太阳高能粒子(SEP)传播数值模拟中的太阳风背景场研究

太阳高能粒子(SEP)事件是一类重要的空间天气灾害性事件,如能准确预报SEP事件,人们便可以采取必要的防护措施,保障卫星、星载设备以及航天员的安全,尽可能地降低经济损失.因此,其数值预报研究在空间天气预报研究中占有很重要的地位.SEP事件中的高能粒子在不同的时间尺度内被耀斑过程或者CME驱动的激波加速,并且在被扰动后的行星际太阳风中传输,这些过程都紧紧依赖于太阳风背景场.因此获取更加接近物理真实的太阳风背景场是模拟SEP事件的重要部分,也是提高SEP物理模式的关键因素之一.我们目前的工作基于张明等发展的SEP在行星际空间传播的模型,尝试将Parker太阳风速度解及WIND飞船观测的磁场实时数据融入模型中,研究不同的太阳风速度以及真实磁场分布对SEP在行星际空间中传播的影响.通过求解聚焦传输方程,我们的模拟结果表明:(1)快太阳风条件下,绝热冷却效应项发挥了更大的作用,使粒子能量衰减的更快,而慢太阳风对粒子的通量变化没有显著影响;(2)加入观测的磁场数据时,粒子的全向通量剖面发生了比较明显的变化,具体表现在:通量峰值推迟到达、出现多峰结构、各向异性也发生一些改变.分析表明真实磁场的极性对粒子在行星际空间中传播有着重要的影响.     

中新生代两类极热事件的环境变化、生态效应与驱动机制

对地质历史时期发生的极热事件进行深入分析可为认识和应对现今全球气候变暖提供借鉴与依据.根据碳同位素偏移特征,可以将中新生代五次典型的极热事件划分为碳同位素负偏移类和碳同位素正偏移类两类.第一类极热事件以碳同位素总体负偏移为特征,以二叠纪-三叠纪界线事件(PTB,～252Ma)、早侏罗世Toarcian早期大洋缺氧事件(TOAE,～183Ma)、古新世-始新世界线极热事件(PETM,～56Ma)为代表.第二类极热事件以碳同位素总体正偏移为特征,以白垩纪Aptian早期大洋缺氧事件(OAE1a,～120Ma)、白垩纪Cenomanian末期大洋缺氧事件(OAE2,～94Ma)为代表.碳同位素负偏移定义的极热事件造成温度、沉积作用、生物多样性等发生明显的变化,陆地环境出现野火频发、极端干旱、酸雨、臭氧层被破坏、金属中毒(如汞)和陆地水系变化等,海洋环境出现碳酸盐台地消亡、大洋酸化、大洋缺氧等现象,全球陆地和海洋生物尤其是浅海生物发生不同程度的绝灭.碳同位素正偏移定义的极热事件造成海水快速增温和大洋广泛缺氧,有机质大规模埋藏,出现黑色页岩沉积,远洋生物受到明显的影响(如出现钙质超微危机),而浅海和陆地生物受到影响不大.文章提出,碳同位素负偏移类极热事件可能为大陆环境下大火成岩省喷发触发,导致轻碳大规模释放到大气-海洋系统使得全球快速增温,从而引起一系列环境和生态响应.而碳同位素正偏移类极热事件为深海环境下大火成岩省喷发触发,把热量和营养物质直接释放到深海系统,由于海水缓冲作用导致海洋系统增温明显,而浅海和陆地系统影响相对较小.研究结果丰富了对地质历史时期极热事件的研究,不仅对于理解极热事件、大火成岩省、海洋-陆地环境变化、生物绝灭等具有重要的意义,而且为判别极热事件的类型并推断其驱动机制提供了一个新手段.     

