MHD激波解的讨论

从Ｒａｎｋｉｎｅ－Ｈｕｇｏｎｉｏｔ关系出发，以激波切向磁场ξ、上游激波角θ_１和等离子体β_１值为参数研究各类激波解的特性及相互关系，阐明各类激波强度随介质β值的变化规律．结果指出：（１）在ξ＜－１的Ⅰ_ｂ型中间激波区和ξ＞４的快激波区存在双解；（２）慢激波可以直接和中间激波连接，但不能和快激波直接连接；（３）各类激波强度（用激波密度比衡量）随β_１值均有变化：Ⅰ_ｂ型中间激波上支随β_１值增加而下降，下支则上升；Ⅰ_ａ型中间激波和慢激波都随β_１值增加而下降；快激波双解区上支随β_１值增加而下降。下支上升；快激波在１＜ξ＜４区间的解随β_１值增加而上升。     

上游参数空间的激波分布

本文从Rankine-Hugoniot关系出发,采用阿尔文数A1、激波角θ1和气压-磁压比β1作为上游参数,导出了参数空间中激波区边界的解析表达式;讨论了各类激波在参数空间的分布范围和相互关系;指出只有当上游背景阿尔文波速超过声速时,才有可能通过中间激波实现快、慢激波之间的空间连接和时间演化.     

上游参数空间的激波连接

本文分析各类激波特别是中间激波的特性与上游阿尔文数、激波角和气压-磁压比的关系,阐明各类激波在上游参数空间的连接方式.主要结论是:当上游阿尔文波速大于声速时,慢激波和快激波可通过三种基本方式相互连接;当上游阿尔文波速小于声速时,激波连接只限于慢激波和中间激波之间.这些结论有助于进一步探讨混合激波的结构和演化规津.     

上游参数空间的激波连接

本文分析各类激波特别是中间激波的特性与上游阿尔文数、激波角和气压-磁压比的关系,阐明各类激波在上游参数空间的连接方式.主要结论是:当上游阿尔文波速大于声速时,慢激波和快激波可通过三种基本方式相互连接;当上游阿尔文波速小于声速时,激波连接只限于慢激波和中间激波之间.这些结论有助于进一步探讨混合激波的结构和演化规津.     

利用超导重力数据检测日本Mw9.0地震的低频自由振荡及谱线分裂

准确估计低频自由振荡及谱线分裂是约束地球内部结构和改进地球模型的重要手段.本文利用四个不同台站的超导重力观测数据系统研究了日本M_w9.0大地震激发的低于1.5 mHz自由振荡及谱线分裂.研究结果表明:(1)选取适当的数据长度,超导重力观测数据可以检测出低于1.5 mHz除₁S₁以外的所有自由振荡;(2)除₀S₂、₀S₃、₀S₀、₂S₁、₃S₁、₁S₂和₀T₂外,重点探测出₃S₂、₀S₄和₁S₄谱线分裂的所有谱峰;(3)与PREM模型理论频率相比,₀S₀观测频率平均向右偏移0.354×10^-3mHz,说明PREM理论模型中地幔底部参数与真实地球可能存在微小偏差;(4)₃S₂的谱线分裂率r为1.485267,比PREM理论谱线分裂宽度约宽50%,表明PREM中地球内核中部介质参数可能存在一定误差,需要进一步改善.另外,quasi-₀T₂的r为1.254206,比PREM理论谱线分裂宽度约宽25%.     

JCZ-1型地震仪观测的地球环型自由振荡

本文首次采用JCZ-1型地震仪观测资料研究地球环型自由振荡, 并在2011年日本9.0级地震、 2010年智利8.8级地震和2005年印尼8.6级地震后武汉地震台JCZ-1型地震仪观测到了其激发的环型自由振荡, 从中检测了基振型₀T₂~₀T₆₇和一次振型 ₁T₂~₁T₅₀等振型的本征周期, 与PREM的理论值比较, 误差比小于0.5%, 补充了PREM中未提到的几次振型的本征周期: ₀T₁₁、 ₀T₁₅、 ₀T₁₉、 ₁T₄、 ₁T₅、 ₁T₁₄, 并观测到了日本地震 ₀T₂、 ₀T₆、 ₀T₇和 ₀T₈振型的多峰值现象。 研究结果表明, JCZ-1型地震仪具有良好的观测超低频长周期地球自由振荡的能力。     

