磁场偶极化过程中磁尾离子加速:Ⅱ上行离子速度和能量的变化

根据采用动力学方程对亚暴期间磁尾磁场向偶极形弛豫过程中离子分布函数的模拟结果 ,研究了磁尾来自电离层的O+,H+和He+离子的速度及能量随时间的变化 .主要结果为 :（1 ）离子的加速及能量变化主要发生在磁场偶极化过程的中期 ,对应的地心距离位于- 1 2RE到 - 8RE 之间 ;（2 ）垂直于磁场方向上离子加速及能量变化较快 ,平行方向上较慢 ;（3）轻离子较重离子加速及能量变化快 ,磁场偶极化终结 ,3种离子的能量均可增加 2 0 0倍左右 ;（4）初始能量较高时 ,离子加速及能量变化较快 ,离子最终获得的能量较大 .理论计算的磁尾离子能量在磁场偶极化过程终了可达 1 0 2 keV的量级 ,这与观测结果一致 .     

MF地磁场模型中磁尾感应电场研究与磁尾离子加速

为研究磁尾感应电场对上行离子的加速,对磁层亚暴期间尾向地磁场在向偶极位形弛豫过程中产生的感应电场进行了理论研究。结果表明：在偶极化过程中磁场的ＢＸ分量下降,ＢＺ分量上升,并产生随时间变化的单峰结构的感应电场,其峰值可超过２０ｍｖ／ｍ;当子午面内地心距离由６Ｒ,变化到１６ＲＥ时,感应电场峰值呈逐渐增大趋势;随着ｚ坐标的增大（远离赤道面）或Ｙ坐标的增大（远离子午面）,感应电场峰值呈逐渐减小趋势;感应电场峰值随磁场向偶极形弛豫周期的减小而增大．理论计算得到的感应电场随时间变化曲线及峰值与观测结果符合较好,本文还对上行离子在感应磁场中的加速进行了估算．     

主磁场梯度的空间分布和长期变化特征

根据GUFM1和IGRF11模型,计算1590—2010年主磁场总强度F、水平分量H和磁倾角I三个要素的水平梯度和垂直梯度,分析了它们的空间分布和长期变化特点.结果表明:F和H的垂直梯度与其磁场的空间分布类似,水平方向的梯度以及磁倾角I在3个方向的梯度都与其磁场分布有明显差异.H的3个方向的梯度分布清楚地指示出南磁极的位置.梯度的长期变化表明,北半球磁场梯度漂移缓慢,南半球磁场梯度变化较快.磁倾角的垂直梯度显示,中太平洋负异常周围的正异常在围绕该负异常旋转.近赤道的梯度异常带在60°W附近的转折是由印度洋异常向非洲方向移动所致.     

磁尾等离子体片中周期性高速流相伴随磁场超低频波

本文利用Cluster卫星2004年11月8日的观测数据,分析了磁尾等离子体片中与地向周期性高速离子流相伴随的ULF波.结果显示周期性高速流的速度波动与磁场和温度中的ULF波同时出现、同时增强、同时消失,而且波动的频率都集中在60~70 mHz.这说明磁场和温度ULF波与周期性高速流密切相关,周期性高速流是ULF波产生的来源.高速流波动的相位与磁场波动的相位大致反相关,与热离子温度波动的相位正相关,同时磁场波动与热离子温度波动呈相位反相关的特性.最小方差法分析的结果显示虽然波传播方向有地向分量,但其主要传播方向是向等离子体片中心传播,并与周期性高速流速度方向垂直.以上观测说明是高速流的周期性变化产生了磁场在Pi1频率范围内的ULF波.     

通量传输事件磁场的理论计算及其与观测的比较

根据涡旋诱发重联理论,对通量传输事件（FTEs）磁场分布特性作了计算.结果表明,卫星测到的FTEs的不同磁场分布形态,是取决于通量管的运动方向及卫星穿越通量管的部位.在北半球,当通量管由低纬向高纬（由南向北）直向运动时,不论卫星通过什么部位,绝大多数情况下观测到先正后负的B_x,变化（即正FTE）,个别部位观测到先负后正的B_x变化（即反FTE）;B_z是单峰分布形式,表现为V型、倒V型或是U型和倒U型.当通量管在x方向有正或负速度分量即斜向运动时,大部分部位测到的B_x呈不规则变化,B_z表现为双极分布.与61个FTEs的观测实例作了对比,理论计算与观测符合得较好.     