应用年轮分析研究古地震

对区域地震活动性的了解是评估地震灾害的关键因素之一。但不幸的是历史地震记录不完备,往往不适于评估地震活动性。古地震学通过使用各种技术,确定地震干扰事件的年代,就可以解决这个问题。树木具有广泛分布,有可鉴定的年增长量,并对环境变化敏感,因此能够提供一种独特的手段来确定往昔地震事件的时间。地震引起的地貌和水文学的变化以及动态应力,可以对单个树木和树木群落造成一系列的影响。年轮分析可以:(1)获得地震事件发生的实际年代甚至季节;(2)确定那些可能在绝对年代测定范围之外的地震的同时性。用树的年轮来确定年代(或称为树木年代学)是指基于年轮在时间进程中的每年变化图象来确定准确的年代。受可能的丢失、微小或虚假年轮的影响,年轮的单纯计数可能不正确并可能导致错误发生。在许多地方树可以生长300～500年,这可以用来确定以前不知道的地震干扰和更好地确定零星所知的地震事件。在有些实际例子中,树龄可覆盖更长的时间跨度。利用年轮分析可以更精确地确定地震的发震地点和时间,或者较好地估计震级。一部分研究结果已经确认,年轮分析应用于古地震学是正确有效的,但只有少量的研究为古地震记录提供了新信息。这门科学现在应当从发现阶段转到较宽的应用阶段。成功的应用将给地震活动性记录和地震灾害评估补充重要的信息。     

一种基于紫外极光图像的亚暴膨胀期起始时刻的自动检测方法

准确界定亚暴起始时刻是理解亚暴相关问题的关键.已有研究主要集中在两方面:一是从极光图像中人工挑选亚暴事件进行案例分析或统计分析来研究亚暴发生机制及亚暴期间的地磁环境;二是基于一些空间物理参数,如AE指数、SME(SuperMAG electrojet)指数、Pi2、正弯扰等,采用人眼判断或是模式识别的方法从中找出亚暴起始时刻.本文尝试采用模式识别的方法从紫外极光图像中自动地检测出亚暴膨胀期起始时刻.首先,将紫外极光图像通过网格化处理转换到磁地方时-地磁纬度(MLT-MLAT)直角坐标下,然后通过模糊c均值聚类方法提取亮斑,再考察亮斑强度是否增强、面积是否极向膨胀来判断是不是亚暴事件.本文方法在1996年12月-1997年2月这三个月的Polar卫星紫外极光图像上进行了实验验证.我们将检测到的亚暴起始时刻与Liou(J. Geophys. Res., 2010, 115: A12219)的人工标记进行了对比,并详细分析了与标记不一致的多检和漏检事件.本文提出的自动检测方法可以快速地从海量紫外极光图像中完成亚暴事件的初步筛选,方便研究人员进一步深入研究极光亚暴.     

南北地震带南段水平向地震动衰减特征

地震动衰减关系作为抗震救灾的重要依据,一直都是现代地震学研究的重点之一.本研究使用南北地震带南段区域2009—2016年共217个地震事件获得随震中距变化的水平向地震动峰值速度(PGV)和地震动峰值加速度(PGA)经验衰减关系,并计算场地响应.研究结果显示PGV衰减关系的拟合效果较PGA更好,两者的距离衰减系数会随事件矩震级增大呈线性减小;相较于大矩震级事件,中矩震级事件在近场可能产生较衰减关系理论值更大的PGV和PGA,同时衰减关系的拟合标准差会随事件矩震级的增大而减小.进行场地响应校正后的PGV和PGA更加符合经验衰减关系,PGA的场地响应影响较PGV更强但两者的趋势一致,并与该区域前人计算得到的地壳Qs值分布对应,表明地壳介质放大或压制地震波振幅和其传递地震波能量的能力是相关联的.本文结果一定程度上揭示了南北地震带南段的地震动强度衰减特征,为未来中国西南部的抗震减灾工作提供了重要的参考.     

低频事件类别及特征分析

通过分析全球记录到的各类低频地震,主要类型如:ETS(低频震颤与滑移事件)、LFT(低频震颤)、SSE(慢滑移事件)、VLF(超低频事件)、DLF(深低频事件)等,介绍了主要低频事件与天然地震的波形和频谱特征.发现不同国家地区记录到的ETS,LFT,SSE等低频事件均有相近的周期范围.文中将低频震动事件进行类别划分,获得频率持续时间分类示意图,结果表明全球主要地区记录的低频事件、火山地震、天然地震、台风和地脉动等,都有特定的频率范围和持续时间,可以从图上大体区分出低频震动事件的属性特点,为低频事件的判别提供依据.通过对低频信息的频率范围,波形特征等的深入分析和确认,可提供有价值的地震前兆信息.     

