中国广东电网的几次强磁暴影响事件

2001年以来,随着我国阳\|淮系统等多条500 kV长距离线路的相继建成投运,江苏上河、广东岭澳等地变压器多次发现不明原因的强烈振动和噪声增大事件.本文通过对2004年11月以来、十几次磁暴地磁数据与变压器中性点实测电流数据的比较,证明了干扰事件是磁暴在电网产生的地磁感应电流（GIC）所为;其中,2004年11月7日和10日磁暴在岭澳核电站引发的GIC最大值为47A和55.8A,大于直流输电单极运行时变压器中性点的直流电流水平,因此磁暴对岭澳核电站的瞬时影响比直流输电的影响大;监测数据表明广东电网的GIC水平高于阳淮输电系统的水平,初步分析认为与电网结构和海岸效应等因素有关.目前,举世瞩目的1000 kV特高压工程已开工建设,特高压线路的单位电阻最多是500 kV的二分之一,并且线路更长、规划规模大、且变压器采用单相变压器组结构,磁暴影响问题迫切需要研究.     

大地电导率横向突变处磁暴感应地电场的邻近效应

大地电性结构的横向变化会对磁暴时的感应地电流和地面电磁场产生影响.本文假设扰动地磁场变化的源为地面以上一定高度的面电流,以某一典型层状大地电导率结构为基础,构造含有电导率横向突变的地电模型.针对感应电流的方向与横向分界面平行的情形,采用伽辽金有限元法对电导率横向突变处的感应地电场进行了分析,揭示了电导率横向差异产生的趋肤效应和邻近效应的机理,针对与电性结构分界面平行的输电线路,从评估地磁感应电流的角度讨论了影响的严重程度和范围.     

两次磁暴期间广东电网地磁感应电流的分析

地磁感应电流(Geomagnetically Induced Current, GIC)会对低纬和赤道地区高压电网安全运行构成威胁.本文利用广东肇庆地磁台在2006年12月14—15日,2015年3月17日两个磁暴发生期间监测到的地磁场数据,研究和计算了广东500 kV电网两条输电线路上由地磁暴激发的GIC,并利用NASA Space Physics Data Facility网站提供的太阳风和行星际磁场数据分析了该区电离层赤道电急流(Equatorial Electrojet, EEJ).结果显示:广东500 kV电网输电线路易受地磁暴引发的GIC干扰.GIC除和输电线路的长度、线路所处的地貌特征、沿海输电线路遭受到的海岸效应有关外,赤道电急流在GIC的激发方面起着重要的作用.赤道电急流对GIC的影响发生在地磁暴的急始期,也发生于地磁暴的主相期,和行星际磁场B_z在太阳风动压增加时产生的南向偏转有关.     

地磁扰动的时空变化规律和产生原因：统计和模拟研究

地磁感应电流（Geomagnetically Induced Currents,GICs）是发生在地球表面的一种空间天气现象,对石油管道、电缆等长距离地面基础设施会产生不利影响.研究GICs的产生原因及其与太阳风驱动条件的关系对于预报灾害性空间天气具有重要意义.由于GICs的产生与地磁场扰动紧密相关,本文利用北半球100多个地磁台站的长期监测数据,统计分析了地磁扰动及其时间变化率（磁扰率）与各种太阳风参数/地磁指数之间的相关性,并以2013年3月17日的磁暴事件为例,采用全球空间天气模型框架（space weather modeling framework,SWMF）模拟了磁暴期间地磁场扰动在北半球的分布以及日地空间中各电流体系对地磁扰动的作用.研究结果表明：（1）中低纬度的地磁扰动北向分量B_x与表征环电流强度的SYM-H指数呈现较高的正相关性（相关系数CC=0.75）,高于它与亚暴AE指数以及其他太阳风参数的相关性,说明磁暴期间环电流是导致中低纬度北向磁场减弱的主因,而在平静期间东向的磁层顶电流是中低纬度北向磁场增强的原因;（2）地磁扰动率与太阳风动压、行星际磁场IMF B_z、亚暴AE指数或者磁暴SYM-H指数均没有强相关性;（3）高纬地区的磁扰率通常大于低纬地区,而较强的磁扰率倾向于出现在中等磁暴或者中等-强亚暴期间的中高纬地区;（4）SWMF模型能较好地反演地磁平静时的北向地磁扰动和磁暴时的东向地磁扰动;（5）磁暴期间,磁层电流对中低纬度北向地磁扰动的贡献最大,而电离层霍尔电流对高纬地区的北向地磁扰动有着很强的支配地位;另外,高纬地区的东向地磁扰动主要由霍尔电流控制,而中低纬地区则受制于场向电流.

