射带中心区域(L=4~6),上频带合声波的幅度最强;在L~3的区域,上频带磁层合声波没有分布.在夜侧至晨侧(22—09MLT),上频带合声波幅度最强;在下午侧至昏侧(15-19MLT),上频带合声波幅度最弱;日侧(10-14MLT)上频带合声波在不同地磁活动条件下都存在,幅度偏小.上频带合声波主要分布在|MLAT|10°,其中21-09MLT范围内、磁纬位于|MLAT丨5°的平均场强幅度最强,磁扰期间可达约100 pT.另外,统计而言,中等幅度(10~30 pT)的上频带合声波在夜侧至晨侧(23-09MLT)靠近磁赤道区域的发生率最高,可达15%左右.强幅度(30 pT)的上频带合声波普遍分布在夜侧(01-05MLT),发生率最小.本文建立的上频带哨声模合声波的全球分布模型结合已经建立的下频带合声波的全球分布模型,将有助于进一步深入理解该重要磁层等离子体波动对地球等离子体片、辐射带、环电流动力学过程的定量贡献.     

基于Van Allen Probes EMFISIS波动仪器观测的内磁层下频带哨声合声波全球分布的统计分析

基于Van Allen Probes近三年的EMFISIS仪器波动观测数据,对内磁层下频带哨声模合声波幅度的全球分布特性对地磁活动水平的依赖性进行了详细的统计分析,着重研究下频带合声波平均场强幅度随磁壳值L、磁地方时、地磁纬度的分布特征及不同强度区间的合声波的发生概率.结果表明,下频带合声波的波动强度与地磁活动密切正相关,处于强磁扰期间的合声波具有更大的振幅,其发生率与地磁活动强度具有同样的正相关特性.下频带合声波主要发生于午夜至下午的磁地方时区间,其余的磁地方时时段下频带合声波较弱.赤道面附近的下频带合声波主要分布在夜侧至黎明这一时段内,随着磁纬度的增加逐步向日侧扩展.下频带合声波在午夜侧(21-03 MLT)主要出现在15°的磁纬范围内,在晨侧(03-09 MLT)可以到达15°磁纬甚至更高纬度.下频带合声波主要发生于L=~4.5的附近区域.随着地磁活动的增加,下频带合声波所覆盖的L-shell空间区域增大,趋势为向高、低L值区域同时扩展.建立的下频带哨声合声波的全球分布模型将有助于进一步深入理解该重要磁层波动对辐射带电子的波粒作用散射效应和对辐射带动力学过程的定量贡献.     

磁暴期间热层大气密度变化

基于CHAMP卫星资料,分析了2002—2008年267个磁暴期间400km高度大气密度变化对季节、地方时与区域的依赖以及时延的统计学特征,得到暴时大气密度变化的一些新特点,主要结论如下:1)两半球大气密度绝对变化(δρa)结果在不同强度磁暴、不同地方时不同.受较强的焦耳加热和背景中性风共同作用,在北半球夏季,中等磁暴过程中夜侧和大磁暴中,夏半球的δρa强于冬半球;由于夏季半球盛行风环流造成的扰动传播速度快,北半球夏季日侧30°附近大气,北(夏)半球到达峰值的时间早于南(冬)半球.而可能受半球不对称背景磁场强度所导致的热层能量输送率影响,北半球夏季强磁暴和中磁暴个例的日侧,南半球δρa强于北半球;春秋季个例中日侧30°附近大气,北半球先于南半球1~2h达到峰值.2)受叠加在背景环流上的暴时经向环流影响,春秋季暴时赤道大气密度达到峰值的时间最短,日/夜侧大气分别在Dstmin后1h和2h达到峰值.至点附近夜侧赤道大气达到峰值时间一致,为Dstmin后3h;不同季节日侧结果不同,在北半球冬季时赤道地区经过更长的时间达到峰值.3)日侧赤道峰值时间距离高纬度峰值时间不受季节影响,为3h左右.在春秋季和北半球冬季夜侧,赤道大气密度先于高纬度达到峰值,且不同纬度大气密度的峰值几乎无差别,表明此时低纬度存在其他加热源起着重要作用.     

