磁通门磁力仪野外台阵观测技术系统研制

详细阐述了新研制的磁通门磁力仪野外台阵观测系统的各组成部分,包括为适应野外环境所进行的磁通门传感器的改进,主机网络化通信功能的实现,以及野外无线组网等技术.同时给出了该系统在野外观测的部分结果.     

磁通门磁力仪自动补偿的实现

磁通门磁力仪是一种基于“软”磁材料的非线性磁化特性的地磁相对记录仪器，其敏感元件由具有高导磁率材料的磁芯构成，有两个绕组围绕磁芯：一个是激励线圈，另一个则是信号线圈。将频率为f的交变激励电流输入到激励线圈并使其发生饱和，如果沿磁通门探头方向有外磁场，则信号线圈会检测到信号，该信号包含f、2f及其他谐波成分，其中偶次谐波含有外加磁场的信息，通过检测偶次谐波电压（A W Green，1990），可以实现对磁场的测量。 磁通门磁力仪因其分辨率、频率响应、动态范围和线性特性都能满足记录地磁场分量变化的要求，并具有轻便、…     

磁通门磁力仪和探头研制的最新进展

磁通门磁力仪重量轻、体积小、电路简单、功耗低、温度范围宽、灵敏度高、稳定性好,可连续读数,可进行任意方向测量,尤其适合在零磁场和弱磁场下应用．所以,磁通门磁力仪在星际磁测、磁法勘探、地磁观测等领域得到了广泛的应用．本文对经典式探头和三端式探头做了深入浅出的论述．     

国产磁通门磁力仪稳定性分析

国产磁通门磁力仪(GM-3磁通门磁力仪)在全国各地磁台站推广应用,两年来,该仪器在武汉地震台工作比较稳定。本文对该仪器的基线值进行了多层线性回归分析。结果表明仪器性能比较稳定。     

GM3磁通门磁力仪稳定性分析

通过2002～2003年的GM3磁通门磁力仪的资料,对该仪器的各项指标进行稳定性分析,考核运行状态是否正常,以证明是否替代模拟观测仪器。     

大连数字化磁通门磁力仪的工作环境与保护

1 磁通门磁力仪的工作环境要求 磁通门磁力仪要求有220 V/50 Hz的电源,环境电磁噪声小于0.1 nTp-p。计算机记录室的温度应0～30 ℃,湿度10～80%。探头记录室的温度年变化最好在10 ℃之内。每个测点都需要有绝对测量,以测定磁通门磁变仪的基线值(J Jankowski et al著,周锦屏等译,1999)。 1.1 数字化地磁台选址要求 为了使数字地磁记录的地磁场长期和短期变化都能代表大范围“正常”区域地磁场变化特征,避免由于局部不规则磁化地质体引起磁异常而产生畸变,选址时应先搜集当地地磁图,航空磁测资料和有关地质资料,弄清台址周围地磁场背景、…     

南极长城站地磁台CTM—302磁通门磁力仪的标定

通过南极长城站地磁台对ＣＴＭ－３０２三分量磁通门磁力仪标度值的标定，为长城站地磁台测量数据的可靠性的提供了重要的依据。     

大连地震台GM3磁通门磁力仪的维护与应用

“九五”地磁数字化改造项目仪器配置分为两个部分，绝对观测仪－CTM－磁力仪和相对记录仪－GM3磁通门磁力仪，大连台自仪器装备以来，经过精心安装调试与观测摸索出一套仪器维护与高精度观测的经验，资料精度逐步达到规范要求，2001年11月9日通过验收，被专家组评价为“达到国内领先水平”。     

GM3磁通门磁力仪数据实时压缩方法的改进

研究了GM3磁通门磁力仪数据实时压缩方法,将国际通用的测震数据SEED格式中采用的Steim—1压缩算法引入到地磁数据的实时处理系统中,通过改进压缩算法,提高了压缩率,节省了仪器数据存储空间,减少了台站数据传输时间。     

