耀斑-激波的南-北非对称性传播

本文根据宇宙线Forbush下降幅度随源耀斑纬度分布的新近结果,采用无量纲化的MHD平面斜激波跃变条件,推算得到子午面内一种可能的耀斑-激波模型。发现耀斑-激波在太阳子午面内的传播相对耀斑法线方向是非对称的,激波面后的动力学参数与磁场具有截然相反的非对称性分布;激波传播的最快方向倾向日球电流片方向。该模型可以解释太阳耀斑-地磁、宇宙线效应中的南-北非对称性现象,有助于了解高速等离子体和非均匀背景场之间的相互作用过程。     

耀斑-激波的南-北非对称性传播

本文根据宇宙线Forbush下降幅度随源耀斑纬度分布的新近结果,采用无量纲化的MHD平面斜激波跃变条件,推算得到子午面内一种可能的耀斑-激波模型。发现耀斑-激波在太阳子午面内的传播相对耀斑法线方向是非对称的,激波面后的动力学参数与磁场具有截然相反的非对称性分布;激波传播的最快方向倾向日球电流片方向。该模型可以解释太阳耀斑-地磁、宇宙线效应中的南-北非对称性现象,有助于了解高速等离子体和非均匀背景场之间的相互作用过程。     

井间地震层析成像初始速度模型

地震直达波走时层析成像可归结为求解一个大型的、稀疏的、常常是病态的线性方程组.求解方程组常用的迭代法,需要一个比较合理的初始猜测解,也即是初始速度模型.初始模型关系到反演的效率甚至成像的正确性.本文在前人研究基础上提出一种生成模型网格节点初始速度方法,假定震源到检波点路径为直线,记录每条射线穿过的单元和统计每个网格单元穿过的射线数目、自动拾取网格节点所在单元的数目等.实例中,由原始数学模型的正演旅行时资料生成节点初始速度模型,效果可以.最后,分别采用均匀模型和本文方法生成的初始模型进行迭代反演,通过比较,证实该自动生成节点初始模型的可行性和可靠性,并对存在的问题进行讨论和解释.     

地基观测的夜侧极光对行星际激波的响应

行星际激波与地球磁层相互作用通常会导致日侧极光活动增强,随后沿着极光卵的晨昏两侧向夜侧扩展的激波极光. 行星际激波也可能直接导致夜侧扇区极光活动增强,甚至沉降粒子能通量的数量级可以与典型亚暴相比拟. 本文首次利用我国南极中山站和北极黄河站连续多年积累的极光观测数据,对行星际激波与地球磁层相互作用期间地面台站在夜侧扇区(18—06 MLT)观测的极光响应进行了分析. 对18个极光观测事件的分析结果表明:行星际激波与磁层相互作用可以在夜侧触发极光爆发和极光微弱增强或静态无变化事件;太阳风-磁层能量耦合的效率以及磁层空间的稳定性决定着行星际激波能否触发极光爆发.     

基于人工神经网络和随机森林方法的L1点处太阳风速度重构与预测

太阳风是由太阳大气膨胀形成的等离子体流,它能够将太阳的物质和能量传递到地球空间环境中.剧烈的太阳风暴能够引起地球空间天气中灾害性事件,而太阳风参数作为表征太阳活动的重要指标,对太阳风关键参数进行重构和预测,有助于理解地球空间天气演化的重要机理和规避或减轻灾害性空间天气.本文以1963—2018年的地面观测数据（Kp指数、Dst指数、AE指数、F_10.7和太阳黑子数）作为输入,通过特征选取技术对输入参数进行筛选,然后利用人工神经网络和随机森林两种算法分别对日地L1点处（第一拉格朗日点）的太阳风速度进行重构和提前3小时预测.结果表明,两种算法均能在测试集中有效重构和预测太阳风速度的变化情况,其中人工神经网络的性能更好,重构结果与观测值之间的均方根误差和皮尔逊相关系数分别为~58 km·s^-1和~0.84,预测结果与观测值之间的均方根误差和皮尔逊相关系数分别为~61 km·s^-1和~0.82,而随机森林的性能分别为~63 km·s^-1和~0.81以及~64 km·s^-1和~0.80.我们进一步利用所训练的模型对2015年3个强磁暴事件期间的太阳风速度变化进行定量分析,人工神经网络在预测中表现出了较好性能.本文建立的太阳风速度重构和预测模型可以被用于以太阳风参数作为驱动的空间天气建模研究.