利用张家口地震台体应变观测资料检测地球自由振荡

在保证低频自由振荡信号分辨率,又不对高频自由振荡信号产生抑制效应的前提下,利用张家口地震台体应变观测资料,采用功率谱密度估计方法,获得2011年3月11日日本9.0级大地震激发的₀S₂-₀S₇₄基频球型振荡和17个谐频球型振荡（₃S₂、₅S₃、₂S₁₀、₂S₁₂、₃S₉、₁₁S₁、₇S₁₀、₅S₁₃、₄S₁₈、₅S₁₄、₁₄S₄、₄S₂₄、₁S₃₈、₇S₁₈、₁₄S₈、₉S₁₉、₅S₃₀）,并与地球初步参考模型（PREM）的理论自由振荡周期进行对比,发现与实测振荡周期基本一致。     

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．     

局部场地地震动高频衰减系数估计模型

采用随机有限断层法进行地震动模拟时,选用合理的参数描述特定局部场地近地表高频衰减特征,对评价地震动模拟结果的正确与否具有重要的实践意义.在工程场址地震动参数预测中,如何快速确定参数的取值,是实际应用中亟需解决的问题.首先对场地高频衰减系数κ₀与平均剪切波速v_S30的相关性进行了分析;然后,基于国内外学者计算得到的546个κ₀系数,采用一定时窗内的κ₀均方根值,讨论其随平均剪切波速v_S30增加的变化趋势.结果表明,虽然κ₀具有明显的区域差异性,但其均方根值随着v_S30的增大呈现出逐渐减小的趋势.为了得到合理的κ0估计模型,分别采用线性函数、多项式函数、对数线性函数和双对数线性函数对κ₀均方根值与v_S30的关系进行初步拟合,结果表明,对数线性函数能够较好地描述κ₀与v_S30之间的关系.最后,基于筛选得到的477个数据,采用最小二乘法对模型参数进行拟合,...     

从断裂力学观点研究地震的破裂过程和地震预报

把断裂力学中的应变能释放率公式和裂纹错开位移公式运用到地震破裂中来,再用震级-能量公式logε_e=α₁M+α₂,对于走向滑动、倾向滑动和圆盘形剪切破裂找到了震源参数和地壳应力状态之间的内在联系,汇总在表2。对于走滑断层情形,关系式如下: （1） （2） （3） （4）应力降 （5）平均应力 （6）用M_o和L²W求区域应力公式式中,M为震级,L、W为断层长度和宽度,η为地震效率,τ₀为区域剪切应力,τ_y为剪切屈服强度,μ为刚性系数,v为泊松比,为平均位错,M₀为地震矩。 利用（6）式或（1）式,在实验室测出地壳状态下屈服强度τ_y,后,可用地震观测资料算出区域剪切应力τ₀。 上述关系式和目前流行的震源参数之间的关系式有很大的差别。原因是以往只考虑了破裂的初态和终态,没有考虑破裂过程。而断裂力学恰恰是考虑了破裂过程。     

Collisionless electrons in a thin high Mach number shock: dependence on angle and β

It is widely believed that electron dynamics in the shock front is essentially collisionless and determined by the quasistationary magnetic and electric fields in the shock. In thick shocks the electron motion is adiabatic: the magnetic moment is conserved throughout the shock and v²₁ ∝ B. In very thin shocks with large cross-shock potential (the last feature is typical for shocks with strong electron heating), electrons may become demagnetized (the magnetic moment is no longer conserved) and their motion may become nonadiabatic. We consider the case of substantial demagnetization in the shock profile with the small-scale internal structure. The dependence of electron dynamics and downstream distributions on the angle between the shock normal and upstream magnetic field and on the upstream electron temperature is analyzed. We show that demagnetization becomes significantly stronger with the increase of obliquity (decrease of the angle) which is related to the more substantial influence of the inhomogeneous parallel electric field. We also show that the demagnetization is stronger for lower upstream electron temperatures and becomes less noticeable for higher temperatures, in agreement with observations. We also show that demagnetization results, in general, in non-gyrotropic down-stream distributions.     