     

磁暴时磁场变化率与地电场相关性研究

对2003年10月29日、10月30日两个典型大磁暴进行了分析,研究了磁暴期间磁场变化率与地电场的关系,以及磁暴期间磁暴、磁场变化率及地电场的周期成分。结果表明,磁暴期间H分量变化率与地电场东向分量观测数据显著相关,并且周期成分相同。     

地磁感应电流研究综述

因太阳活动而引起的地磁扰动,会在地球表面感生出地电场,从而在地表附近的导体系统中产生地磁感应电流(GICs).太阳表面的异常活动而引起的磁暴会导致强烈的GICs,严重威胁电信设备、电网、油气管道和铁路运输网络等基础设施系统的安全运行,已经成为最严重的空间天气灾害之一.因此,对GICs进行深入研究以建立对其做出迅速预测的能力,在科学和应用方面都有重要意义.本文综述了GICs的研究进展,从引入空间天气的概念开始,将GICs作为从太阳活动到太阳风再到地球扰动的空间天气链的最终环节;重点阐述了GICs的计算中所涉及的三个步骤:地球表面地磁场重建、感应地电场的计算,以及地面导体系统中GICs计算;对每一步骤中主要方法的相关原理和应用做了简要介绍与评估;最后总结了当前GICs的研究现状,并对未来GICs的研究方向与挑战进行了展望.     

地震动时程选择方法与影响因素研究综述

介绍了我国现行建筑抗震设计规范中所用地震动时程记录的选择方法,并探讨目前地震动选择方案的合理性。介绍了震级、震中距和持时等因素在地震动时程选择过程中产生的影响,根据其基本原理及应用实践指出了其优缺点,并对这些优缺点进行了简要分析。     

灾害风险科学与灾害易损性研究实践

在收集、整理和编译国外有关论坛和研讨会资料的基础上,给出了目前国际风险科学研究的动态,综述了地震灾害风险评估和减轻地震易损性方面的研究进展,介绍了目前有关国家的地震灾害风险减轻的理论研究和减灾计划与行动。     

磁层亚暴与磁层暴（Ⅱ）:太阳风参数对Dst的影响机制研究

为了研究地磁活动指数D_st受太阳风参数影响,包括行星际磁场（IMF）南向分量B_st、太阳风速度V_?和太阳风-磁层发电机电动势U调制的机制,应用太阳风-磁层-电离层输入-输出[I（t）-O（t）]电网络模型,对磁层亚暴与磁层暴过程中,B_z（t）-D_st、V-a（t）-D_st和U（t）-D_st的激励-响应特性进行模拟。研究表明,B_z是形成亚暴与磁层暴的前提条件,V_st是形成亚暴与磁层暴的充分条件,二者统一于电动势U_st研究结果与观测结果一致。     

影响公众震灾风险认知的因素分析——以新疆喀什、乌鲁木齐地区为例

研究震灾风险认知及其影响因素有助于从公众视角揭示风险潜在因素,为降低灾害风险提供决策依据.本文以新疆的喀什、乌鲁木齐为研究区,通过问卷调查方式,采用假设检验和相关分析等统计方法,研究影响公众的临震心理、风险估计、地震知识水平、防震意愿及行为等震灾风险认知的因素.结果表明:影响因素包括性别、教育水平、收入水平、家庭结构、房屋结构、居住区危险性等;因素之间互相联系与风险认知因子形成正、负反馈链,其中收入水平影响了风险感知是否能转化为防减灾的积极行为.并在灾害风险分析的基础上提出了减轻地震灾害风险的对策建议.     

高能质子能谱特征在日冕物质抛射影响预报中的应用

日冕物质抛射(CME)的规模和对地有效性是地磁暴预报中重点关注的特征.本项研究的目的是通过对行星际高能质子通量和能谱的特征与演化规律的分析,得到CME对粒子的加速能力,评估CME可能对地磁场造成的影响.在工作中,统计分析了ACE/EPAM的1998—2010年的质子数据,对质子能谱进行了拟合,得到了能谱指数,并对能谱指数及其变化特征所对应的CME和地磁暴进行了相关统计.通过研究发现:(1)能谱指数随着太阳活动水平而变化,高年最大,达到-2.6,而且涨落幅度也达到±0.4,而在太阳活动低年则稳定在-3.0左右;(2)CME对粒子的加速对应着能谱指数的升高,幅度达到20%时,CME引起地磁暴的可能性较大;(3)冕洞高速流到达地球时,高能质子通量也会升高,但能谱指数同时会有下降;(4)以2004年全年的能谱指数为例,对能谱指数在地磁暴预报中的应用进行了评估,结论认为,能谱指数的升高是CME引发地磁暴的必要条件,可以作为地磁暴预报的参数使用.     

