祝融号火星表面磁场探测仪的沿轨标定

作为中国首次火星探测计划“天问一号”任务的一部分,祝融号火星车于2021年5月15日成功着陆火星表面,并开始在乌托邦平原南部进行科学探测.祝融号火星表面磁场探测仪(RoMAG)是火星车上六个有效载荷之一,它由两个相同的高灵敏度三轴磁通门磁强计组成,随火星车在火星表面进行移动磁测量.尽管在发射前已经进行了火星车磁补偿以消除磁干扰,但由于有效载荷和太阳能电池板等在发射前后的状态不同,需要对磁强计进行沿轨校准,以获得更精确的火星磁场.本文分别利用桅杆偏航旋转和火星车偏航旋转两种方法确定火星水平磁分量.结果表明,两种方法测得的火星水平磁场分量具有较好的一致性,均方根偏差小于2.0nT.火星背景磁场垂直分量则可根据干扰场呈现偶极场分布的假设来约束.磁场测量值与太阳能帆板电流之间的线性相关关系可用于常规探测中的磁场校准,可以得到更精确的火星表面背景磁场.     

重力场恢复中的基于星载GPS的低轨卫星简化动力学定轨方法研究

低轨重力卫星轨道的精确确定是获得精密地球重力场模型的前提, 而精密重力场模型又是获得高精度定轨结果的保证.本文简述了利用卫星重力方法恢复地球重力场及简化动力学方法确定低轨卫星轨道的数学模型,并简单分析和比较现有的几种重力场模型.用CHAMP实测数据,结合现有的重力场模型,系统分析、研究了不同阶次、不同重力场模型对低轨卫星定轨精度的影响;研究了不同间隔的随机速度脉冲在简化动力学方法中对模型误差的吸收、调节作用.计算结果表明,在定轨中,选择合理阶数的、较精确的重力场模型及合理间隔的随机脉冲参数,不但可以提高计算效率,更能提高定轨精度.     

亚洲MAGSAT卫星磁测数据处理

本文简要介绍了使用的ＭＡＧＳＡＴ数据变量，磁测数据的筛选，卫星磁练习薄宾提取，以及卫星磁异常图的编绘。     

基于多颗低轨卫星的SLR台站坐标几何解算方法

卫星激光测距（SLR）技术作为卫星精密定轨手段和轨道检核重要方法,激光反射器已经成为重力卫星和测高卫星等低轨卫星的基本载荷.经典的SLR台站坐标是使用动力学方法计算的,本文根据多颗低轨卫星（LEO）多历元的激光观测数据,采用几何方法开展地面SLR测站坐标计算.通过组建低轨卫星群实现对全球激光站的动态观测,为了合理配置不同低轨卫星间观测值权重,削弱低轨卫星群可能存在的系统性偏差,提出采用方差分量估计组合的最小二乘法进行解算.实测结果显示,解算出SLR台站坐标框架解与SLRF2014差异平均值在25.1 mm,外符合精度达到1~2 cm.该方法避免了复杂动力学模型,SLR台站坐标的几何计算方法既可以作为激光测站框架解算手段之一,同时将LEO卫星群作为空间并址站实现不同技术地球参考框架间的融合.     

基于多颗低轨卫星的SLR台站坐标几何解算方法

卫星激光测距(SLR)技术作为卫星精密定轨手段和轨道检核重要方法,激光反射器已经成为重力卫星和测高卫星等低轨卫星的基本载荷.经典的SLR台站坐标是使用动力学方法计算的,本文根据多颗低轨卫星(LEO)多历元的激光观测数据,采用几何方法开展地面SLR测站坐标计算.通过组建低轨卫星群实现对全球激光站的动态观测,为了合理配置不同低轨卫星间观测值权重,削弱低轨卫星群可能存在的系统性偏差,提出采用方差分量估计组合的最小二乘法进行解算.实测结果显示,解算出SLR台站坐标框架解与SLRF2014差异平均值在25.1 mm,外符合精度达到1~2 cm.该方法避免了复杂动力学模型,SLR台站坐标的几何计算方法既可以作为激光测站框架解算手段之一,同时将LEO卫星群作为空间并址站实现不同技术地球参考框架间的融合.

     

伽利略卫星观测磁异常及其解释

伽利略飞船在木星四颗最大的卫星附近探测到了显著的磁异常.尽管磁异常不同,但是都来自于卫星内部和周围环境的磁流体动力学过程,例如冰下海洋的电磁感应,卫星的轨道运动与外部等离子体的相互作用等等.本文总结了每颗卫星的观测磁异常以及现有解释.我们也提出了磁异常来源的新的可能解释机制:磁异常可能部分来自卫星冰下导电海水或者流体核的磁对流.对该机制的研究有助于进一步理解所观测到的磁异常,也可能提供对卫星内部物理的磁约束.     