通量堆积和偶极化过程中的超低频波动

2004年9月17日TC-1卫星在近地磁尾夜侧观测到一次伴随有通量堆积和偶极化过程的典型亚暴事件.本文利用离散小波分析和FFT分析方法对本次事件中4 s精度的FGM和HIA数据进行分析,以了解通量堆积过程和偶极化过程中的低频波特性.分析结果表明,通量堆积过程和偶极化过程中场和粒子有明显的不规则低频波动,主要波动频率范围为4~15 mHz,和Pi-2脉动一致.通量堆积过程中磁场各个分量的低频波动和偶极化过程中的低频波动有明显不同,表明这两个物理过程可能存在不同的波动机制.在通量堆积过程和偶极化过程中,平行磁场方向上温度和速度的波动和垂直方向上温度和速度的波动有明显区别,平行磁场方向上温度和速度的波动有较好的相关性,且热离子密度的波动和平行磁场方向上的波动有较好的相关性,表明存在快模压缩波.TC-1卫星的观测显示通量堆积过程中磁场By分量有明显增长.我们的分析结果表明ULF波与By分量的增长有密切关系,从而可能对亚暴膨胀相的触发有重要影响.     

弓激波前内透射离子动力学横场流电磁不稳定性

本文研究了地球弓激波前内透射离子动力学横场流不稳定性.电子速度分布函数采用平顶形式.对包含电磁效应的完整色散方程进行了数值求解.结果表明,增长率峰值比采用电子Maxwellian速度分布情形的值要大得多.同时在高速离子横场流和近乎垂直传播情况下,在色散方程中需要计入与电子贡献有关的含高阶Bessel函数的项.     

地球弓激波及其与行星际激波相互作用

给定地球轨道附近的行星际条件和地球弓激波的几何位形，本文分析向阳侧弓激波强度参数沿激波阵面的分布，以及行星际激波与弓激波的相互作用.对于弓激波阵面相对日地连线轴对称的情形，得到如下结论：（1）弓激波强度参数分布相对由行星际磁场和日地连线构成的基准面对称，各激波强度参数的最大值出现在基准面上.磁压比在垂直激波线一侧较大，而气压比在平行激波点一侧较大，导致总压比相对日地连线大致呈轴对称分布.（2）随着行星际磁场与日地连线夹角的增大，弓激波强度参数的最大值有所减小，且位置朝远离日下点方向偏移；但气压比和总压比的分布基本上不受影响.（3）行星际激波透过弓激波之后，切向磁场比更接近于1，但总磁场跳变幅度增大.（4）透过弓激波之后，行星际准垂直激波的总磁场比更接近于1，准平行激波的总磁场比则反之.     

地球弓激波的旋转非对称性

通过对太阳风-磁层-电离层系统的全球MHD模拟,研究地球弓激波相对日地连线的旋转非对称性．模拟限于太阳风速度沿日地连线、地球磁偶极矩和行星际磁场（IMF）与日地连线垂直的简单情况．模拟结果表明,即便对于IMF强度为零的情况,弓激波相对日地连线也不具备旋转对称性质：终端面（晨昏子午面）及其向阳侧的弓激波截线的东西宽度大于南北宽度（约9%~11％）,终端面尾侧的弓激波截线东西宽度小于南北宽度（约8％）．在存在IMF的情况下,弓激波的位形同时受到磁层顶的形状和快磁声波速度各向异性的影响．磁层顶向外扩张并沿IMF方向拉伸,且其扩张和拉伸程度随IMF由北转南而增强．在磁鞘中,垂直于磁场方向的快磁声波速度高于平行方向．因此,磁层顶拉伸方向与快磁声波速度最大方向垂直,它们对弓激波位置的效应恰好相反;弓激波的最终形状取决于何种效应占据主导地位．对于终端面尾侧,快磁声波速度的各向异性起主导作用,弓激波截线沿IMF垂直方向的宽度大于平行方向．对于终端面及其向阳侧,弓激波截线的形状与IMF取向有关：在准北向或晨昏向IMF情况下,弓激波截线沿IMF垂直方向的宽度仍大于平行方向;在准南向IMF情况下,弓激波截线沿IMF垂直方向的宽度小于平行方向的．鉴于弓激波形状同IMF取向之间的密切关系,我们提议以IMF为基准方向,提取弓激波截线的平行半宽度R_b∥和垂直半宽度R_b⊥作为尺度参数．这些尺度参数和通常引入的弓激波截线的东西半宽度y_b和南北半宽度z_b相比,更为合理地表征了弓激波的几何性质．模拟结果表明,在终端面上,y_b/z_b和R_b∥/R_b⊥在IMF各向同性取向下的统计平均值均低于1,与观测得到的结论一致.     