Mid-latitude winds in the mesosphere: a superposed epoch analysis over the geomagnetic storm times

This study aims at looking for the characteristic patterns of mesospheric wind over the geomagnetic storm times. For this purpose, the geomagnetic storms preceded by a sudden commencement (SSC) have been selected from January 1995 to April 1999. By using the onset of SSC as the timing mark, a superposed epoch analysis has been performed on the available neutral wind data measured with medium frequency (MF) radars at Yamagawa (31.2°N, 130.6°E) and Wakkanai (45.4°N, 141.7°E). In doing so, the length of time chosen for the superposed analysis is from 7 days before the SSC onset to 21 days after the onset; subsets of wind data are superimposed for summer and winter months, respectively. Then with harmonic analysis on the superposed winds the mean winds in both summer and winter months have been obtained. Concerning mean wind characteristics, some interesting details are the reversal heights of the summer zonal winds, which is 79–80 km at Yamagawa and 84 km at Wakkanai. Strong wavy structures with 2–4 days period are observed at both Yamagawa and Wakkanai in both summer and winter. As for storm effects, significant enhancement of eastward wind is found 5 days after SSC onset at both Yamagawa and Wakkanai in winter. Moreover, the northward wind turns southward at Wakkanai 2 days after the onset of SSC, and the southward wind lasts for several days thereafter. In summer months, the post-storm enhancement tends to be small and mainly in the eastward wind at both Yamagawa and Wakkanai.     

2015年3月特大磁暴期间中国区域电离层TEC NeuralProphet预报模型研究

延迟是全球卫星导航定位中重要的误差源之一,提高电离层TEC建模和预报精度对改善卫星导航定位精度至关重要.本文构建了以太阳辐射通量指数F_10.7、地磁活动指数Dst、地理坐标和中国科学院(Chinese Academy of Sciences,CAS) GIM数据为输入参数的NeuralProphet神经网络模型(NP模型),实现在2015年3月特大磁暴期中国区域电离层TEC短期预报.为验证NP模型的预报精度,本文同时构建了长短期记忆神经网络(Long Short-term Memory Neural Network,LSTM)模型进行对比分析.结果统计分析表明,NP模型在磁暴期(2015年DOY076-078) TEC预报值RMSE和RD分别为0.83 TECU和3.13%,绝对和相对精度较LSTM模型分别提高1.49 TECU和10.25%;且NP模型RMSE优于1.5 TECU的比例达97.24%,远高于LSTM模型.NP模型预报值与CAS具有较好一致性和无偏性,偏差均值仅为-0.01 TECU,而LSTM模型预报值的均值偏大,偏差均值为1.49 TECU.从低纬到中纬度的三个纬度带内,NP模型RMSE分别为1.12、0.83和0.44 TECU,精度比LSTM模型提高1.94、1.56和1.23 TECU.整体上,在磁暴期NP模型预报性能明显优于LSTM模型,能够精细描述中国区域电离层TEC时空变化.

     

Simultaneous radio and optical observations of the mid-latitude atmospheric response to a major geomagnetic storm of 6–8 April 2000

Basic properties of the mid-latitude traveling ionospheric disturbances (TIDs) during the maximum phase of a major magnetic storm of 6–8 April 2000 are shown. Total electron content (TEC) variations were studied by using data from GPS receivers located in Russia and Central Asia. The nightglow response to this storm at mesopause and termospheric altitudes was also measured by optical instruments FENIX located at the observatory of the Institute of Solar-Terrestrial Physics (51.9°N,103.0°E), and MORTI located at the observatory of the Institute of Ionosphere (43.2°N, 77.0°E). Observations of the O (557.7 and 630.0 nm) emissions originating from atmospheric layers centered at altitudes of 90 and 250 km were carried out at Irkutsk and of the O₂(b¹∑_g⁺−X³∑_g⁻) (0-1) emission originating from an atmospheric layer centered at altitude of 94 km was carried out at Almaty. Our radio and optical measurement network observed a storm-induced solitary large-scale wave with duration of 1 h and a wave front width of no less than 5000 km, while it traveled equatorward with a velocity of 200 m/s from 62°N to 38°N geographic latitude. The TEC disturbance, basically displaying an electron content depression in the maximum of the F2 region, reveals a good correlation with growing nightglow emission, the temporal shift between the TEC and emission variation maxima being different for different altitudes. A comparison of the auroral oval parameters with dynamic spectra of TEC variations and optical 630 nm emissions in the frequency range 0.4–4 mHz (250–2500 s periods) showed that as the auroral oval expands into mid-latitudes, also does the region with a developed medium-sale and small-scale TEC structure.     