伽利略卫星磁异常起源的数值模拟

伽利略号任务探测到了起源于伽利略卫星的磁异常.这些磁异常很可能来自于卫星内部,并且受到强大的木星背景磁场的影响.观测磁异常可能来自各种不同的产生机制,这里通过数值模拟主要研究卫星内部磁对流和发电机行为.为了模拟卫星周围的电磁环境,在模型中引入了一个固定取向、空间均匀,但是强度可变的外磁场B0.模拟结果显示,强度足够大的B0可以显著的改变核内的发电机过程.当B0增加到原发电机磁场强度的40%时,核内对流的改变非常显著：整体对流强度减弱了80%,但是在大部分区域的差动旋转却增强了,这导致了核内总磁场的增加.磁场的形态趋向于同背景场一致,而流场则显示出背景场对原有对称性的抑制作用.此外,磁场在时间变化上也趋向于更加稳定.     

卫星磁洁净的控制和测量

本文叙述卫星磁洁净的重要性、空间磁场的分布、卫星磁性的要求、卫星磁矩的来源、卫星的磁设计和控制、卫星和它的部件的磁矩的测量方法、内容、过程、装置和一些部件的测量结果.卫星磁矩来自三个方面,它们是永磁铁,软磁材料和杂散磁场(电流产生的磁场).磁性设计包括材料选择、器件的测试、电子线路的布置和元件的安排等.     

不同卫星轨道高度对地壳磁场反演的影响研究

利用最新的波茨坦地磁场球谐模型（Potsdam Magnetic Model of the Earth,POMME）进行仿真实验,分别模拟出不同卫星轨道高度下的磁测数据.根据仿真的观测数据反演地壳磁场的高斯球谐系数,对反演结果进行对比和分析,总结出卫星轨道高度对反演结果的影响.针对CHAMP卫星实测数据进行地壳磁场反演,由不同轨道高度磁测数据反演得到的磁场（Magnetic Field,MF）系列模型,验证卫星轨道高度对反演的影响,从而为磁测卫星系统设计论证指标中的卫星轨道高度设计提供一定的参考和指导.

     

磁屏蔽室内磁性样品所产生干扰磁场的探讨

磁屏蔽室内岩石和各种沉积物样品所受的地磁场影响可以被有效地压制,然而磁性样品本身也会产生次级干扰磁场.本文通过理论模拟计算,定量评估了这种次级干扰磁场的影响.结果发现无论是单个还是聚集在一起的磁性样品,其产生的干扰磁场一般都低于磁屏蔽室的本底值(～300 nT).因此,弱磁性样品的相互影响可以忽略不计.这为进一步理解古...     

数值模拟估算低低卫-卫跟踪观测技术反演地球重力场的空间分辨率

从两个方面模拟研究了低低卫-卫跟踪观测技术恢复地球重力场的空间分辨率. 利用重力位系数作为扰动量,积分30天的轨道,研究重力位系数变化引起低低卫-卫跟踪星间距离和速率变化,结果表明,对于地球重力场模型EGM96的前120阶,99.8%和97%的位系数扰动引起星间距离和速率变化的均方差大于1×１０-５m和１×１０-７m/s,并且星间距离观测值对地球重力场的反应更为敏感. 不考虑非保守力误差的影响,用随机误差为１×１０－５m和１×１０－６m/s的星间距离和速率变化作模拟观测量,恢复了78阶地球重力场位系数,结果表明,采用随机误差为１×１０－５m的星间距离恢复地球重力场的精度明显高于１×１０－６m/s的星间速率结果,但是如果考虑非保守力误差影响,则星间测速的优越性大大增强.     

中国大陆地壳地震震中分布的卫星磁异常约束

陆壳中的地震更危险,但其分布更具有弥散性,尤其在中国大陆地区;因此可靠且易用的地震警示信息显得非常重要.目前这类信息主要来自历史地震目录,大地测量及构造等资料,还需要补充其它的地学资料.本文提出一种来自卫星地壳磁场的约束.对于中国大陆的壳内地震(MS≥5.0),研究表明其大都(80％以上)位于卫星地壳磁场的垂向磁感应强度分量的零等值线上或附近,并且理论上可以用一作用于半无限磁弹性平面中的集中力所产生的磁场分布来进行相应解释.尽管存在许多不确定因素,这种新的独立于传统资料的约束,提供了更为详细的地震警示性信息.同时,在缺少历史地震目录,大地测量及构造资料的地区,这种约束可作为一种先导性的监测信息加以使用.     