     

行星际磁场B_y对弓激波影响的MHD结果

利用全球磁流体模拟的结果,本文研究了行星际磁场B_y对弓激波位型的影响.结果显示:随着行星际磁场B_y绝对值的增大,弓激波的日下点距离、旋转对称张角、南北非对称性以及旋转非对称性均随之增加.其中,B_y对弓激波日下点距离的影响可达5 RE左右.东向B_y和西向B_y对弓激波位型影响具有对称性,东向B_y和西向B_y大小相同时弓激波日下点距离、旋转对称张角以及旋转非对称性参数均相同,而南北非对称性参数大小相同正负相反.行星际磁场B_y占主导时弓激波尾部横截面在南北方向上拉伸,并且拉伸程度随着B_y绝对值的增大而增大,弓激波尾部横截面的拉伸现象与磁声波马赫数密切相关.     

电离层电导对地球磁层顶和舷激波尺度的影响

本文在如下假定下分析电离层电导对地球磁层顶和舷激波尺度的影响：（1）对电离层采用球壳近似,Pedersen电导ΣP均匀,Hall电导为零;（2）地磁偶极矩处于正南方向,行星际磁场（IMF）只有南向分量（BzBz和ΣP,通过三维全球MHD模拟获得系统的准定态.结果表明,在大约1～5 S范围内,ΣP值显著影响磁层顶和舷激波的尺度,而在该范围之外则几乎没有影响.随着ΣP的增加,磁层顶和舷激波整体向外扩张,前者的扩张程度低于后者,以至磁鞘区的范围扩大.磁层顶的侧翼点的位置随ΣP的变化与Bz的幅度有关：在弱南向IMF情况下磁层顶的侧翼点随ΣP的增加向内移动,而在强南向IMF情况下则向外移动.上述结果表明,在构建磁层顶和舷激波的经验模型时,有必要计入电离层电导的影响.     

初始扰动对静力适应过程的影响

本文从描述非静态、可压缩、等温干大气静力适应过程的线性模型出发,利用均匀介质中的波动理论,研究了初始扰动对静力适应过程中物理量场适应方向的影响;从能量分配和转换的角度探讨了静力平衡破坏后大气运动的物理本质.理论结果显示,当大气静力平衡被破坏后,垂直气压梯度场和密度场、垂直气压梯度场和水平流场u分量之间相互适应的因果关系受波动螺旋结构、水平基流及初始扰动性质等因素的影响,其中,初始扰动性质决定了声重力波各分支在静力适应过程中的贡献大小,从而影响各物理量场随时间的演变.在水平基流为西风急流的条件下,中尺度系统对初始扰动性质较敏感,初始速度扰动和密度扰动破坏静力平衡的前20分钟内,有垂直气压梯度场向浮力场适应,初始气压扰动破坏静力平衡的前期和后期,有浮力场向垂直气压梯度场适应,而中期,适应方向相反;垂直气压梯度场和水平流场u分量之间的适应关系对初始扰动性质不敏感但对扰动尺度较敏感;实验表明,当静力平衡被破坏后,在微尺度系统中,垂直气压梯度场是大气运动的因,而在中尺度系统中,水平流场u分量是大气运动的因.同时,初始扰动的性质影响适应过程中扰动能量的分配比例和扰动能量之间的转换情况,不同性质的初始扰动,引起大气运动的物理本质不同.

     

天然气勘探速度预测过程中存在的及方法

天然气勘探中速度预测一直是地球物理工作的难点和重点问题,尤其是对于海上勘探新区或是探井较少探区而言,准确的速度预测难度较大,会出现较大的误差.这种误差的产生既有探井比较少的原因,也有速度预测过程中存在的认识误区(时深转换时直接应用处理得到的成像速度和速度体的建立可以提高时深转换的精度)的原因,本文首先以莺—琼盆地三个典...     

龙门山断裂带地壳速度结构和震源位置的精确修定

结合使用人工地震折射测线和天然地震观测资料，给出了龙门山断裂带P波和S波的地壳平均速度模型．以此模型为基础，修定了沿龙门山断裂带分布的202个地震，给出了震源位置误差小于1.5 km的精确解．以到时曲线为准，将修定后的震源参数与四川台网常规定位的震源参数进行了比较，到时数据相对于时距曲线极小的分散，证明定位后的震源位置的精度得到了相当的改善．所获得的震源分布表明，地震活动主要发生在沿龙门山主中央断裂．绝大多数地震分布在3～22 km深度范围的上地壳中．结果证明，本文所提供的速度模型和采用的定位方法是适合龙门山断裂带地震定位使用的；配合日本东北大学提供的实时处理系统，对提高四川台网的定位精度是十分有效的．      