磁场重联中离子轨道的混合模拟研究

在使用2.5维混合模拟方法研究了Petschek模型稳态驱动磁场 重联演化的基础上， 本文考察了计算域内各典型区域中粒子分布函数的变化，描绘了重联区不同位置几种类型的 非Maxwell分布函数. 结果表明，磁场重联会将重联区少部分粒子加速到很高的能量，不同 加速程度的粒子将形成球壳状的速度分布. 粒子的轨道特征表明，在重联区中出流的粒子， 有一部分被磁镜捕获，其回旋半径大于重联区宽度，并构成整个流体速度的低速部分. 另外 ，在X中性点附近进入重联区的粒子沿磁力线向出流区以三种形式漂移，分别为：沿磁力线 逃逸、捕获在磁镜中随流体运动、横越磁力线漂移，其比例分别约为70%，20%和10%。     

上行离子密度分布特性的理论研究

采用动力学方程，求解了定态情况下磁层中上行离子沿磁力线的分布函数，针对不同的Ｋ_ｐ指数，分别对北半球极光带区起源的上行离子Ｏ_＋、Ｈ_＋和Ｈｅ_＋在子午面内沿磁力线的密度分布及其特性进行了研究．结果表明：１．沿磁力线向外，上行离子密度在近地空间呈急剧下降趋势，在远地空间呈缓慢下降趋势；２．重离子或初始能量较小的离子，其密度沿磁力线向外下降较快；３．Ｋ_ｐ指数越大，离子进入磁层的空间范围越大；４．离子的投掷角分布对密度分布的影响甚小；５．离子密度沿磁力线的下降程度随到Ｘ轴距离的增大而呈增大趋势；６．在典型参数条件下，求得上行离子Ｏ_＋在等离子体片边界附近的密度为１０^－３－１０^－２个ｃｍ^－３，这与观测结果相一致．     

磁暴期間外輻射带結构的变化

本文根据磁矩守恆的条件,利用刘維定理（Liouville's theorem）,討論了磁暴期間在赤道平面外輻射带內,带电粒子的空間分布及能量分布的变化。結果表明:当主相时,粒子密度及通量的峯值变小而且位置向外移动。此結果与探測事实相符。能譜分布也有显著的变化,不論垂直能量或是平行能量,当主相时能量分布的峯值向低能量的方向偏移;急始时向高能量的方向偏移。对投擲角及鏡点高度作了計算,发現当急始时投擲角变大,而鏡点高度下降;主相吋投擲角变小,镜点高度上升。由此可以訊为,在主相期間緩慢的磁場下降,不能使外輻射带內粒子侵入上层大气。相反,在急始时則可能有一部分粒子会侵入上层大气。根据所得結果,基本上可以解释目前的观測現象。     

西太平洋岛弧地震分布的不均匀性及其成因问题探讨

西太平洋地震活动沿岛弧呈狭窄的带状分布,但在岛弧的延伸方向上及岛弧间存在明显的差异。岛弧两端或岛弧与海岭的交接地段震源密度较大,而岛弧中段密度较小;菲律宾海板块西侧（靠大陆）的岛弧地震活动性较强,其东侧（靠太平洋）的马里亚纳岛弧地震活动性较弱;马里亚纳弧的ＮＮＥ和ＮＥ方向段地震活动比其它的方向段弱。震源密度与地貌格局及弧前构造应力有密切联系,表明导致地震活动的构造应力可能来源于大陆向海洋的运动     

太湖梅梁湾冬季湖流特征

2003年元月在盛行西北偏北风的情况下,对位于太湖北部的梅梁湾进行了面上湖流调查,发现梅梁湾湾口的湖流较为稳定,以向南流为主,且流速相对较大,最大达8cm/s,梅梁湾西岸有稳定的向北流,而从五里湖口至拖山附近的梅梁湾东线湖水由北向南流动,且在中部附近分为两支,一支向西,再流向北以补偿西岸的向北流,另一支扩散至整个梅梁湾南部,向南流经湾口进入太湖.在梅梁湾东北部,发现有弱辐合中心,该范围内Chl.a和TP、TN的含量明显高于周围水域.从所有点的垂直运动判断,梅梁湾水流以弱上升运动为主,大小为2cm/s以下.从水量平衡分析,以梅梁湾流入太湖为主要特征,水量补给主要来自于北部的五里湖和直湖港及武进港.     