中国大陆地壳地震震中分布的卫星磁异常约束

陆壳中的地震更危险,但其分布更具有弥散性,尤其在中国大陆地区;因此可靠且易用的地震警示信息显得非常重要.目前这类信息主要来自历史地震目录,大地测量及构造等资料,还需要补充其它的地学资料.本文提出一种来自卫星地壳磁场的约束.对于中国大陆的壳内地震(M_S≥5.0),研究表明其大都(80％以上)位于卫星地壳磁场的垂向磁感应强度分量的零等值线上或附近,并且理论上可以用一作用于半无限磁弹性平面中的集中力所产生的磁场分布来进行相应解释.尽管存在许多不确定因素,这种新的独立于传统资料的约束,提供了更为详细的地震警示性信息.同时,在缺少历史地震目录,大地测量及构造资料的地区,这种约束可作为一种先导性的监测信息加以使用.     

地磁场H、D受HVDC输电干扰特征分析

以受宁东线高压直流（HVDC）输电干扰相对严重的11个地磁台站为主要研究对象,以蒙城台为干扰幅度量取的参考台站,研究了地磁场水平分量H、磁偏角D受HVDC输电的干扰特征.发现H和D受HVDC输电干扰具有同步性和偏向性;同一HVDC输电线路两侧H和D干扰幅度具有线性关系,但线性关系明显弱于垂直分量Z干扰幅度的比例关系;接地极附近台站各自的Z、H、D干扰幅度具有线性关系.之后对H和D干扰产生的机理进行了深入的定性分析.根据得到的干扰特征的结论,提出了以红山台Z、H、D为输入的本研究相关台站的Z、H、D为输出的自动计算方法.经过误差分析,本方法平均误差水平低于国家地磁学科中心当前使用算法误差水平,最高降幅达42.9%.     

2000年中国地区地磁场长期变化的区域特征

本文用中国地磁场复测点和地磁台站资料,建立了2000年代中国参考地磁场长期变化模型CGRF-SV2000.模型显示,中国地区地磁场变化比较平缓,X、Y、Z、H、D、I、F七个地磁要素的“无符号平均年变率”分别为12.2 nT/a、8.2 nT/a、43.8 nT/a、11.8 nT/a、0.96(′)/a、2.99(′)/a、22.4 nT/a,比国际参考地磁场IGRF给出的全球年变率约小1/3到1/2.各地磁要素的变化显示,地磁北极正在向中国移近,或者说,中国正在向高地磁纬度方向移动,平均移动速度约为3(′)/a.磁偏角变化还显示,中国地区东西部偏角差异继续扩大.作为检验和对比研究,本文利用第8代国际参考地磁场（IGRF）模型,分析了全球地磁场长期变化的时空特征,讨论了全球长期变模型IGRF_SV与中国长期变模型CGRF_SV的异同点.对比分析表明,中国地区地磁场的长期变化与全球长期变化总趋势基本符合,但是,CGRF_SV也表现出一些特有的局部异常特征.     

核磁共振测井探测岩石内部磁场梯度的方法

岩石内部磁场梯度对核磁共振测井横向弛豫T2分布有较大的影响.本文提出了一种利用自旋回波脉冲序列探测岩石内部磁场梯度的二维核磁共振方法,发展了相应的反演方法,得到了含顺磁性物质的饱和水砂岩和泥质砂岩的内部磁场梯度分布规律.结果表明,随顺磁物质含量的增加,岩石内部磁场梯度增大.含顺磁物质的饱和水砂岩颗粒均匀,不含粘土矿物,内部磁场梯度呈单峰分布特征.含绿泥石粘土矿物的饱和水泥质砂岩,T2分布呈双峰特征,束缚水峰明显,小孔短T2对应的梯度值大于大孔长T2对应的梯度值.当绿泥石含量小于15%时,随绿泥石含量的增加,对应束缚水峰的短T2组分明显增多,T2分布展宽;当绿泥石含量大于15%以后,较大的岩石内部磁场梯度使短弛豫信息衰减迅速,表现出随绿泥石含量的增加,短T2组分减少,T2分布变窄.     

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.     