基于Weimer模型的高纬地磁扰动预测

地磁扰动是空间天气中的重要现象,对地基技术系统具有重要的影响.准确预报地磁扰动可以有效避免重大灾害发生.本文基于Weimer电势和磁势模型发展了高纬地区地磁扰动的模拟方法,并与地面台站观测数据进行了比较.地表磁场扰动主要受电离层电流系统的影响,利用Weimer模式计算出电离层等效电流分布后,基于毕奥-萨伐尔定律推导了地磁扰动三分量与电流的关系,最终计算出地磁扰动量.模型的输入参数为太阳风速度、太阳风密度、行星际磁场和磁偶极倾角.模型计算结果与不同纬度和经度的地磁台站观测结果对比表明本文的计算方法能有效地模拟地磁暴期间地磁扰动特征.本文结果对今后发展高纬地区地磁场预报模型奠定了重要基础.

     

利用地磁脉动预报地球同步轨道相对论电子通量的方法研究

本文利用低纬地磁台站的Pi1、Pi2地磁脉动（Pi1-2）资料和地球同步轨道的Pc5地磁脉动资料,对2004年1月到2006年12月38个磁暴事件的地磁脉动参数进行了统计分析.在此基础上,考虑相对论电子的局部加速机制,并加入损失机制,建立了一个初步的磁暴期间地球同步轨道相对论电子通量对数值的预报模型.利用该模型,我们对上述38个磁暴事件进行预报试验,最优化结果是：相对论电子通量对数值的预测值和观测值之间的线性相关系数为0.82,预报效率为0.67.这说明该模式具有较好的预报效果,也表明利用地磁脉动参数进行相对论电子通量预报是可行的.     

Morphological records of storm floods exemplified by the impact of the 1872 Baltic storm on a sandy spit system in south‐eastern Denmark

Beach‐ridge systems are important geo‐archives providing evidence for past wave climate including catastrophic storm flood events. This study investigates the morphological impacts of the 1872 Baltic storm flood on a beach‐ridge system (sandy spit) in south‐eastern Denmark and evaluates the frequency of extreme storm flood events in the area over a longer time perspective. This paper combines field studies of morphology and sedimentary deposits, studies of historical maps, digital terrain model, ground‐penetrating radar profiles, and luminescence dating. Sea water reached 2.8 m above mean sea level (amsl) during peak inundation and, based on studies of the morphological impacts of the 1872 storm flood, the event can be divided into four phases. Phase 1: increasing mean water levels and wave activity at the beach brought sediments from the beach (intertidal bars and normal berm) higher up in the profile and led to the formation of a storm‐berm. Phase 2: water levels further increased and sediment in the upper part of the profile continued to build up the storm‐berm. Phase 3: water levels now reached the top of the dune ridge and were well above the storm‐berm level. Sea water was breaching the dune ridge at several sites and wash‐over fans were generated until a level where the mean water level had dropped too much. Phase 4: the non‐vegetated wash‐over fans functioned as pathways for aeolian sand transport and relatively high dunes were formed in particular along the margins of the fan where aeolian sand was trapped by existing vegetation. The studied beach‐ridge system records about 4500 years of accumulation; the storm flood sediments described are unique suggesting that the 1872 Baltic storm flood event was an extreme event. Thus studies of beach‐ridge systems form a new source for understanding storm surge risk. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

中国地区地磁急变特征对地磁场长期加速度的响应

研究中国地区地磁急变（jerks）和地磁长期加速度（secular acceleration,SA）的响应关系,有助于深入了解地磁急变区域特征,并为地磁急变的地核动力学起源研究提供有用信息.本文利用中国地磁台站观测数据和CHAOS-7磁场模型,研究了自2000年以来中国地区地磁急变和地磁长期加速度的时空响应关系.结果表明,地磁长期加速度在东半球和西半球有不同的变化特征.西半球加速度斑块主要出现在赤道附近,并呈现明显的西向漂移特征;而东半球加速度斑块则在南北和东西方向上来回运动.地磁急变与长期加速度斑块的强度和位置密切相关,地磁急变通常发生在地磁长期加速度强度（secular acceleration intensity,SAI）的极小值时期.自2000年以来,全球长期加速度强度大约在2006年、2009年、2012.5年和2016年达到极大值,而在2003年、2007年、2011年和2014年附近达到极小值.中国地区在2003年和2014年出现地磁急变,这两个年份既是东半球长期加速度强度的极小值时期,也是长期加速度正负斑块反极性的过渡时期.然而,在2007年和2011年,中国地区没有发生地磁急变现象,主要原因可能是这两个年份附近中国地区长期加速度正负斑块没有发生反极性变化,同时东半球长期加速度脉冲斑块主要分布在南半球,远离中国地区.这些脉冲斑块对中国地区地磁长期变化的影响主要表现为引起长期变化的小幅波动.