行星际空间慢激波的演化

日心距离０．３ＡＵ以内形成的磁流体慢激波在向行星际空间传播过程中，通过向上游发出快压缩波而不断减弱．所发出的快压缩波经非线性变陡转化为快激波，形成由原慢激波和新生快激波构成的激波系统．强度不断减弱的慢激波将逐渐演变为准切向间断．这可能是在１ＡＵ附近很少观测到慢激波的重要原因．     

Alfvèn波与慢激波的相互作用

本文分析了斜入射波矢与背景磁场和激波法线共面时,一维小幅度Alfvèn波干扰下,慢激波的稳定性问题;论证了Alfvèn波在慢激波上的射线反射和折射规律;并就日冕慢激波情形进行了具体的数值计算。结果表明,除非上游法向流速接近上游法向Alfvèn波波速,在上述斜入射的Alfvèn波干扰下,慢激波总是稳定的。日冕慢激波是这种稳定性的一个例子;日冕慢激波的存在,能使起源于日冕向行星际空间传播（不管它起源于日冕慢激波之内或外）的Alfvèn波的法向能流密度增大。     

行星际空间慢激波的演化

日心距离０．３ＡＵ以内形成的磁流体慢激波在向行星际空间传播过程中,通过向上游发出快压缩波而不断减弱．所发出的快压缩波经非线性变陡转化为快激波,形成由原慢激波和新生快激波构成的激波系统．强度不断减弱的慢激波将逐渐演变为准切向间断．这可能是在１ＡＵ附近很少观测到慢激波的重要原因．     

Alfvèn波与慢激波的相互作用

本文分析了斜入射波矢与背景磁场和激波法线共面时,一维小幅度Alfvèn波干扰下,慢激波的稳定性问题;论证了Alfvèn波在慢激波上的射线反射和折射规律;并就日冕慢激波情形进行了具体的数值计算。结果表明,除非上游法向流速接近上游法向Alfvèn波波速,在上述斜入射的Alfvèn波干扰下,慢激波总是稳定的。日冕慢激波是这种稳定性的一个例子;日冕慢激波的存在,能使起源于日冕向行星际空间传播（不管它起源于日冕慢激波之内或外）的Alfvèn波的法向能流密度增大。     

In situ local shock speed and transit shock speed

A useful index for estimating the transit speeds was derived by analyzing interplanetary shock observations. This index is the ratio of the in situ local shock speed and the transit speed; it is 0.6–0.9 for most observed shocks. The local shock speed and the transit speed calculated for the results of the magnetohydrodynamic simulation show good agreement with the observations. The relation expressed by the index is well explained by a simplified propagation model assuming a blast wave. For several shocks the ratio is approximately 1.2, implying that these shocks accelerated during propagation in slow-speed solar wind. This ratio is similar to that for the background solar wind acceleration.     

行星际中间激波的演化

本文采用特征线方法和激波装配法,对磁流体中间激波在行星际空间的演化过程进行数值模拟。主要结论如下:（1） 2→4型中间激波通过向下游发出后向慢压缩波使下游态磁场减幅,通过向上游发出前向快压缩波使上游态磁场增幅,以致2→4型中间激波迅速经导灭激波向慢激波转化;所发出的前向快压缩波经非线性变陡形成快激波。（2）1→3型中间激波首先通过向下游发出前向慢稀疏波而很快变成1→3=4型临界中间激波,并瞬间转变为由前向快激波和前向2→4型中间激波构成的激波系统。其中,2→4型中间激波可在其前导快激波的下游传播较远的距离,有可能为 IAU 附近的飞船观测到,但最终导灭激波转变为慢激波。