扰动重力梯度张量单分量和组合分量最小二乘配置法模型的建立

建立了利用扰动重力梯度张量Tzz分量和Txx+Tyy、Tzz-Txx-Tyy组合分量确定地球重力场的调和分析法模型,进一步推导了扰动重力梯度张量对角线三分量的自协方差和互协方差函数的级数展开式,推导了单分量、组合分量与重力位系数之间协方差函数的实用计算公式,给出了利用单分量和组合分量解算地球重力场模型的最小二乘配置法基本原理公式.结果表明,最小二乘配置法具有一定的抗差能力,随着观测数据误差的不断增大,其恢复的重力场模型有效阶次不断降低,精度也不断下降;Tzz-Txx-Tyy组合分量解算重力场模型的精度最高,其次为Tzz分量,Txx+Tyy组合分量最差.     

Source process of the 1990 Gonghe,China, earthquake and tectonic stress field in the northeastern Qinghai-Xizang (Tibetan) plateau

TheM _s =6.9 Gonghe, China, earthquake of April 26, 1990 is the largest earthquake to have been documented historically as well as recorded instrumentally in the northeastern Qinghai-Xizang (Tibetan) plateau. The source process of this earthquake and the tectonic stress field in the northeastern Qinghai-Xizang plateau are investigated using geodetic and seismic data. The leveling data are used to invert the focal mechanism, the shape of the slipped region and the slip distribution on the fault plane. It is obtained through inversion of the leveling data that this earthquake was caused by a mainly reverse dip-slipping buried fault with strike 102°, dip 46° to SSW, rake 86° and a seismic moment of 9,4×10¹⁸ Nm. The stress drop, strain and energy released for this earthquake are estimated to be 4.9 MPa, 7.4×10^–5 and 7.0×10¹⁴ J, respectively. The slip distributes in a region slightly deep from NWW to SEE, with two nuclei, i.e., knots with highly concentrated slip, located in a shallower depth in the NWW and a deeper depth in the SEE, respectively.Broadband body waves data recorded by the China Digital Seismograph Network (CDSN) for the Gonghe earthquake are used to retrieve the source process of the earthquakes. It is found through moment-tensor inversion that theM _s =6.9 main shock is a complex rupture process dominated by shear faulting with scalar seismic moment of the best double-couple of 9.4×10¹⁸ Nm, which is identical to the seismic moment determined from leveling data. The moment rate tensor functions reveal that this earthquake consists of three consecutive events. The first event, with a scalar seismic moment of 4.7×10¹⁸ Nm, occurred between 0–12 s, and has a focal mechanism similar to that inverted from leveling data. The second event, with a smaller seismic moment of 2.1×10¹⁸ Nm, occurred between 12–31 s, and has a variable focal mechanism. The third event, with a sealar seismic moment of 2.5×10¹⁸ Nm, occurred between 31–41 s, and has a focal mechanism similar to that inverted from leveling data. The strike of the 1990 Gonghe earthquake, and the significantly reverse dip-slip with minor left-lateral strike-slip motion suggest that the pressure axis of the tectonic stress field in the northeastern Qinghai-Xizang plateau is close to horizontal and oriented NNE to SSW, consistent with the relative collision motion between the Indian and Eurasian plates. The predominant thrust mechanism and the complexity in the tempo-spatial rupture process of the Gonghe earthquake, as revealed by the geodetic and seismic data, is generally consistent with the overall distribution of isoseismals, aftershock seismicity and the geometry of intersecting faults structure in the Gonghe basin of the northeastern Qinghai-Xizang plateau.Contribution No. 96 B0006 Institute of Geophysics, State Seismological Bureau, Beijing, China.     

我国深地资源电磁探测新技术研究进展

诸多研究表明我国深部资源潜力巨大,但目前的开发开采深度普遍停留在500 m以浅,开展"攻深探盲"是构建国家资源安全体系的有效途径.应用最先进的科学技术手段,提取深部地质信息,已成为我国当前地球物理科学研究的发展方向.作为地球物理学的重要分支,电磁法是矿产资源探查的主体手段之一.在分析我国现阶段航空、地面及海洋电磁探测技术进展的基础上,本文重点说明了极低频电磁法（简称WEM法）,多通道瞬变电磁法（简称MTEM）和电性源短偏移瞬变电磁法（简称SOTEM）等电磁探测新技术.WEM法建立一套包括岩石层、大气层和电离层在内的全空间电磁传播理论,通过新研制的观测系统,获取地下10 km的地电信息;MTEM方法是地下埋深4 km目标体精细勘查的有效手段;SOTEM实现地下1.5 km深度范围内目标体的精细探测.通过多种电磁探测技术组合,可实现地下10 km深度范围内多尺度探测,达到"望远镜+放大镜+显微镜"探测效果.同时,本文指出进一步研发与新方法配套的装备、资料处理技术和大数据人工智能识别等将是我国电磁法未来的发展方向.