基于AR模型模拟超高层建筑的脉动风速时程

风荷载是超高层建筑设计的主要荷载之一,而且通过风振时域分析可以更全面地了解超高层建筑风振响应特性,更直观地反映超高层建筑风致振动控制的有效性。因此,本文使用线性滤波法即白噪声滤波法(white noise filtration method,WNFM)中的自回归(auto-regressive,AR)模型模拟超高层建筑的风速时程。首先,考虑超高层建筑风速时程的时间和空间相关性,导出了四阶AR模型的参数表达式。接着,基于AR模型模拟了一幢高度为200 m超高层建筑的风速时程。最后,通过比较模拟风速功率谱、模拟自相关函数和互相关函数与目标风速功率谱、目标自相关函数和互相关函数的吻合程度,验证基于AR模型模拟超高层建筑风速时程的可行性。     

Estimating time parameters of overland flow on impervious surfaces by the particle tracking method

Abstract

Travel time and time of concentration T_c are important time parameters in hydrological designs. Although T_c is the time for the runoff to travel to the outlet from the most remote part of the catchment, most researchers have used an indirect method such as hydrograph analysis to estimate T_c. A quasi two-dimensional diffusion wave model with particle tracking for overland flow was developed to determine the travel time, and validated for runoff discharges, velocities, and depths. Travel times for 85%, 95% and 100% of particles arrival at the outlet of impervious surfaces (i.e. T_t85, T_t95, and T_t100) were determined for 530 model runs. The correlations between these travel times and T_c estimated from hydrograph analysis showed a significant agreement between T_c and T_t85. All the travel times showed nonlinear relationships with the input variables (plot length, slope, roughness coefficient, and effective rainfall intensity) but showed linear relationships with each other.

Editor D. Koutsoyiannis; Associate editor S. Grimaldi     

基于动摩擦应力下调滑移弱化机制，利用地表破裂同震位移约束2001年昆仑山口西MS8.1地震破裂传播速度

利用2001年昆仑山口西MS8.1地震现场观测所提供的地表破裂同震位移数据,使用简单滑移弱化破裂模型,估算了发震主断层上的破裂传播速度. 该模型中考虑了断层破裂时动摩擦过程中应力上调和下调机制对地震波辐射能量分配的影响. 对比Bouchon和Valleacute;e有关昆仑山口西地震主断层破裂传播速度超过剪切波速度,甚至达到P波速度的结果, 采用动摩擦应力下调时的滑移弱化模型 (分数应力降模型),结果表明,伴随较高的地震波辐射效率,主断层的平均破裂传播速度等于或小于瑞利波速度,这与许力生和陈运泰的体波反演结果,以及陈学忠震源应力场估算的结果是一致的. 最后,联系到由地表破裂现象所反映出的断层力学特征,如与视应力相关的分数应力降 (动摩擦应力下调), 基于滑移弱化模型, 讨论了可能的震源破裂机制.      

Constraints on rupture speed of the 2001 MS 8.1 West Kunlun Mountain Pass earthquake by co-seismic surface rupture slip displacements based on the slip-weakening mechanism with frictional undershoot involved

With co-seismic surface rupture slip displacements provided by the field observation for the 2001 MS8.1 West Kunlun Mountain Pass earthquake, this paper estimates the rupture speed on the main faulting segment with a long straight fault trace on the surface based on a simple slip-weakening rupture model, in which the frictional overshoot or undershoot are involved in consideration of energy partition during the earthquake faulting. In contrast to the study of Bouchon and Vallée, in which the rupture propaga...     

Constraints on rupture speed of the 2001 M S 8.1 West Kunlun Mountain Pass earthquake by co-seismic surface rupture slip displacements based on the slip-weakening mechanism with frictional undershoot involved

With co-seismic surface rupture slip displacements provided by the field observation for the 2001 MS8.1 West Kunlun Mountain Pass earthquake, this paper estimates the rupture speed on the main faulting segment with a long straight fault trace on the surface based on a simple slip-weakening rupture model, in which the frictional overshoot or undershoot are involved in consideration of energy partition during the earthquake faulting. In contrast to the study of Bouchon and Vallée, in which the rupture propagation along the main fault could exceed the local shear-wave speed, perhaps reach the P-wave speed on a certain section of fault, our results show that, under a slip-weakening assumption combined with a frictional undershoot (partial stress drop model), average rupture speed should be equal to or less than the Rayleigh wave speed with a high seismic radiation efficiency, which is consistent with the result derived by waveform inversion and the result estimated from source stress field. Associated with the surface rupture mechanism, such as partial stress drop (frictional undershoot) associated with the apparent stress, an alternative rupture mechanism based on the slip-weakening model has also been discussed.