基于遗传算法的磁通门磁力仪观测数据一致性校正

在对全国地磁台站磁通门磁力仪记录数据的质量效能评估中发现,多个台站存在同台观测仪器的记录数据曲线不一致问题.针对这类问题,研究人员对多种地磁观测数据影响因素进行了定性或定量的分析.本文通过分析格值系数及姿态角对磁通门磁力仪记录数据的影响规律,建立磁通门磁力仪三轴校正模型,构建目标函数,并利用遗传算法对模型进行求解,测定仪器姿态角和格值系数,根据测定结果对记录数据进行一致性校正.数值模拟计算和台站实测实验结果表明:利用该算法解算的格值系数精度优于0.002,姿态角精度优于0.15°.根据解算结果计算,日变幅为50 nT时引入的日变形态不一致误差小于0.13 nT,满足国家地磁台网对地磁相对记录数据日变形态不一致误差的要求.     

肇庆地磁台磁通门磁力仪对比分析

对2003年肇庆地磁台GM3和Flare-plus磁通门磁力仪的H、D、Z分量观测数据.进行了趋势变化、均值、方差一致性检验以及基线值分析,认为两台磁力仪的观测数据具有同等观测精度和一致的变化趋势,仅均值存在较小的差别,已达到了国内高精度地磁观测的水平.与英国产的Flare-plus磁力仪相比,国产GM3磁力仪的观测精度和稳定性部分性能已达到世界上高精度数字地磁观测仪器的水平,但仪器的总体稳定性,传感器探头受温度影响的程度、仪器零漂等指标还需进一步提高.     

Magnetic mapping for the detection and characterization of UXO: Use of multi-sensor fluxgate 3-axis magnetometers and methods of interpretation

Fluxgate vector magnetometers can be powerful instruments in magnetic mapping and in the detection of unexploded ordnance (UXO). Being lightweight and having low power requirements, they allow the development of multi-sensor use. The main problems in using fluxgate magnetometers arise from calibration errors and drift but these can be overcome using a quick and simple method of calibration in the field. This method also has the advantage of compensating permanent and induced magnetic fields generated by magnetized objects carried with the sensors. Measurement accuracy is similar to that obtained with scalar magnetometers. Multi-magnetometer profiling allows direct inversion of raw magnetic data along profiles in order to locate and characterize dipoles typically generated by UXO. The method used is a non-linear inverse procedure that estimates the three coordinates and magnetization vector of the dipole. Application of the technique to both a synthetic case and a field example illustrates the advantages of the method compared with the use of the analytic signal.     

磁尾通量绳结构中由压强损失导致的核心场增强

与亚暴活动密切相关的磁尾等离子体团可以具有不同的拓扑位形,多数磁尾等离子体团具有 强核心场,是一种通量绳型磁结构. MHD模拟表明：地球磁尾不同拓扑位形磁结构的形成, 与越尾分量By的分布形态有关. 但是模拟研究所展示的通量绳结构,核心场强度远低 于尾瓣区磁场强度. 本文考虑磁尾通量绳结构中,螺旋形磁力线向侧翼伸展产生的压强损失 ,在MHD方程中引入修正项ρt|loss,Tt|loss 及Byt|inc. 对于 初始By分量为均匀分布,受晨昏电场产生的边界入流作用,磁尾通量绳结构重复形成 与逐一排放的两个算例,计入修正项后,多重磁结构峰值压强的平均值降低,核心场的平均 值明显增大. 两个算例中,背景By值较低的算例1（By0=1nT）中,核心 场的相对增幅较大.     