电离层上行O+离子沿不同经度处的磁力线向磁层的传输

根据解析求解引导中心近似的动力学方程得到的离子分布函数 ,研究了不同Kp指数条件下起源于不同电离层区域的上行O⁺离子通量密度沿不同经度处的磁力线的定态分布 ,并研究了上行O⁺离子向不同磁层区域传输的特性 .主要结果为 :（ 1 ）起源于向阳面极光带外侧及更低纬区的电离层离子基本上传输到向阳面磁层区 ;起源于背阳面极光带及更低纬区的电离层离子基本上传输到背阳面磁尾等离子体片区和闭合磁力线区 ;起源于极盖区及向阳面极光带内侧的电离层离子基本上传输到等离子体幔区和磁瓣区 .（ 2 ）上行离子主要分布在近地空间 ,其通量密度相对于地心距离呈负梯度 .（ 3）地磁活动指数Kp 增高时上行离子进入磁层的概率增大 ,因而上行离子起动力学作用的地球空间范围增大 .所得结果可解释有关地顶的观测特征 ,理论估算的上行离子在磁尾的通量密度与观测结果相符合.     

Biot理论的唯象修正对S波特性的影响

将复模量引入Biot方程后，在一维条件下通过S波的波动方程研究了S波的传播特性，S波的数值分析显示在频率域或温度域上都能获得热弛豫衰减峰和Biot衰减峰. 在频率域上由于温度的变化引起两峰相向位移,在温度域上,因频率的变化也发生相对移动. 随着温度和频率的不断提高，两峰发生叠加，叠加后两峰互换位置. 低频或低温段的热弛豫峰移到了高频或高温段，高频或高温段的Biot峰移到了低频或低温段.由于两峰的衰减机制不同，导致S波波速随频率或温度变化规律的复杂性. 这些规律已部分被共振实验所证实，证实该理论模型具有实验基础.     

岩石物理岩石孔喉结构特征对核磁T2谱影响的数值模拟

We built a three-dimensional irregular network model which can adequately describe reservoir rock pore-throat structures. We carried out numerical simulations to study the NMR T2 distribution of water-saturated rocks. The results indicate that there is a good correlation between T2 distribution and the pore radius frequency histogram. The total T2 distribution can be partitioned into pore body and pore throat parts. The effect of parameters including throat radius, pore-throat ratio, and coordination number of the micro- pore structure on the T2 distribution can be evaluated individually. The result indicates that： 1 ） with the increase of the pore throat radius, the T2 distribution moves toward longer relaxation times and its peak intensity increases; 2） with the increase of the pore-throat ratio, the T2 distribution moves towards longer T2 with the peak intensity increasing and the overlap between pore body T2 and pore throat T2 decreasing; 3） With the increase of connectivity, the short T2 component increases and peak signal intensity decreases slightly.     

岩石孔喉结构特征对核磁T_2谱影响的数值模拟(英文)

本文建立了能够考虑孔喉特征的储层岩石三维非规整网络模型,用数值模拟方法进一步研究饱含水岩样的核磁T_2谱特征。通过模拟储层岩石孔喉核磁共振T_2谱的特征,表明核磁共振T_2谱同岩心孔喉半径分布具有很好的相似性,对T_2谱中孔隙体、喉道信号的分解可以评价储层岩石孔隙体、喉道的半径大小及分布情况。分别模拟喉道半径、孔喉比以及孔隙连通性等孔隙结构特征对T_2谱的影响,发现:1.随着喉道半径的增大,T_2谱峰值向右移动,而且峰值处的驰豫信号强度增大;2.随着孔喉比的增大,T_2谱峰值向右移动,峰值处的驰豫信号强度增大,而且孔隙体T_2谱和喉道T_2谱逐渐分开;3.随着连通性的增大,曲线左端上升,短驰豫时间信号所占比列增大,右边的峰值有所降低。