四川盆地早白垩世红层磁倾角偏低研究

对四川盆地东北部巴中地区和西部雅安地区早白垩世红层分别采集9块手标本,进行了详细的古地磁学研究.系统退磁获得两地的特征剩磁,其中巴中地区平均方向为,倾斜校正之前:D_g/I_g=25.3°/19.0°,k=18.6,α_(95)=8.8°;倾斜校正之后:D_s/I_s=25.8°/18.9°,k=24.3,α_(95)=7.6°.雅安地区平均方向为,倾斜校正之前:D_g/I_g=24.5°/45.0°,k=15.7,α_(95)=9.0°;倾斜校正之后:D_s/I_s=356.7°/35.6°,k=28.5,α_(95)=6.6°.磁化率各向异性实验结果显示两地均未受到显著的构造应力影响.等温剩磁各向异性(AIR)实验结果,巴中地区IRMz/IRMLx平均值为0.8194,表明18%的压实率;雅安地区IRMz/IRMx平均值为0.8909,表明11%的压实率,计算得到巴中和雅安地区校正后的磁倾角分别为22.7°和38.8°.根据等温剩磁各向异性(AIR)实验和Tauxe and Kent(2004)提出的EI校正法得到的结果表明,四川盆地早白垩世陆相碎屑岩层中存在沉积压实作用造成的磁倾角偏低现象,而且川东北巴中地区的偏低程度强于川西雅安地区.     

On the strength of electric currents and zonal magnetic fields at the top of the Earth''s core: Methodology and preliminary estimates

A new method is described for estimating: (a) the meridional electric current density, j_θ, (b) the vertical growth rate of the zonal magnetic field, ∂B_φ/∂r, or its scale-height, B_φ/∂B_φ/∂r) and (c) the vertical growth rate of the vertical current density, ∂j_r/∂r, at a few isolated points on the top surface of the Earth's core from observations of the internal geomagnetic field at the Earth's surface. The theoretical technique rests on combining unaccelerated, gravitationally-driven Boussinesq fluid dynamics of the core with frozen-flux electromagnetism, the mantle being treated as a spherically symmetric insulator.

Insertion into this theory of main field models for epochs 1965, 1975 leads to preliminary values for these quantities of magnitude: (a) j_θ 1 A/m², (b) ∂B_φ/∂r 10⁻⁶ T/m or B_φ/(∂B_φ/∂r) 10 m, (c) ∂j_r/∂r 10⁻⁶ A/m³. Some geophysical implications of these estimates are discussed.     

Dayside isotropic precipitation of energetic protons

Recently it has been shown that isotropic precipitation of energetic protons on the nightside is caused by a non-adiabatic effect, namely pitch-angle scattering of protons in curved magnetic field lines of the tail current sheet. Here we address the origin of isotropic proton precipitation on the dayside. Computations of proton scattering regions in the magnetopheric models T87, T89 and T95 reveal two regions which contribute to the isotropic precipitation. The first is the region of weak magnetic field in the outer cusp which provides the 1–2° wide isotropic precipitation on closed field lines in a 2–3 hour wide MLT sector centered on noon. A second zone is formed by the scattering on the closed field lines which cross the nightside equatorial region near the magnetopause which provides isotropic precipitation starting 1.5–2 h MLT from noon and which joins smoothly the precipitation coming from the tail current sheet. We also analyzed the isotropic proton precipitation using observations of NOAA low altitude polar spacecraft. We find that isotropic precipitation of >30 to > 80 keV protons continues around noon forming the continuous oval-shaped region of isotropic precipitation. Part of this region lies on open field lines in the region of cusp-like or mantle precipitation, its equatorward part is observed on closed field lines. Near noon it extends 1–2° below the sharp boundary of solar electron fluxes (proxy of the open/closed field line boundary) and equatorward of the cusp-like auroral precipitation. The observed energy dispersion of its equatorward boundary (isotropic boundary) agrees with model predictions of expected particle scattering in the regions of weak and highly curved magnetic field. We also found some disagreement with model computations. We did not observe the predicted split of the isotropic precipitation region into separate nightside and dayside isotropic zones. Also, the oval-like shape of the isotropic boundary has a symmetry line in 10–12 MLT sector, which with increasing activity rotates toward dawn while the latitude of isotropic boundary is decreasing. Our conclusion is that for both dayside and nightside the isotropic boundary location is basically controlled by the magnetospheric magnetic field, and therefore the isotropic boundaries can be used as a tool to probe the magnetospheric configuration in different external conditions and at different activity levels.