An improved method for evaluating the seasonal variability of total suspended sediment flux field in the Yellow and East China Seas

The suspended sediment flux field in the Yellow and East China Seas(YECS) displays its seasonal variability.A new method is introduced in this paper to obtain the flux field via retrieval of ocean color remote sensing data,statistical analysis of historical suspended sediment concentration data,and numerical simulation of three-dimensional(3D) flow velocity.The components of the sediment flux field include(i) surface suspended sediment concentration inverted from ocean color remote sensing data;(ii) vertical distribution of suspended sediment concentration obtained by statistical analysis of historical observation data;and(iii) 3D flow field modeled by a numerical simulation.With the improved method,the 3D suspended sediment flux field in the YECS has been illustrated.By comparison with the suspended sediment flux field solely based on the numerical simulation of a suspended sediment transport model,the suspended sediment flux field obtained by the improved method is found to be more reliable.The 3D suspended sediment flux field from ocean colour remote sensing and in situ observation are more closer to the reality.Furthermore,by quantitatively analyzing the newly obtained suspended sediment flux field,the quantity of sediment erosion and deposition within the different regions can be evaluated.The sediment exchange between the Yellow Sea and the East China Sea can be evident.The mechanism of suspended sediment transport in the YECS can be better understood.In particular,it is suggested that the long-term transport of suspended sediment is controlled mainly by the circulation pattern,especially the current in winter.     

核旋仪野外比测记录和数据通讯系统研究

本系统包括用ＰＣ－１５００Ａ－ＣＡＳ进行核旋仪野外比测（Ｆ、Ｚ）记录程序（简写ＢＣＪＬ）及记录数据的通讯传送程序（简写ＢＣＴＸ－１）和（ＩＢＭ－ＰＣ）微机通讯接收程序（简写ＢＣＴＸ－２）共３个程序。该３个程序采用ＢＡＳＩＣ语言编写。ＢＣＪＬ程序是在１９９２年的核旋仪野外经测（Ｆ、Ｚ）记录程序的基础上，做了进一步的修改。本程序增加了主、副桩组均值限差大于３ｎＴ达４０种情况的超限判断，解决了计算结果数     

Diurnal variation of ozone flux over corn field in Northwestern Shandong Plain of China

High concentration ground-level ozone(O3)has adverse effects on plant growth and photosynthesis.Compared to the O3concentration-based index,the O3flux-based(especially stomatal O3uptake)index has been considered the better criterion for assessing the impact of ozone on vegetation and ecosystems.This paper reports on a study of O3flux using the eddy covariance technique over a corn field in the Northwestern Shandong Plain of China.Diurnal variation of atmospheric O3concentration,deposition velocity and flux,and their relationships to environmental factors are analyzed.The results show that:(1)During the observation period(9 August–28 September,2011),there was a strong diurnal variation of O3concentration,with low(16.5 nL L?1)and high(60.1 nL L?1)O3mean concentrations observed around 6:30 and 16:00,respectively.Mean O3concentrations during daytime(6:00–18:00)and nighttime(18:00–6:00)were 39.8±23.1 and 20.7±14.1 nL L?1(mean±std),respectively.The maximum observed concentration was 97.5 nL L?1.The concentration was mainly affected by solar radiation and air temperature.(2)Whether daytime or nighttime,ground-level O3flux is always downward.The diurnal course of mean deposition velocity was divided into 4 phases:a low and stable process during nighttime,fast increasing in early morning,relatively large and steady changes around noon,and quickly decreasing in later afternoon.Daytime and nighttime mean deposition velocities were 0.29 and 0.09 cm s?1,respectively.The maximum deposition velocity was 0.81 cm s?1.The magnitude of deposition velocity was influenced by the corn growth period,and its diurnal variation was significantly correlated with global radiation and relative humidity.(3)O3flux was affected by variations of both O3concentration and deposition velocity,with mean O3fluxes-317.7 and?70.2 ng m?2s?1during daytime and nighttime,respectively.There was strong correlation between O3flux and CO2flux or latent heat flux.By comparing the deposition velocities of daytime and nighttime,we infer that stomatal uptake was probably the main sink of ground-level O3.     