中国的地震活动性

在弹性应力以最大速度进行积累的地区,地震活动性最强.强烈的地震活动性可以表現为两种形式:或者是不很强的地震常常发生,或者是发生少数毁灭性的地震.前者相当于那些具有大量断裂或岩石强度較小的地区,后者相当于岩石强度較大的地区.任何地震区內,弹性应力或应变的平均积累速度、一定时期內的平均地震頻度与地震能量就是地震活动性的定量指标. 本文的任务是根据近代的地震仪器賽料和三千年的地震历史資料,全面地研究中国的地震活动性.     

重要信息系统的灾难恢复刍议

现代社会和生活越来越依赖于IT系统,信息系统遭到灾难和毁灭性打击将是社会公众的灾难和噩梦。美国“9.11”事件中纽约交易所成功实施了信息服务灾难恢复计划,使得全球对于“业务连续和灾难恢复”有了重新的认识。在我国,信息安全也日益成为政府部门管理层、企业和公众关注的重要话题。企业的弹性、系统的健壮性,信息系统的抗毁性与灾难恢复日益深入人心,风险管理越来越为业界所重视。地震部门在政府应急联动系统中具有重要作用,其本身的信息系统安全已逐步引起重视。     

近地磁尾方位角流能量转换过程

高速流是磁尾等离子体片中质量、能量和磁通量最重要的输运形式.高速流在地向运动到近地磁尾后流速会降低,主导方向也经常转为晨昏方向.在等离子体流速及其主导分量、密度和温度等宏观参数变化的过程中,可能伴随有不同类型的能量转换.为此,我们分析近地磁尾方位角流事件期间的能量转换过程.基于整体流速的主导分量为晨昏向,及事件期间的平均温度比其前后增强的选取原则,从2008—2020年期间THEMIS中的三颗卫星(THA,THD,THE)运行在磁尾时的观测数据中,共筛选出821个平均温度比其前/后(事件之前或事件之后10 min)升高的方位角流事件.2011年5月16日的方位角流事例研究发现：能量超过1 keV尤其是超过10 keV的高能离子通量增加,可导致低速低温等离子体的密度、温度和流速增加;磁场减小及磁场功率谱密度的分析表明等离子体和磁能的转换发生在频率为0.01～0.334 Hz的低频波动,仅1%能量耗散.统计给出方位角流事件的平均温度约为3.7 keV,比其前后增加的幅度大部分集中在100～1000 eV.事件期间的平均数密度可能升高或者降低,二者概率大致相当.约96%的平均温度和密度同时大...     

LASG耦合气候系统模式FGCM-1.0

本文描述了中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG)最新发展的一个耦合气候系统模式的基本性能. 该模式是在LASG灵活的全球耦合气候系统模式（英文缩写为FGCM）的初始版本FGCM-0的基础上发展而来的,是该系列耦合模式的第二个版本,即FGCM-1.0. FGCM-1.0通过一个通量耦合器将大气、海洋和海冰三个分量模式耦合在一起,其中海洋分量模式是LASG发展的一个涡相容分辨率（eddy-permitting）全球海洋环流模式,大气和海冰分量模式则为美国国家大气研究中心（NCAR）的大气环流模式CAM2和海冰模式CSIM4. 耦合模式完整地考虑了海气界面上的动量、热量和淡水通量交换,尽管在模式中没有使用任何形式的人为的通量调整或者通量距平方案,模式还是比较合理地模拟出基本的气候形态. 通过对该耦合模式长期积分结果的进一步分析发现,模式能够比较好地模拟出厄尔尼诺－南方涛动（ENSO）以及印度洋偶极子事件的基本特征;与FGCM系列耦合模式的最初版本FGCM-0相比,FGCM-1.0模拟的北赤道逆流（NECC）和ENSO循环更加真实.