地磁总场测量阵列对磁性目标定位的方法

提出了用地磁总场对磁性目标定位的方法.以远场磁偶极子原理构建了地磁总场的测量阵列,设计了阵列对目标的定位算法,求解中采用二重梯度算法消除了地磁总场随时间变化和空间分布不均匀对目标定位的影响.实验验证了这种二重梯度算法的有效性.利用MATHCAD对定位算法中的非线性方程组进行了仿真,采用LINGO软件求解了阵列方程组.在松花江沿岸某地,用光泵磁传感器阵列对航行中的目标船进行了定位实验,所测磁场数据曲线与理论曲线完全吻合,证明了定位算法物理模型的正确性.提出了改进的磁场梯度偏置定位算法,进一步提高了目标定位精度.实验证明了这种地磁总场目标定位方法的可行性.

     

鄱阳湖夏季水热通量特征及环境要素影响分析

气候变化加速了全球水文循环过程,然而,气候变化如何影响水体蒸发及其水热通量交换仍然不清楚.基于涡度相关系统观测鄱阳湖水体水热通量过程,在小时和日尺度分析了水热通量的变化规律及其主要影响因子.研究表明,潜热通量日变化波动剧烈,大部分为正值,变化范围在-50~580 W/m2之间.而感热通量数值较小,变化范围在-50~50 W/m2之间.8月份潜热通量和感热通量均呈波动下降趋势,均值分别为167.4和15.9 W/m2.8月份日平均潜热通量和感热通量之和大于净辐射,这是由于这一时段储存在水体中的热量释放并补充潜热通量和感热通量.小时尺度上潜热通量日变化在相位上与净辐射无显著相关性,而与风速显著相关.在日尺度变化趋势上,8月份日平均潜热通量仍主要受到风速和水温的影响,感热通量则主要受到风速和饱和水汽压差的影响.     

卫星跟踪卫星技术反演局部地表物质迁移的MASCON方法研究

MASCON方法是直接利用GRACE任务的卫星跟踪卫星技术研究地表浅层物质运动的一种有效技术手段.该方法相较Stokes球谐系数法在一定程度上克服了时变信号的滤波问题,能有效解决该方法时变重力场的南北条带效应.本文在对现有MASCON方法深入研究的基础上对其进行了改进,提出引入卫星精密轨道作为观测值,联合高低跟踪和低低跟踪两类观测数据,实现MASCON参数及有关动力学模型参数求解的思路,在不影响时变信号主要由星间距离变率观测值提供的前提下,采用方差分量估计方法合理定权,充分利用轨道数据的绝对基准作用,用一种改进的途径实现了MASCON方法.利用2008年GRACE的卫星重力观测数据,获得了亚马逊地区的地表物质迁移结果,并与GLDAS水文模型、CSR RL05球谐系数和JPL MASCON方法计算的水储量变化进行比较,表明一致性较好,验证了本文所提MASCON方法解算思路的可靠性,该方法为研究局部地区的地表物质迁移提供了一种可行手段.     

水动力条件对沉积物-水界面氧通量的影响

氧环境决定了水体沉积物中各种生命所需元素的最终归趋,沉积物-水界面是水相与沉积物相氧传递的重要场所,而水动力条件是影响沉积物-水界面氧传递的重要因素.选择三峡库区一级支流御临河为研究对象,根据长年监测数据建立实验室模型,采用声学多普勒流速测试仪及微电极测试系统构建了非侵入式涡度相关测试系统,探究了不同水动力条件对沉积物-水界面氧通量的影响.结果表明：水体静止状态下沉积物-水界面溶解氧浓度随时间的增加而减少,非静止状态下随时间的增加而增加;沉积物-水界面氧通量随水体流速的增加而增加.根据氧通量求解对应流速下垂直涡动扩散系数并进行线性拟合,当水体流速为0.01~0.14 m/s时,垂直涡动扩散系数与水体流速的相关性最好,此时沉积物-水界面氧通量的传递以涡动扩散为主导.